Введение

Тип электронного компонента

Аттенюатор – это электронное устройство, которое уменьшает мощность сигнала, практически не искажая его форму. Аттенюатор, по сути, является противоположностью усилителя, хотя принципы их работы различны. Если усилитель обеспечивает усиление, то аттенюатор – затухание, или коэффициент усиления меньше 1. В некоторых областях аттенюатор иногда называют "пад".

Строительство и использование

Аттенюаторы обычно представляют собой пассивные устройства, созданные из простых цепей делителей напряжения. Переключение между различными сопротивлениями формирует регулируемые ступенчатые аттенюаторы, а непрерывно регулируемые – с использованием потенциометров. Для более высоких частот применяются точно согласованные цепи с низким коэффициентом отражения (КСВ). Фиксированные аттенюаторы в схемах используются для уменьшения напряжения, рассеивания мощности и улучшения согласования импедансов. При измерении сигналов используются аттенюаторные вставки или адаптеры для снижения амплитуды сигнала на известную величину, что позволяет проводить измерения или защитить измерительное устройство от уровней сигнала, способных его повредить. Аттенюаторы также применяются для согласования импедансов путем снижения кажущегося КСВ (коэффициента стоячей волны).

Схемы атенуаторов

Основными схемами, используемыми в аттенюаторах, являются пи-цепи (π-тип) и Т-цепи. Они могут требовать выполнения в сбалансированном или несбалансированном виде в зависимости от того, сбалансирована или несбалансирована геометрия линии, с которой они будут использоваться. Например, аттенюаторы, используемые с коаксиальными линиями, будут несбалансированными, а аттенюаторы для использования со скрученной парой – сбалансированными. На рисунках слева представлены четыре основные схемы аттенюаторов. Поскольку схема аттенюатора состоит исключительно из пассивных резистивных элементов, она является линейной и взаимной. Если схема также симметрична (обычно это так, поскольку обычно требуется, чтобы входной и выходной импедансы Z1 и Z2 были равны), то входной и выходной порты не различаются, однако по соглашению левая и правая стороны схемы обозначаются как вход и выход соответственно. Существуют различные таблицы и калькуляторы, позволяющие определить подходящие значения сопротивлений для достижения заданных значений затухания. Один из первых был опубликован NAB в 1960 году для затухания от 1/2 до 40 дБ для использования в 600-омных цепях.

Значения компонентов для резистивных накладных и аттенюаторов

Этот раздел посвящен pi-цепям, T-цепям и L-цепям, полностью состоящим из резисторов и нагруженным на каждом порту чисто активным сопротивлением. Все значения импеданса, токов, напряжений и двухпортовых параметров считаются чисто действительными. Для практических применений такое допущение часто бывает достаточно точным. Цепь рассчитана на определенный импеданс нагрузки, ZLoad, и определенный импеданс источника, Zs. Импеданс, "видимый" со стороны входного порта, будет равен ZS, если выходной порт нагружен ZLoad. Импеданс, "видимый" со стороны выходного порта, будет равен ZLoad, если входной порт нагружен ZS.

Справочные значения для расчета компонента аттенюатора

Двухпортовый аттенюатор обычно двунаправлен. Однако в данном разделе он будет рассматриваться как однонаправленный. В общем случае применима любая из двух схем, но чаще всего подразумевается первая схема (с источником слева). Для L-аттенюатора вторая схема будет использоваться, если импеданс нагрузки больше импеданса источника. Каждому резистору в каждом рассматриваемом типе аттенюатора присвоено уникальное обозначение для уменьшения путаницы. При расчете номиналов компонентов L-аттенюатора предполагается, что расчетный импеданс порта 1 (слева) равен или превышает расчетный импеданс порта 2.

Используемые термины

Пэд будет включать в себя пи-пад, T-пад, L-пад, аттенюатор и двухпорт. Двухпорт будет включать в себя пи-пад, T-пад, L-пад, аттенюатор и двухпорт. Входной порт означает входной порт двухпорта. Выходной порт означает выходной порт двухпорта. Симметричным называется случай, когда источник и нагрузка имеют одинаковое сопротивление. Потерями называется отношение мощности, входящей во входной порт пэда, к мощности, поглощаемой нагрузкой. Потерями на вставку называется отношение мощности, которая была бы передана нагрузке при прямом соединении с источником, к мощности, поглощаемой нагрузкой при соединении через пэд.

Используемые символы

Пассивные, резистивные накладки и аттенюаторы являются двунаправленными двухпортами, но в этом разделе они будут рассматриваться как однонаправленные. ZS = выходное сопротивление источника. ZLoad = входное сопротивление нагрузки. Zin = сопротивление, видимое при взгляде на входной порт, когда ZLoad подключен к выходному порту. Zin является функцией сопротивления нагрузки. Zout = сопротивление, видимое при взгляде на выходной порт, когда Zs подключен к входному порту. Zout является функцией сопротивления источника. Vs = напряжение источника холостого хода или без нагрузки. Vin = напряжение, подаваемое источником на входной порт. Vout = напряжение, прикладываемое к нагрузке выходным портом. Iin = ток, входящий в входной порт от источника. Iout = ток, входящий в нагрузку от выходного порта. Pin = Vin Iin = мощность, поступающая в входной порт от источника. Pout = Vout Iout = мощность, поглощаемая нагрузкой от выходного порта. Pdirect = мощность, которая была бы поглощена нагрузкой, если бы она была подключена непосредственно к источнику. Lpad = 10 log10 (Pin / Pout), всегда. Более того, если Zs = ZLoad, то Lpad = 20 log10 (Vin / Vout). Обратите внимание, по определению, затухание ≥ 0 дБ. Linsertion = 10 log10 (Pdirect / Pout). Более того, если Zs = ZLoad, то Linsertion = Lpad. Затухание ≡ Lpad. Затухание определяется как Lpad.

Параметры импеданса к T-pad

Предыдущие уравнения тривиально обратимы, но если потерь недостаточно, некоторые компоненты t-параметра будут иметь отрицательное сопротивление.

Параметры импеданса к пи-паду

Эти предшествующие параметры T-образной площадки могут быть алгебраически преобразованы в параметры π-образной площадки.

Параметры пропускания к пи-паду

Предыдущие уравнения тривиально обратимы, но если потерь недостаточно, некоторые компоненты π-фильтра будут иметь отрицательное сопротивление.