Abschwächer

Was sind Abschwächer?

Dämpfungsglieder sind passive Bauelemente. Es ist bequem, sie zusammen mit Dezibel zu diskutieren. Abschwächer schwächen oder dämpfen den Hochpegelausgang eines Signalgenerators, um beispielsweise ein Signal mit niedrigerem Pegel für so etwas wie den Antenneneingang eines empfindlichen Funkempfängers bereitzustellen. (Abbildung unten) Der Abschwächer kann in den Signalgenerator eingebaut oder ein eigenständiges Gerät sein. Es könnte eine feste oder einstellbare Dämpfung bieten. Ein Abschwächerabschnitt kann auch eine Isolierung zwischen einer Quelle und einer störenden Last bereitstellen.

Das Dämpfungsglied mit konstanter Impedanz ist auf die Quellenimpedanz ZI und die Lastimpedanz ZO abgestimmt. Für Hochfrequenzgeräte beträgt Z 50 Ω.

Im Falle eines eigenständigen Dämpfungsglieds muss es in Reihe zwischen der Signalquelle und der Last platziert werden, indem der Signalpfad wie in der obigen Abbildung gezeigt aufgebrochen wird. Darüber hinaus muss es sowohl der Quellenimpedanz ZI als auch der Lastimpedanz ZO entsprechen und gleichzeitig ein bestimmtes Maß an Dämpfung bereitstellen. In diesem Abschnitt werden wir nur den speziellen und gebräuchlichsten Fall betrachten, in dem die Quellen- und Lastimpedanzen gleich sind. In diesem Abschnitt nicht berücksichtigt, können ungleiche Quellen- und Lastimpedanzen durch einen Dämpfungsglied-Abschnitt angepasst werden. Die Formulierung ist jedoch komplexer.

T abschnitt und Π abschnitt dämpfungsglieder sind gemeinsame formen.

Gängige Konfigurationen sind die in der obigen Abbildung gezeigten T- und Π-Netzwerke. Mehrere Abschwächerabschnitte können kaskadiert werden, wenn noch schwächere Signale benötigt werden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Verwendung von Dezibel für Dämpfungsglieder

Spannungsverhältnisse, wie sie bei der Auslegung von Dämpfungsgliedern verwendet werden, werden häufig in Dezibel ausgedrückt. Das Spannungsverhältnis muss aus der Dämpfung in Dezibel abgeleitet werden. Leistungsverhältnisse, ausgedrückt als Dezibel, sind additiv. Beispielsweise liefert ein 10-dB-Dämpfungsglied, gefolgt von einem 6-dB-Dämpfungsglied, insgesamt 16 dB Dämpfung.

10 dB + 6 db = 16 dB

Sich ändernde Schallpegel sind etwa proportional zum Logarithmus des Leistungsverhältnisses (PI/PO) wahrnehmbar.

Schallpegel = log10(PI / PO)

Eine Änderung des Schallpegels von 1 dB ist für einen Hörer kaum wahrnehmbar, während 2 dB leicht wahrnehmbar sind. Eine Dämpfung von 3 dB entspricht einer Halbierung der Leistung, während eine Verstärkung von 3 dB einer Verdoppelung des Leistungspegels entspricht. Eine Verstärkung von -3 dB entspricht einer Dämpfung von +3 dB, was der Hälfte des ursprünglichen Leistungspegels entspricht.

