Pri vývoji elektronických obvodov je väčšinou potrebné riešiť problém zosilňovania signálov – zvyšovanie ich amplitúdy alebo výkonu. Existujú však situácie, keď je potrebné úroveň signálu, naopak, oslabiť. A táto úloha nie je taká jednoduchá, ako sa na prvý pohľad zdá.
Obsah
Čo je to atenuátor a ako to funguje
Atenuátor je zariadenie na úmyselné a normálne zníženie amplitúdy alebo výkonu vstupného signálu bez skreslenia jeho tvaru.
Princíp činnosti atenuátorov používaných v rádiofrekvenčnom rozsahu - delič napätia s odpormi alebo kondenzátormi. Vstupný signál je rozdelený medzi odpory v pomere k odporom. Najjednoduchším riešením je delič dvoch rezistorov. Takýto atenuátor sa nazýva v tvare L (v zahraničnej technickej literatúre - v tvare L). Každá strana tohto nevyváženého zariadenia môže slúžiť ako vstup a výstup.Charakteristickým znakom G-atenuátora je nízka úroveň strát pri zosúladení vstupu a výstupu.
Typy atenuátorov
V praxi sa G-atenuátor až tak často nepoužíva - hlavne kvôli zosúladeniu vstupných a výstupných odporov. Zariadenia typu P (v zahraničnej literatúre Pi - z latinského písmena π) a zariadenia typu T sa používajú oveľa širšie na normalizovaný útlm signálov. Tento princíp umožňuje vytvárať zariadenia s rovnakou vstupnou a výstupnou impedanciou (av prípade potreby však môžete použiť aj iné).
Obrázok ukazuje nevyvážené zariadenia. Zdroj a záťaž k nim treba pripojiť nesymetrickým vedením - koaxiálne káble a pod. z akéhokoľvek smeru.
Pre symetrické vedenia (krútená dvojlinka atď.) sa používajú symetrické obvody - niekedy sa nazývajú tlmiče typu H a O, hoci ide len o variácie predchádzajúcich zariadení.
Pridaním jedného (dvoch) rezistorov sa atenuátor typu T- (H-) premení na mostíkové.
Tlmiče sú vyrábané priemyslom vo forme kompletných zariadení s konektormi na pripojenie, ale môžu byť vyrobené aj na doske plošných spojov ako súčasť všeobecného obvodu. Odporové a kapacitné tlmiče majú vážne plus - neobsahujú nelineárne prvky, ktoré neskresľujú signál a nevedú k objaveniu sa nových harmonických v spektre a zmiznutiu existujúcich.
Okrem odporových existujú aj iné typy atenuátorov. Široko používané v priemyselnej technológii:
- limitné a polarizačné atenuátory - založené na konštrukčných vlastnostiach vlnovodov;
- absorbujúce atenuátory - útlm signálu spôsobuje absorpciu výkonu špeciálne vybranými materiálmi;
- optické tlmiče;
Tieto typy zariadení sa používajú v mikrovlnnej technike a vo frekvenčnom rozsahu svetla. Pri nízkych a rádiových frekvenciách sa používajú atenuátory založené na odporoch a kondenzátoroch.
Hlavné charakteristiky
Hlavným parametrom, ktorý určuje vlastnosti atenuátorov, je koeficient útlmu. Meria sa v decibeloch. Aby sme pochopili, koľkokrát sa amplitúda signálu po prechode útlmovým obvodom zníži, je potrebné prepočítať koeficient z decibelov na časy. Na výstupe zariadenia, ktoré znižuje amplitúdu signálu o N decibelov, bude napätie M-krát menšie:
M = 10(N/20) (pre výkon — M=10(N/10)) .
Obrátený výpočet:
N=20⋅log10(M) (pre výkon N=10⋅log10(M)).
Takže pre atenuátor s Kosl \u003d -3 dB (koeficient je vždy záporný, pretože hodnota vždy klesá), výstupný signál bude mať amplitúdu 0,708 od originálu. A ak je výstupná amplitúda dvakrát menšia ako pôvodná, potom sa Kosl rovná približne -6 dB.
Vzorce sú na mentálne výpočty dosť zložité, preto je lepšie používať online kalkulačky, ktorých je na internete veľmi veľa.
Pre nastaviteľné zariadenia (stupňovité alebo plynulé) sú uvedené limity nastavenia.
Ďalším dôležitým parametrom je vlnová impedancia (impedancia) na vstupe a výstupe (môžu byť rovnaké). Tento odpor je spojený s takou charakteristikou, ako je pomer stojatých vĺn (SWR) - často sa uvádza na priemyselných výrobkoch. Pre čisto odporové zaťaženie sa tento koeficient vypočíta podľa vzorca:
- SWR=ρ/R ak ρ>R, kde R je odpor záťaže a ρ je vlnová impedancia vedenia.
