Atténuateurs

Qu’est-ce que les atténuateurs?

Les atténuateurs sont des dispositifs passifs. Il est pratique d’en discuter avec les décibels. Les atténuateurs affaiblissent ou atténuent la sortie de haut niveau d’un générateur de signal, par exemple, pour fournir un signal de niveau inférieur à quelque chose comme l’entrée d’antenne d’un récepteur radio sensible. (figure ci-dessous) L’atténuateur peut être intégré au générateur de signaux ou être un dispositif autonome. Il pourrait fournir une atténuation fixe ou réglable. Une section atténuatrice peut également assurer une isolation entre une source et une charge gênante.

L’atténuateur à impédance constante est adapté à l’impédance de source ZI et à l’impédance de charge ZO. Pour l’équipement radiofréquence, Z est de 50 Ω.

Dans le cas d’un atténuateur autonome, il doit être placé en série entre la source du signal et la charge en ouvrant le chemin du signal comme indiqué sur la figure ci-dessus. De plus, il doit correspondre à la fois à l’impédance de source ZI et à l’impédance de charge ZO, tout en fournissant une quantité d’atténuation spécifiée. Dans cette section, nous ne considérerons que le cas spécial, et le plus courant, où les impédances de source et de charge sont égales. Non pris en compte dans cette section, les impédances de source et de charge inégales peuvent être appariées par une section atténuatrice. Cependant, la formulation est plus complexe.

Les atténuateurs de section T et de section Π sont des formes courantes.

Les configurations courantes sont les réseaux T et Π illustrés dans la figure ci-dessus. Plusieurs sections d’atténuateurs peuvent être mises en cascade lorsque des signaux encore plus faibles sont nécessaires, comme dans la figure ci-dessous.

Utilisation des décibels pour les atténuateurs

Les rapports de tension utilisés dans la conception des atténuateurs sont souvent exprimés en décibels. Le rapport de tension doit être dérivé de l’atténuation en décibels. Les rapports de puissance exprimés en décibels sont additifs. Par exemple, un atténuateur de 10 dB suivi d’un atténuateur de 6 dB fournit une atténuation globale de 16 dB.

10 dB + 6 db = 16 dB

Les niveaux sonores changeants sont perceptibles à peu près proportionnellement au logarithme du rapport de puissance (PI/PO).

niveau sonore=log10 (PI/PO)

Un changement de niveau sonore de 1 dB est à peine perceptible pour un auditeur, tandis que 2 db sont facilement perceptibles. Une atténuation de 3 dB correspond à une puissance de coupe divisée par deux, tandis qu’un gain de 3 db correspond à un doublement du niveau de puissance. Un gain de -3 dB équivaut à une atténuation de +3 dB, correspondant à la moitié du niveau de puissance d’origine.

La variation de puissance en décibels en termes de rapport de puissance est:

dB=10 log10 (PI/PO)

En supposant que la charge RI à PI est la même que la résistance de charge RO à PO (RI=RO), les décibels peuvent être dérivés du rapport de tension (VI/VO) ou du rapport de courant (II/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 (II/IO)

Équations en décibels

Les deux formes les plus souvent utilisées de l’équation en décibels sont:

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

Nous utiliserons cette dernière forme, car nous avons besoin du rapport de tension. Là encore, la forme d’équation du rapport de tension n’est applicable que lorsque les deux résistances correspondantes sont égales. Autrement dit, la résistance de la source et de la charge doit être égale.

Exemples utilisant les équations en décibels

Exemple: La puissance dans un atténuateur est de 10 Watts, la puissance hors tension est de 1 Watt. Trouvez l’atténuation en dB.

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

: Trouvez le rapport d’atténuation de tension (K = (VI/VO)) pour un atténuateur de 10 dB.

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

Exemple: La puissance dans un atténuateur est de 100 milliwatts, la puissance hors tension est de 1 milliwatt. Trouvez l’atténuation en dB.

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

Exemple : Trouvez le rapport d’atténuation de tension (K=(VI/VO)) pour un atténuateur de 20 dB.

