Che cosa sono gli attenuatori?
Gli attenuatori sono dispositivi passivi. È conveniente discuterli insieme ai decibel. Gli attenuatori indeboliscono o attenuano l’uscita ad alto livello di un generatore di segnale, ad esempio, per fornire un segnale di livello inferiore per qualcosa come l’ingresso dell’antenna di un ricevitore radio sensibile. (figura sotto) L’attenuatore potrebbe essere integrato nel generatore di segnale, o essere un dispositivo stand-alone. Potrebbe fornire una quantità fissa o regolabile di attenuazione. Una sezione attenuatore può anche fornire l’isolamento tra una sorgente e un carico fastidioso.
L’attenuatore di impedenza costante è abbinato all’impedenza di sorgente ZI e all’impedenza di carico ZO. Per apparecchiature a radiofrequenza Z è 50 Ω.
Nel caso di un attenuatore autonomo, deve essere posizionato in serie tra la sorgente del segnale e il carico rompendo il percorso del segnale come mostrato nella figura sopra. Inoltre, deve corrispondere sia all’impedenza di sorgente ZI che all’impedenza di carico ZO, fornendo una quantità specificata di attenuazione. In questa sezione considereremo solo il caso speciale, e più comune, in cui le impedenze di origine e carico sono uguali. Non considerato in questa sezione, le impedenze disuguali di sorgente e carico possono essere compensate da una sezione attenuatore. Tuttavia, la formulazione è più complessa.
Gli attenuatori della sezione T e della sezione Π sono forme comuni.
Le configurazioni comuni sono le reti T e Π mostrate nella figura sopra. Più sezioni dell’attenuatore possono essere collegate in cascata quando sono necessari segnali ancora più deboli come nella figura seguente.
Utilizzo di decibel per attenuatori
I rapporti di tensione, utilizzati nella progettazione di attenuatori, sono spesso espressi in termini di decibel. Il rapporto di tensione deve essere derivato dall’attenuazione in decibel. I rapporti di potenza espressi in decibel sono additivi. Ad esempio, un attenuatore da 10 dB seguito da un attenuatore da 6 dB fornisce 16 dB di attenuazione complessiva.
10 dB + 6 db = 16 dB
I livelli sonori variabili sono percepibili approssimativamente proporzionali al logaritmo del rapporto di potenza (PI / PO).
livello sonoro = log10(PI/PO)
Un cambiamento di 1 dB nel livello sonoro è appena percettibile da un ascoltatore, mentre 2 db è facilmente percepibile. Un’attenuazione di 3dB corrisponde alla potenza di taglio dimezzata, mentre un guadagno di 3 db corrisponde ad un raddoppio del livello di potenza. Un guadagno di -3 dB è lo stesso di un’attenuazione di +3 dB, corrispondente alla metà del livello di potenza originale.
La variazione di potenza in decibel in termini di rapporto di potenza è:
dB = 10 log10(PI / PO)
Supponendo che il carico RI al PI è la stessa come la resistenza di carico RO a PO(RI = RO), il decibel può essere derivata dalla tensione di rapporto (VI / VO) o current ratio (II / IO):
PO = V O IO = VO2 / R = IO2 R PI = V 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)
Decibel Equazioni
I due più spesso utilizzato forme di decibel equazione sono:
dB = 10 log10(PI / PO) o dB = 20 log10(VI / VO)
Useremo quest’ultima forma, poiché abbiamo bisogno del rapporto di tensione. Ancora una volta, la forma del rapporto di tensione dell’equazione è applicabile solo quando i due resistori corrispondenti sono uguali. Cioè, la sorgente e la resistenza di carico devono essere uguali.
Esempi utilizzando le equazioni di Decibel
Esempio: La potenza in un attenuatore è di 10 Watt, l’uscita è di 1 Watt. Trova l’attenuazione in dB.
dB = 10 log10 (PI / PO) = 10 log10 ( 10 / 1) = 10 log10 (10) = 10 (1) = 10 dB
Esempio: Trova il rapporto di attenuazione della tensione (K = (VI / VO)) per un attenuatore da 10 dB.
dB = 10 = 20 log10 (VI / VO) 10/20 = log10(VI / VO) 1010/20 = 10log10(VI / VO) 3.16 = (VI / VO) = AP(rapporto)
Esempio: Potenza in un attenuatore è di 100 milliwatt, il potere fuori è di 1 milliwatt. Trova l’attenuazione in dB.