- SWR= R/ρ ak ρ<R.
SWR je vždy väčšia alebo rovná 1. Ak R=ρ, všetok výkon sa prenáša na záťaž. Čím viac sa tieto hodnoty líšia, tým väčšia je strata.Takže pri SWR = 1,2 dosiahne 99% výkonu záťaž a pri SWR = 3 - už 75%. Pri pripojení 75 ohmového atenuátora na 50 ohmový kábel (alebo naopak) SWR = 1,5 a strata bude 4%.
Ďalšie dôležité vlastnosti, ktoré treba spomenúť:
- prevádzkový frekvenčný rozsah;
- maximálny výkon.
Dôležitý je aj taký parameter ako presnosť - to znamená prípustnú odchýlku útlmu od nominálneho. Pre priemyselné tlmiče sú charakteristiky aplikované na puzdro.
V niektorých prípadoch je dôležitý výkon zariadenia. Energia, ktorá sa nedostala k spotrebiteľovi, je rozptýlená prvkami útlmu, takže je dôležité zabrániť preťaženiu.
Existujú vzorce na výpočet hlavných charakteristík odporových atenuátorov rôznych konštrukcií, ale sú ťažkopádne a obsahujú logaritmy. Preto na ich používanie potrebujete aspoň kalkulačku. Preto je pre vlastný výpočet vhodnejšie použiť špeciálne programy (vrátane online).
Nastaviteľné tlmiče
Koeficient útlmu a SWR sú ovplyvnené hodnotou všetkých prvkov, ktoré tvoria atenuátor, preto vytvorte zariadenia založené na odpory s plynulou reguláciou parametrov je ťažké. Zmenou útlmu je potrebné upraviť SWR a naopak. Takéto problémy je možné vyriešiť použitím zosilňovačov so ziskom menším ako 1.
Takéto zariadenia sú postavené na tranzistoroch resp OU, ale je tu problém linearity. Nie je ľahké vytvoriť zosilňovač, ktorý neskresľuje priebeh v širokom frekvenčnom rozsahu. Oveľa širšie sa využíva stupňovitá regulácia - tlmiče sú zapojené do série, ich zoslabenie sa sčítava. Tie obvody, ktoré sú potrebné, sú prepojené (reléové kontakty atď).Takže požadovaný koeficient útlmu sa získa bez zmeny odporu vlny.
Existujú návrhy zariadení na tlmenie signálu s plynulým nastavovaním, postavené na širokopásmových transformátoroch (SHPT). Používajú sa v amatérskej komunikačnej technike v prípadoch, keď sú požiadavky na prispôsobenie vstupu a výstupu nízke.
Hladké ladenie atenuátorov postavených na vlnovodoch je dosiahnuté zmenou geometrických rozmerov. Optické tlmiče sa vyrábajú aj s plynulým ovládaním útlmu, ale takéto zariadenia majú dosť komplikovanú konštrukciu, keďže obsahujú sústavu šošoviek, optických filtrov atď.
Oblasť použitia
Ak má atenuátor rozdielne vstupné a výstupné odpory, potom okrem funkcie útlmu môže pôsobiť ako prispôsobovacie zariadenie. Ak teda potrebujete pripojiť káble 75 a 50 ohmov, môžete medzi ne dať vhodne vypočítaný a spolu s normalizovaným útlmom môžete korigovať aj mieru zhody.
V prijímacom zariadení sa používajú atenuátory, aby sa zabránilo preťaženiu vstupných obvodov silným rušivým žiarením. V niektorých prípadoch môže zoslabenie rušivého signálu, dokonca súčasne so slabým požadovaným signálom, zlepšiť kvalitu príjmu znížením úrovne intermodulačného rušenia.
V meracej technike môžu byť atenuátory použité ako decoupling - znižujú vplyv zaťaženia na zdroj referenčného signálu. Optické atenuátory sú široko používané pri testovaní transceiverov pre komunikačné linky z optických vlákien.S ich pomocou sa modeluje útlm v reálnej linke a určujú sa podmienky a hranice stabilnej komunikácie.
V audio technike sa atenuátory používajú ako zariadenia na riadenie výkonu. Na rozdiel od potenciometrov to robia s menšou stratou výkonu. Tu je jednoduchšie zabezpečiť plynulé nastavenie, pretože vlnový odpor nie je dôležitý - dôležitý je iba útlm. V televíznych káblových sieťach tlmiče eliminujú preťaženie TV vstupov a umožňujú zachovať kvalitu prenosu bez ohľadu na podmienky príjmu.
Atenuátor nie je najkomplexnejším zariadením a nachádza najširšie uplatnenie v rádiofrekvenčných obvodoch a umožňuje vám riešiť rôzne problémy. Pri mikrovlnných a optických frekvenciách sú tieto zariadenia postavené inak a sú to zložité priemyselné jednotky.
Podobné články:
