¿Qué son los atenuadores?
Los atenuadores son dispositivos pasivos. Es conveniente discutirlos junto con decibelios. Los atenuadores debilitan o atenúan la salida de alto nivel de un generador de señales, por ejemplo, para proporcionar una señal de nivel más bajo para algo como la entrada de antena de un receptor de radio sensible. (figura a continuación) El atenuador podría estar integrado en el generador de señales o ser un dispositivo independiente. Podría proporcionar una cantidad fija o ajustable de atenuación. Una sección de atenuador también puede proporcionar aislamiento entre una fuente y una carga problemática.
El atenuador de impedancia constante se adapta a la impedancia de fuente ZI y a la impedancia de carga ZO. Para equipos de radiofrecuencia, Z es de 50 Ω.
En el caso de un atenuador independiente, debe colocarse en serie entre la fuente de señal y la carga abriendo la ruta de la señal como se muestra en la figura anterior. Además, debe coincidir tanto con la impedancia de fuente ZI como con la impedancia de carga ZO, al tiempo que proporciona una cantidad específica de atenuación. En esta sección solo consideraremos el caso especial, y más común, donde las impedancias de fuente y carga son iguales. No considerado en esta sección, la fuente desigual y las impedancias de carga pueden ser emparejadas por una sección de atenuador. Sin embargo, la formulación es más compleja.
Los atenuadores de sección T y sección Π son formas comunes.
Las configuraciones comunes son las redes T y Π que se muestran en la figura anterior. Múltiples secciones de atenuador pueden estar en cascada cuando se necesitan señales aún más débiles, como en la figura a continuación.
El uso de Decibelios para atenuadores
Las relaciones de voltaje, como se usan en el diseño de atenuadores, a menudo se expresan en términos de decibelios. La relación de tensión debe derivarse de la atenuación en decibelios. Las relaciones de potencia expresadas en decibelios son aditivas. Por ejemplo, un atenuador de 10 dB seguido de un atenuador de 6 dB proporciona 16 dB de atenuación total.
10 dB + 6 db = 16 dB
Los niveles de sonido cambiantes son perceptibles aproximadamente proporcionales al logaritmo de la relación de potencia (PI / PO).
nivel de sonido = log10 (PI / PO)
Un cambio de 1 dB en el nivel de sonido es apenas perceptible para un oyente, mientras que 2 db es fácilmente perceptible. Una atenuación de 3 dB corresponde a la potencia de corte a la mitad, mientras que una ganancia de 3 db corresponde a una duplicación del nivel de potencia. Una ganancia de -3 dB es lo mismo que una atenuación de +3 dB, que corresponde a la mitad del nivel de potencia original.
El cambio de potencia en decibelios en términos de relación de potencia es:
dB = 10 log10(PI / PO)
Suponiendo que la carga de RI en PI es igual a la resistencia de carga RO PO(RI = RO), los decibelios puede ser derivado de la proporción de voltaje (VI / VO) o la relación de corriente (I / IO):
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(I/IO)
Decibelios Ecuaciones
Los dos más frecuentemente utilizadas en las formas de la ecuación de decibelios:
dB = 10 log10 (PI / PO) o dB = 20 log10(VI / VO)
Utilizaremos esta última forma, ya que necesitamos la relación de tensión. Una vez más, la forma de ecuación de relación de voltaje solo es aplicable cuando las dos resistencias correspondientes son iguales. Es decir, la resistencia a la fuente y a la carga deben ser iguales.
Ejemplos usando ecuaciones de decibelios
Ejemplo: La potencia en un atenuador es de 10 Vatios, la potencia de salida es de 1 Vatio. Encuentra la atenuación en dB.
dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10 (10 /1) = 10 log10 (10) = 10 (1) = 10 dB
Ejemplo: Encuentre la relación de atenuación de voltaje (K = (VI / VO)) para un atenuador de 10 dB.
dB = 10 = 20 log10 (VI / VO) 10/20 = log10(VI / VO) 1010/20 = 10log10(VI / VO) 3.16 = (VI / VO) = AP(relación)
Ejemplo: La alimentación en un atenuador es de 100 milivatios, la salida de energía es de 1 milivatio. Encuentra la atenuación en dB.
dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10 (100 / 1) = 10 log10 (100) = 10 (2) = 20 dB
Ejemplo: Encuentre la relación de atenuación de voltaje (K = (VI / VO)) para un atenuador de 20 dB.
dB = 20 = 20 log10(VI / VO ) 1020/20 = 10 log10(VI / VO ) 10 = (VI / VO) = K
Atenuador de sección en T
Los atenuadores T y Π deben estar conectados a una fuente Z e impedancia de carga Z. Las flechas Z que apuntan hacia el atenuador en la figura de abajo indican esto. Las flechas Z que apuntan hacia el atenuador indican que la impedancia vista mirando hacia el atenuador con una carga Z en el extremo opuesto es Z, Z=50 Ω para nuestro caso. Esta impedancia es una constante (50 Ω) con respecto a la atenuación– la impedancia no cambia cuando se cambia la atenuación.
La tabla de la siguiente figura enumera los valores de resistencia de los atenuadores T y Π para que coincidan con una fuente/ carga de 50 Ω, como es el requisito habitual en el trabajo de radiofrecuencia.
La utilidad telefónica y otros trabajos de audio a menudo requieren una coincidencia de 600 Ω. Multiplique todos los valores de R por la relación (600/50) para corregir la coincidencia de 600 Ω. Multiplicar por 75/50 convertiría los valores de la tabla para que coincidan con una fuente y carga de 75 Ω.
Fórmulas para resistencias atenuadoras de sección en T, dado K, la relación de atenuación de voltaje, y ZI = ZO = 50 Ω.
La cantidad de atenuación se especifica habitualmente en dB (decibelios). Sin embargo, necesitamos la relación de voltaje (o corriente) K para encontrar los valores de resistencia de las ecuaciones. Consulte el término dB/20 en el término de potencia de 10 para calcular la relación de voltaje K a partir de dB, arriba.
Las configuraciones T (y por debajo de Π) se usan más comúnmente, ya que proporcionan coincidencia bidireccional. Es decir, la entrada y salida del atenuador pueden intercambiarse de extremo a extremo y aún así coincidir con las impedancias de fuente y carga mientras suministra la misma atenuación.
Desconectando la fuente y mirando hacia la derecha en VI, necesitamos ver una combinación paralela en serie de R1, R2, R1 y Z que parezca una resistencia equivalente de ZIN, lo mismo que la impedancia de fuente/carga Z: (una carga de Z está conectada a la salida.)
ZIN = R1 +(R2 ||(R1 + Z))
Por ejemplo, sustituya los valores de 10 dB de la tabla de atenuadores de 50 Ω por R1 y R2, como se muestra en la figura siguiente.
ZIN = 25,97 + (35.14 | | (25.97 + 50)) ZIN = 25.97 + (35.14/ / 75.97 ) ZIN = 25.97 + 24.03 = 50
Esto nos muestra que vemos 50 Ω mirando directamente al atenuador de ejemplo (figura a continuación) con una carga de 50 Ω.
Reemplazar el generador de fuente, desconectar la carga Z en VO y mirar hacia la izquierda, debería darnos la misma ecuación que la anterior para la impedancia en VO, debido a la simetría. Además, las tres resistencias deben ser valores que proporcionen la atenuación requerida de entrada a salida. Esto se logra mediante las ecuaciones para R1 y R2 anteriores aplicadas al atenuador T de abajo.
Atenuador de sección PI
La tabla de la figura a continuación enumera los valores de resistencia para el atenuador Π que coincide con una fuente/ carga de 50 Ω en algunos niveles de atenuación comunes. Las resistencias correspondientes a otros niveles de atenuación pueden calcularse a partir de las ecuaciones.
Fórmulas para resistencias atenuadoras de sección Π, dada K, la relación de atenuación de voltaje, y ZI = ZO = 50 Ω.
Lo anterior se aplica al atenuador π de abajo.
¿Qué valores de resistencia se requerirían para ambos atenuadores Π para 10 dB de atenuación que coincidan con una fuente y carga de 50 Ω?
Ejemplo de atenuador de sección Π de 10 dB para emparejar una fuente y carga de 50 Ω.