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

Atténuateur de section en T

Les atténuateurs T et Π doivent être connectés à une source Z et à une impédance de charge Z. Les Z- (flèches) pointant à l’écart de l’atténuateur dans la figure ci-dessous l’indiquent. Les Z- (flèches) pointant vers l’atténuateur indiquent que l’impédance vue en regardant dans l’atténuateur avec une charge Z à l’extrémité opposée est Z, Z = 50 Ω pour notre cas. Cette impédance est constante (50 Ω) par rapport à l’atténuation – l’impédance ne change pas lorsque l’atténuation est modifiée.

Le tableau de la figure ci-dessous répertorie les valeurs de résistance des atténuateurs T et Π pour correspondre à une source / charge de 50 Ω, comme c’est l’exigence habituelle dans le travail par radiofréquence.

L’utilitaire téléphonique et les autres travaux audio nécessitent souvent une correspondance à 600 Ω. Multipliez toutes les valeurs de R par le rapport (600/50) pour corriger la correspondance de 600 Ω. Multiplier par 75/50 convertirait les valeurs de table pour correspondre à une source et à une charge de 75 Ω.

Formules pour les résistances atténuatrices de section en T, étant donné K, le rapport d’atténuation de tension, et ZI = ZO = 50 Ω.

La quantité d’atténuation est habituellement spécifiée en dB (décibels). Cependant, nous avons besoin du rapport de tension (ou de courant) K pour trouver les valeurs de résistance à partir des équations. Voir le terme dB / 20 dans le terme puissance de 10 pour calculer le rapport de tension K à partir de dB, ci-dessus.

Les configurations T (et en dessous de Π) sont les plus couramment utilisées car elles fournissent une correspondance bidirectionnelle. C’est-à-dire que l’entrée et la sortie de l’atténuateur peuvent être échangées bout pour bout et correspondre toujours aux impédances de source et de charge tout en fournissant la même atténuation.

En déconnectant la source et en regardant vers la droite à VI, nous avons besoin de voir une combinaison parallèle en série de R1, R2, R1 et Z ressemblant à une résistance équivalente de ZIN, la même que l’impédance source / charge Z: (une charge de Z est connectée à la sortie.)

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

Par exemple, remplacez R1 et R2 par les valeurs de 10 dB de la table des atténuateurs de 50 Ω, comme indiqué dans la figure ci-dessous.

ZIN=25,97+ (35.14 || (25,97 + 50))ZIN = 25,97 + (35,14 // 75,97)ZIN = 25,97 + 24,03 = 50

Ceci nous montre que nous voyons 50 Ω en regardant droit dans l’exemple d’atténuateur (figure ci-dessous) avec une charge de 50 Ω.

Le remplacement du générateur de source, la déconnexion de la charge Z à VO et la recherche vers la gauche devraient nous donner la même équation que ci-dessus pour l’impédance à VO, en raison de la symétrie. De plus, les trois résistances doivent être des valeurs qui fournissent l’atténuation requise d’entrée en sortie. Ceci est accompli par les équations pour R1 et R2 ci-dessus appliquées à l’atténuateur T ci-dessous.

atténuateur de section PI

Le tableau de la figure ci-dessous répertorie les valeurs de résistance de l’atténuateur Π correspondant à une source / charge de 50 Ω à certains niveaux d’atténuation courants. Les résistances correspondent à d’autres niveaux d’atténuation peuvent être calculées à partir des équations.

Formules pour les résistances atténuatrices à section Π, étant donné K, le rapport d’atténuation de tension, et ZI = ZO = 50 Ω.

Ce qui précède s’applique à l’atténuateur π ci-dessous.

Quelles valeurs de résistance seraient requises pour les deux atténuateurs Π pour 10 dB d’atténuation correspondant à une source et une charge de 50 Ω?

Exemple d’atténuateur à section Π de 10 dB pour faire correspondre une source et une charge de 50 Ω.

Le 10 dB correspond à un rapport d’atténuation de tension de K = 3,16 dans l’avant-dernière ligne du tableau ci-dessus. Transférez les valeurs de résistance de cette ligne aux résistances sur le schéma de principe de la figure ci-dessus.