Die Leistungsänderung in Dezibel in Bezug auf das Leistungsverhältnis ist:

dB = 10 log10(PI/PO)

Unter der Annahme, dass die Last RI an PI gleich dem Lastwiderstand RO an PO ist(RI = RO), können die Dezibel aus dem Spannungsverhältnis (VI/VO) oder dem Stromverhältnis (II/IO) abgeleitet werden:

PO = V O IO = VO2/R = IO2 R PI = V I II = VI2/R = II2 R dB = 10 log10(PI/PO) = 10 log10(VI2 / VO2) = 20 log10(VI/VO) dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10(II2 / IO2) = 20 log10(II/IO)

Dezibelgleichungen

Die beiden am häufigsten verwendeten Formen der Dezibelgleichung sind:

dB = 10 log10(PI / PO) oder dB = 20 log10(VI / VO)

Wir werden die letztere Form verwenden, da wir das Spannungsverhältnis benötigen. Wiederum ist die Spannungsverhältnisform der Gleichung nur anwendbar, wenn die beiden entsprechenden Widerstände gleich sind. Das heißt, der Quell- und Lastwiderstand muss gleich sein.

Beispiele unter Verwendung der Dezibelgleichungen

Beispiel: Die Leistung in einem Dämpfungsglied beträgt 10 Watt, die Leistung aus 1 Watt. Finden Sie die Dämpfung in dB.

dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10 (10/1) = 10 log10 (10) = 10 (1) = 10 dB

Beispiel: Ermitteln Sie das Spannungsdämpfungsverhältnis (K = (VI / VO)) für ein 10-dB-Dämpfungsglied.

dB = 10= 20 log10(VI / VO) 10/20 = log10(VI / VO) 1010/20 = 10log10(VI / VO) 3.16 = (VI / VO) = AP(ratio)

Beispiel: Die Leistung in einem Dämpfungsglied beträgt 100 Milliwatt, die Leistung aus 1 Milliwatt. Finden Sie die Dämpfung in dB.

dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10 (100/1) = 10 log10 (100) = 10 (2) = 20 dB

Beispiel: Ermitteln Sie das Spannungsdämpfungsverhältnis (K= (VI / VO)) für ein 20-dB-Dämpfungsglied.

dB = 20= 20 log10(VI / VO ) 1020/20 = 10 log10(VI / VO ) 10 = (VI / VO ) = K

Dämpfungsglied T-Sektion

Die Dämpfungsglieder T und Π müssen an eine Z-Quelle und eine Z-Lastimpedanz angeschlossen werden. Die vom Dämpfungsglied wegweisenden Z-(Pfeile) in der folgenden Abbildung zeigen dies an. Das Z- (Pfeile), das zum Abschwächer zeigt, zeigt an, dass die Impedanz, die in das Abschwächer mit einer Last Z am gegenüberliegenden Ende gesehen wird, Z, Z = 50 Ω für unseren Fall ist. Diese Impedanz ist in Bezug auf die Dämpfung konstant (50 Ω) – die Impedanz ändert sich nicht, wenn die Dämpfung geändert wird.

Die Tabelle in der folgenden Abbildung listet die Widerstandswerte für die T- und Π-Abschwächer auf, die einer 50 Ω-Quelle / Last entsprechen, wie dies bei Hochfrequenzarbeiten üblich ist.

Telefon-Utility und andere Audio-Arbeit erfordert oft Anpassung an 600 Ω. Multiplizieren Sie alle R-Werte mit dem Verhältnis (600/50), um die Anpassung an 600 Ω zu korrigieren. Die Multiplikation mit 75/50 würde die Tabellenwerte so konvertieren, dass sie einer 75-Ω-Quelle und -Last entsprechen.

Formeln für T-Abschnitt Dämpfungswiderstände, gegeben K, das Spannungsdämpfungsverhältnis und ZI = ZO = 50 Ω.

Die Höhe der Dämpfung wird üblicherweise in dB (Dezibel) angegeben. Wir benötigen jedoch das Spannungs- (oder Strom-) Verhältnis K , um die Widerstandswerte aus Gleichungen zu ermitteln. Siehe den dB / 20-Term in der Potenz von 10 Term zur Berechnung des Spannungsverhältnisses K von dB, oben.

Die Konfigurationen T (und darunter Π) werden am häufigsten verwendet, da sie eine bidirektionale Anpassung ermöglichen. Das heißt, der Dämpfungsglied-Eingang und -Ausgang können Ende für Ende vertauscht werden und stimmen immer noch mit den Quellen- und Lastimpedanzen überein, während die gleiche Dämpfung bereitgestellt wird.