Los 10 dB corresponden a una relación de atenuación de voltaje de K = 3,16 en la penúltima línea de la tabla anterior. Transfiera los valores de la resistencia en esa línea a las resistencias en el diagrama esquemático de la figura anterior.
Atenuador de sección L
La tabla de la siguiente figura enumera los valores de resistencia para que los atenuadores L coincidan con una fuente/ carga de 50 Ω. La tabla de la siguiente figura también enumera los valores de resistencia para una forma alternativa. Tenga en cuenta que los valores de la resistencia no son los mismos.
Tabla de atenuadores de sección L para fuente de 50 Ω e impedancia de carga.
Lo anterior se aplica al atenuador L de abajo.
Tabla de atenuadores de sección L de forma alterna para fuente de 50 Ω e impedancia de carga.
Atenuador T puenteado
La tabla de la siguiente figura enumera los valores de resistencia de los atenuadores T puenteados para que coincidan con una fuente y carga de 50 Ω. El atenuador bridged-T no se usa a menudo. ¿Por qué no?
Fórmulas y tabla abreviada para la sección atenuador bridged-T, Z = 50 Ω.
Secciones en cascada
Las secciones de atenuador se pueden conectar en cascada como en la figura a continuación para obtener más atenuación de la que puede estar disponible en una sola sección. Por ejemplo, dos atenuadores de 10 db pueden conectarse en cascada para proporcionar 20 dB de atenuación, siendo los valores de dB aditivos. La relación de atenuación de voltaje K o VI / VO para una sección de atenuador de 10 dB es de 3,16. La relación de atenuación de voltaje para las dos secciones en cascada es el producto de los dos Ks o 3, 16×3, 16=10 para las dos secciones en cascada.
Secciones atenuadoras en cascada: la atenuación dB es aditiva.
La atenuación variable se puede proporcionar en pasos discretos mediante un atenuador conmutado. El ejemplo de la figura siguiente, mostrado en la posición de 0 dB, es capaz de atenuación de 0 a 7 dB mediante conmutación aditiva de ninguna, una o más secciones.
El atenuador de múltiples secciones típico tiene más secciones de las que muestra la figura anterior. La adición de una sección de 3 u 8 dB anterior permite que la unidad cubra hasta 10 dB y más. Los niveles de señal más bajos se logran mediante la adición de secciones de 10 dB y 20 dB, o una sección binaria múltiple de 16 dB.Atenuadores de RF
Para el trabajo de radiofrecuencia (RF) (< 1000 Mhz), las secciones individuales deben montarse en compartimentos blindados para frustrar el acoplamiento capacitivo si se quieren alcanzar niveles de señal más bajos a las frecuencias más altas. Las secciones individuales de los atenuadores conmutados de la sección anterior se montan en secciones blindadas. Podrán adoptarse medidas adicionales para ampliar la gama de frecuencias a más de 1000 Mhz. Esto implica la construcción a partir de elementos resistivos sin plomo de forma especial.
Un atenuador de sección en T coaxial que consiste en varillas resistivas y un disco resistivo se muestra en la figura anterior. Esta construcción es utilizable a unos pocos gigahercios. La versión Π coaxial tendría una varilla resistiva entre dos discos resistivos en la línea coaxial como en la figura a continuación.
Los conectores RF, que no se muestran, están unidos a los extremos de los atenuadores T y Π anteriores. Los conectores permiten que los atenuadores individuales se conecten en cascada, además de la conexión entre una fuente y la carga. Por ejemplo, un atenuador de 10 dB puede colocarse entre una fuente de señal problemática y una entrada de analizador de espectro costosa. Aunque es posible que no necesitemos la atenuación, el costoso equipo de prueba está protegido de la fuente atenuando cualquier sobretensión.
Resumen: Atenuadores
- Un atenuador reduce una señal de entrada a un nivel inferior.
- La cantidad de atenuación se especifica en decibelios (dB). Los valores de decibelios son aditivos para secciones atenuadoras en cascada.
- dB de relación de potencia: dB = 10 log10(PI / PO)
- dB de relación de tensión: dB = 20 log10 (VI / VO)
- Los atenuadores de sección T y Π son las configuraciones de circuito más comunes.
HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:
- Hoja de cálculo de medidas de decibelios