dB = 10 log10 (PI / PO) = 10 log10 (100/1) = 10 log10 (100) = 10 (2) = 20 dB
Esempio: Trovare il rapporto di attenuazione della tensione (K = (VI / VO)) per un attenuatore da 20 dB.
dB = 20 = 20 log10(VI / VO ) 1020/20 = 10 log10(VI / VO ) 10 = (VI / VO) = K
Attenuatore a sezione T
Gli attenuatori T e Π devono essere collegati ad una sorgente Z e ad un’impedenza di carico Z. Le Z – (frecce) che puntano lontano dall’attenuatore nella figura seguente indicano questo. Le Z – (frecce) che puntano verso l’attenuatore indicano che l’impedenza vista guardando nell’attenuatore con un carico Z sull’estremità opposta è Z, Z=50 Ω per il nostro caso. Questa impedenza è una costante (50 Ω) rispetto all’attenuazione– l’impedenza non cambia quando l’attenuazione viene modificata.
La tabella nella figura seguente elenca i valori di resistenza per gli attenuatori T e Π per abbinare una sorgente/ carico di 50 Ω, come è il solito requisito nel lavoro a radiofrequenza.
L’utilità telefonica e altri lavori audio spesso richiedono la corrispondenza a 600 Ω. Moltiplicare tutti i valori R per il rapporto (600/50) per correggere la corrispondenza di 600 Ω. Moltiplicando per 75/50 convertirebbe i valori della tabella per abbinare una sorgente e un carico di 75 Ω.
Formule per resistori attenuatori a sezione T, dato K, il rapporto di attenuazione della tensione e ZI = ZO = 50 Ω.
La quantità di attenuazione è normalmente specificata in dB (decibel). Tuttavia, abbiamo bisogno del rapporto di tensione (o corrente) K per trovare i valori del resistore dalle equazioni. Vedere il termine dB / 20 nella potenza del termine 10 per calcolare il rapporto di tensione K da dB, sopra.
Le configurazioni T (e sotto Π) sono più comunemente utilizzate in quanto forniscono una corrispondenza bidirezionale. Cioè, l’ingresso e l’uscita dell’attenuatore possono essere scambiati end per end e corrispondono ancora alle impedenze di origine e carico fornendo la stessa attenuazione.
Scollegando la sorgente e guardando a destra in VI, abbiamo bisogno di vedere una combinazione parallela in serie di R1, R2, R1 e Z che sembra una resistenza equivalente di ZIN, la stessa dell’impedenza sorgente/carico Z: (un carico di Z è collegato all’uscita.)
ZIN = R1 +(R2 ||(R1 + Z))
Ad esempio, sostituire i valori di 10 dB dalla tabella degli attenuatori da 50 Ω per R1 e R2 come mostrato nella figura seguente.
ZIN = 25,97 + (35.14 | | (25.97 + 50)) ZIN = 25.97 + (35.14/ / 75.97 ) ZIN = 25.97 + 24.03 = 50
Questo ci mostra che vediamo 50 Ω guardando a destra nell’attenuatore di esempio (figura sotto) con un carico di 50 Ω.
Sostituire il generatore sorgente, scollegare il carico Z a VO e guardare a sinistra, dovrebbe darci la stessa equazione di cui sopra per l’impedenza a VO, a causa della simmetria. Inoltre, i tre resistori devono essere valori che forniscono l’attenuazione richiesta dall’ingresso all’uscita. Ciò si ottiene dalle equazioni per R1 e R2 sopra applicate all’attenuatore T di seguito.
Attenuatore a sezione PI
La tabella nella figura seguente elenca i valori di resistenza per l’attenuatore Π corrispondente a una sorgente / carico di 50 Ω ad alcuni livelli di attenuazione comuni. I resistori corrispondenti ad altri livelli di attenuazione possono essere calcolati dalle equazioni.
Formule per resistori attenuatori a sezione Π, dato K, il rapporto di attenuazione della tensione e ZI = ZO = 50 Ω.
Quanto sopra si applica al π-attenuatore qui sotto.
Quali valori di resistenza sarebbero necessari per entrambi gli attenuatori Π per 10 dB di attenuazione corrispondenti a una sorgente e un carico di 50 Ω?
10 dB Π-sezione attenuatore esempio per la corrispondenza di un 50 Ω sorgente e carico.