Wenn wir die Quelle trennen und nach rechts auf VI schauen, müssen wir eine reihenparallele Kombination von R1, R2, R1 und Z sehen, die wie ein äquivalenter Widerstand von ZIN aussieht, der der Quelle / Lastimpedanz Z entspricht: (Eine Last von Z ist mit dem Ausgang verbunden.)

ZIN = R1 + (R2 ||(R1 + Z))

Ersetzen Sie beispielsweise die 10 dB-Werte aus der 50 Ω-Dämpfungstabelle für R1 und R2, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

ZIN = 25,97 + (35.14 ||(25.97 + 50)) ZIN = 25.97 + (35.14 // 75.97 ) ZIN = 25.97 + 24.03 = 50

Dies zeigt uns, dass wir 50 Ω sehen, die direkt in das Beispiel-Dämpfungsglied (Abbildung unten) mit einer 50 Ω Last schauen.

Wenn Sie den Quellgenerator austauschen, die Last Z an VO trennen und nach links schauen, sollten Sie aufgrund der Symmetrie die gleiche Gleichung wie oben für die Impedanz an VO erhalten. Außerdem müssen die drei Widerstände Werte sein, die die erforderliche Dämpfung von Eingang zu Ausgang liefern. Dies wird durch die obigen Gleichungen für R1 und R2 erreicht, wie sie auf den T-Abschwächer unten angewendet werden.

PI-Abschnittsabschwächer

Die Tabelle in der folgenden Abbildung listet die Widerstandswerte für den Π-Abschwächer auf, der einer 50 Ω-Quelle / Last bei einigen üblichen Dämpfungspegeln entspricht. Die Widerstände, die anderen Dämpfungsniveaus entsprechen, können aus den Gleichungen berechnet werden.

Formeln für Π-Abschnitt Dämpfungswiderstände, gegeben K, das Spannungsdämpfungsverhältnis und ZI = ZO = 50 Ω.

Das Obige gilt für den π-Abschwächer unten.

Welche Widerstandswerte wären für beide Π-Dämpfungsglieder für eine Dämpfung von 10 dB erforderlich, die einer 50-Ω-Quelle und einer Last entspricht?

10 dB Π-Abschnitt Dämpfungsglied Beispiel für die Anpassung einer 50 Ω Quelle und Last.

Die 10 dB entsprechen einem Spannungsdämpfungsverhältnis von K=3,16 in der vorletzten Zeile der obigen Tabelle. Übertragen Sie die Widerstandswerte in dieser Zeile auf die Widerstände im Schaltplan in der obigen Abbildung.

L-Sektions-Abschwächer

Die Tabelle in der folgenden Abbildung listet die Widerstandswerte für die L-Abschwächer auf, die einer 50 Ω-Quelle/ Last entsprechen. Die Tabelle in der folgenden Abbildung listet auch Widerstandswerte für eine alternative Form auf. Beachten Sie, dass die Widerstandswerte nicht gleich sind.

L-Abschnitt Dämpfungstabelle für 50 Ω Quelle und Lastimpedanz.

Das Obige gilt für den L-Abschwächer unten.

Alternative Form L-Abschnitt Dämpfungstabelle für 50 Ω Quelle und Lastimpedanz.

Überbrücktes T-Dämpfungsglied

In der Tabelle in der folgenden Abbildung sind die Widerstandswerte für die überbrückten T-Dämpfungsglieder aufgeführt, die einer 50 Ω-Quelle und Last entsprechen. Der Bridged-T-Abschwächer wird nicht oft verwendet. Warum nicht?

Formeln und abgekürzte Tabelle für Brückenabschwächerabschnitt T, Z = 50 Ω.