Atténuateur de section en L

Le tableau de la figure ci-dessous répertorie les valeurs de résistance des atténuateurs en L pour correspondre à une source / charge de 50 Ω. Le tableau de la figure ci-dessous répertorie également les valeurs de résistance pour une forme alternative. Notez que les valeurs de résistance ne sont pas les mêmes.

Table d’atténuateur de section en L pour une impédance de source et de charge de 50 Ω.

Ce qui précède s’applique à l’atténuateur L ci-dessous.

Table d’atténuateur de section en L de forme alternative pour une impédance de source et de charge de 50 Ω.

Atténuateur T ponté

Le tableau de la figure ci-dessous répertorie les valeurs de résistance des atténuateurs T pontés pour correspondre à une source et à une charge de 50 Ω. L’atténuateur bridged-T n’est pas souvent utilisé. Pourquoi pas?

Formules et table abrégée pour la section d’atténuateur ponté-T, Z = 50 Ω.

Sections en cascade

Les sections d’atténuateur peuvent être en cascade comme dans la figure ci-dessous pour une atténuation plus importante que celle disponible pour une seule section. Par example, deux atténuateurs de 10 dB peuvent être mis en cascade pour fournir une atténuation de 20 dB, les valeurs de dB étant additives. Le rapport d’atténuation de tension K ou VI/VO pour une section d’atténuateur de 10 dB est de 3,16. Le rapport d’atténuation de tension pour les deux sections en cascade est le produit des deux Ks ou 3,16×3,16 = 10 pour les deux sections en cascade.

Sections d’atténuateur en cascade : l’atténuation du dB est additive.

Une atténuation variable peut être fournie par étapes discrètes par un atténuateur commuté. L’exemple de la figure ci-dessous, représenté en position 0 dB, est capable d’une atténuation de 0 à 7 dB par commutation additive d’aucune, d’une ou de plusieurs sections.

Atténuateur commuté : l’atténuation est variable par pas discrets.

L’atténuateur multi-sections typique a plus de sections que ce que montre la figure ci-dessus. L’ajout d’une section de 3 ou 8 dB au-dessus permet à l’unité de couvrir jusqu’à 10 dB et au-delà. Des niveaux de signal inférieurs sont obtenus par l’ajout de sections de 10 dB et 20 dB, ou d’une section binaire multiple de 16 dB.

Atténuateurs RF

Pour les travaux de radiofréquence (RF) (<1000 Mhz), les sections individuelles doivent être montées dans des compartiments blindés pour contrecarrer le couplage capacitif si des niveaux de signal inférieurs doivent être atteints aux fréquences les plus élevées. Les différentes sections des atténuateurs commutés de la section précédente sont montées dans des sections blindées. Des mesures supplémentaires peuvent être prises pour étendre la gamme de fréquences au-delà de 1 000 Mhz. Cela implique la construction à partir d’éléments résistifs sans plomb de forme spéciale.

Un atténuateur coaxial à section en T constitué de tiges résistives et d’un disque résistif est représenté sur la figure ci-dessus. Cette construction est utilisable à quelques gigahertz. La version coaxiale Π aurait une tige résistive entre deux disques résistifs dans la ligne coaxiale comme sur la figure ci-dessous.

Des connecteurs RF, non représentés, sont fixés aux extrémités des atténuateurs T et Π ci-dessus. Les connecteurs permettent la mise en cascade d’atténuateurs individuels, en plus de la connexion entre une source et une charge. Par example, un atténuateur de 10 dB peut être placé entre une source de signal gênante et une entrée d’analyseur de spectre coûteuse. Même si nous n’avons peut-être pas besoin de l’atténuation, l’équipement de test coûteux est protégé de la source en atténuant toute surtension.

Résumé :Atténuateurs

• Un atténuateur réduit un signal d’entrée à un niveau inférieur.
• La quantité d’atténuation est spécifiée en décibels (dB). Les valeurs de décibels sont additives pour les sections d’atténuateur en cascade.
• dB du rapport de puissance: dB = 10 log10 (PI / PO)
• dB du rapport de tension: dB = 20 log10 (VI / VO)
• Les atténuateurs de section T et Π sont les configurations de circuit les plus courantes.

FEUILLES DE CALCUL CONNEXES:

• Feuille de calcul des mesures de décibels