Il dB 10 corrisponde ad un rapporto di attenuazione di tensione di K = 3.16 nella riga successiva all’ultima della tabella precedente. Trasferire i valori dei resistori in quella linea ai resistori sul diagramma schematico nella figura sopra.
Attenuatore a sezione L
La tabella nella figura seguente elenca i valori dei resistori per gli attenuatori L che corrispondono a una sorgente / carico di 50 Ω. La tabella nella figura seguente elenca anche i valori dei resistori per una forma alternativa. Si noti che i valori della resistenza non sono gli stessi.
Tabella attenuatore a sezione L per sorgente 50 Ω e impedenza di carico.
Quanto sopra si applica al L attenuatore qui sotto.
Tabella attenuatore a sezione L a forma alternativa per sorgente 50 Ω e impedenza di carico.
Attenuatore T a ponte
La tabella nella figura seguente elenca i valori dei resistori per gli attenuatori T a ponte per abbinare una sorgente e un carico di 50 Ω. L’attenuatore a ponte-T non viene spesso utilizzato. Perché no?
Formule e tabella abbreviata per sezione attenuatore bridged-T, Z = 50 Ω.
Sezioni in cascata
Le sezioni dell’attenuatore possono essere collegate in cascata come nella figura seguente per una maggiore attenuazione di quella disponibile da una singola sezione. Ad esempio, due attenuatori da 10 db possono essere collegati in cascata per fornire 20 dB di attenuazione, i valori dB sono additivi. Il rapporto di attenuazione di tensione K o VI / VO per una sezione dell’attenuatore di 10 dB è 3,16. Il rapporto di attenuazione della tensione per le due sezioni in cascata è il prodotto dei due Ks o 3.16×3. 16=10 per le due sezioni in cascata.
Sezioni attenuatore a cascata: dB attenuazione è additivo.
L’attenuazione variabile può essere fornita in passi discreti da un attenuatore commutato. L’esempio nella figura seguente, mostrato nella posizione 0 dB, è in grado di attenuare da 0 a 7 dB mediante commutazione additiva di nessuna, una o più sezioni.
Attenuatore commutato: l’attenuazione è variabile in passi discreti.
Il tipico attenuatore multi sezione ha più sezioni rispetto alla figura sopra mostra. L’aggiunta di una sezione di 3 o 8 dB sopra consente all’unità di coprire fino a 10 dB e oltre. I livelli di segnale più bassi si ottengono con l’aggiunta di sezioni da 10 dB e 20 dB o di una sezione binaria multipla da 16 dB.
Attenuatori RF
Per il lavoro a radiofrequenza (RF) (<1000 Mhz), le singole sezioni devono essere montate in compartimenti schermati per contrastare l’accoppiamento capacitivo se si vogliono raggiungere livelli di segnale più bassi alle frequenze più alte. Le singole sezioni degli attenuatori commutati nella sezione precedente sono montate in sezioni schermate. Possono essere adottate misure supplementari per estendere la gamma di frequenze oltre i 1000 Mhz. Ciò comporta la costruzione da elementi resistivi senza piombo a forma speciale.
Un attenuatore coassiale a sezione T costituito da barre resistive e un disco resistivo è mostrato nella figura sopra. Questa costruzione è utilizzabile per pochi gigahertz. La versione coassiale Π avrebbe un’asta resistiva tra due dischi resistivi nella linea coassiale come nella figura seguente.
I connettori RF, non mostrati, sono collegati alle estremità degli attenuatori T e Π di cui sopra. I connettori consentono di collegare in cascata singoli attenuatori, oltre al collegamento tra una sorgente e un carico. Ad esempio, un attenuatore da 10 dB può essere posizionato tra una fonte di segnale fastidiosa e un costoso ingresso dell’analizzatore di spettro. Anche se non abbiamo bisogno dell’attenuazione, l’attrezzatura di prova costosa è protetta dalla fonte attenuando tutta la sovratensione.
Sommario: Attenuatori
- Un attenuatore riduce un segnale di ingresso ad un livello inferiore.
- La quantità di attenuazione è specificata in decibel (dB). I valori di decibel sono additivi per le sezioni dell’attenuatore a cascata.
- dB dal rapporto di potenza: dB = 10 log10(PI / PO)
- dB dal rapporto di tensione: dB = 20 log10 (VI / VO)
- T e Π sezione attenuatori sono le configurazioni di circuito più comuni.
FOGLI DI LAVORO CORRELATI:
- Foglio di lavoro Misure decibel