Kaskadierte Abschnitte

Dämpfungsabschnitte können wie in der folgenden Abbildung kaskadiert werden, um eine höhere Dämpfung zu erzielen, als mit einem einzelnen Abschnitt möglich ist. Beispielsweise können zwei 10-dB-Dämpfungsglieder kaskadiert werden, um eine Dämpfung von 20 dB bereitzustellen, wobei die dB-Werte additiv sind. Das Spannungsdämpfungsverhältnis K oder VI/VO für eine 10 dB Dämpfungsstrecke beträgt 3,16. Das Spannungsdämpfungsverhältnis für die beiden kaskadierten Abschnitte ist das Produkt der beiden Ks oder 3,16×3,16 = 10 für die beiden kaskadierten Abschnitte.

Kaskadierte Dämpfungsabschnitte: Die dB-Dämpfung ist additiv.

Eine variable Dämpfung kann in diskreten Schritten durch ein geschaltetes Dämpfungsglied bereitgestellt werden. Das Beispiel in der folgenden Abbildung, das in der 0-dB-Position dargestellt ist, kann durch additives Schalten von keinem, einem oder mehreren Abschnitten eine Dämpfung von 0 bis 7 dB erzeugen.

Geschaltetes Dämpfungsglied: Die Dämpfung ist in diskreten Schritten variabel.

Das typische mehrteilige Dämpfungsglied hat mehr Abschnitte als die obige Abbildung zeigt. Das Hinzufügen eines 3- oder 8-dB-Abschnitts darüber ermöglicht es dem Gerät, bis zu 10 dB und darüber hinaus abzudecken. Niedrigere Signalpegel werden durch Hinzufügen von 10 dB- und 20 dB-Abschnitten oder eines binären Vielfachen 16 dB-Abschnitts erreicht.

HF-Dämpfungsglieder

Für Hochfrequenzarbeiten (<1000 MHz) müssen die einzelnen Abschnitte in abgeschirmten Fächern montiert werden, um die kapazitive Kopplung zu vereiteln, wenn bei den höchsten Frequenzen niedrigere Signalpegel erreicht werden sollen. Die einzelnen Abschnitte der geschalteten Dämpfungsglieder im vorherigen Abschnitt sind in abgeschirmten Abschnitten montiert. Zusätzliche Maßnahmen können ergriffen werden, um den Frequenzbereich über 1000 MHz hinaus zu erweitern. Hierbei handelt es sich um eine Konstruktion aus speziell geformten bleifreien Widerstandselementen.

In der obigen Abbildung ist ein koaxiales Dämpfungsglied mit T-Abschnitt dargestellt, das aus Widerstandsstäben und einer Widerstandsscheibe besteht. Diese Konstruktion ist bis zu einigen Gigahertz nutzbar. Die koaxiale Π-Version hätte einen Widerstandsstab zwischen zwei Widerstandsscheiben in der Koaxialleitung, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

An den Enden der obigen T- und Π-Dämpfungsglieder sind nicht dargestellte HF-Steckverbinder angebracht. Die Anschlüsse ermöglichen die Kaskadierung einzelner Dämpfungsglieder sowie die Verbindung zwischen einer Quelle und einer Last. Beispielsweise kann ein 10-dB-Abschwächer zwischen einer störenden Signalquelle und einem teuren Spektrumanalysatoreingang angeordnet sein. Auch wenn wir die Dämpfung möglicherweise nicht benötigen, wird das teure Testgerät vor der Quelle geschützt, indem Überspannungen abgeschwächt werden.

Zusammenfassung: Abschwächer

• Ein Abschwächer reduziert ein Eingangssignal auf einen niedrigeren Pegel.
• Die Dämpfung wird in Dezibel (dB) angegeben. Dezibelwerte sind additiv für kaskadierte Dämpfungsglieder.
• dB von power verhältnis: dB = 10 log10 (PI/PO)
• dB von spannung verhältnis: dB = 20 log10 (VI/VO)
• T und Π abschnitt dämpfungsglieder sind die häufigste schaltung konfigurationen.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für Dezibelmessungen