Attenuators

Wat zijn Attenuators?

Verzwakkers zijn passieve apparaten. Het is handig om ze samen met decibels te bespreken. Dempers verzwakken of verzwakken de output op hoog niveau van een signaalgenerator, bijvoorbeeld om een lager niveau signaal te leveren voor zoiets als de antenne-ingang van een gevoelige radio-ontvanger. (figuur hieronder) de verzwakker kan worden ingebouwd in de signaalgenerator, of een stand-alone apparaat. Het kan een vaste of instelbare hoeveelheid demping bieden. Een verzwakkersectie kan ook isolatie bieden tussen een bron en een lastige belasting.

constante impedantie demper is afgestemd op bronimpedantie ZI en belastingimpedantie ZO. Voor radiofrequentieapparatuur is Z 50 Ω.

in het geval van een stand-alone demper moet deze in serie tussen de signaalbron en de belasting worden geplaatst door het signaalpad open te breken zoals aangegeven in bovenstaande figuur. Bovendien moet het overeenkomen met zowel de bronimpedantie ZI en de belastingimpedantie ZO, terwijl het verstrekken van een bepaalde hoeveelheid demping. In deze sectie zullen we alleen rekening houden met de speciale, en meest voorkomende, geval waar de bron en belasting impedanties gelijk zijn. Niet in aanmerking genomen in dit deel, kunnen ongelijke bron-en belastingsimpedanties worden gecompenseerd door een dempingssectie. De formulering is echter complexer.

T sectie en Π sectie Verzwakkers zijn veel voorkomende vormen.

gemeenschappelijke configuraties zijn de T-en Π-netwerken weergegeven in de bovenstaande figuur. Meerdere dempingssecties kunnen worden gecascadeerd wanneer nog zwakkere signalen nodig zijn, zoals in de onderstaande figuur.

gebruik van Decibel voor Verzwakkers

Spanningsverhoudingen, zoals gebruikt in het ontwerp van de Verzwakkers, worden vaak uitgedrukt in decibel. De spanningsverhouding moet worden afgeleid van de demping in decibel. Vermogensratio ‘ s uitgedrukt in decibel zijn additief. Bijvoorbeeld, een 10 dB attenuator gevolgd door een 6 dB attenuator biedt 16dB van demping in het algemeen.

10 dB + 6 db = 16 dB

wisselende geluidsniveaus zijn min of meer evenredig met de logaritme van de vermogensverhouding (PI / PO).

geluidsniveau = log10(PI/PO)

een verandering van 1 dB in geluidsniveau is nauwelijks waarneembaar voor een luisteraar, terwijl 2 db gemakkelijk waarneembaar is. Een demping van 3dB komt overeen met het snijvermogen in de helft, terwijl een versterking van 3 db overeenkomt met een verdubbeling van het vermogensniveau. Een versterking van -3 dB is hetzelfde als een demping van + 3 dB, wat overeenkomt met de helft van het oorspronkelijke vermogensniveau.

De vermogenswijziging in decibel in termen van vermogensverhouding is:

dB = 10 log10(PI / PO)

in de Veronderstelling dat de belasting in RI op PI is hetzelfde als de weerstand RO PO(RI = RO), de decibels kan worden afgeleid uit de spanning ratio (VI / VO) of current ratio (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)

Decibel Vergelijkingen

De twee meest gebruikte vormen van de decibel vergelijking zijn:

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

we gebruiken de laatste vorm, omdat we de spanningsverhouding nodig hebben. Nogmaals, de spanningsverhouding vorm van vergelijking is alleen van toepassing wanneer de twee overeenkomstige weerstanden gelijk zijn. Dat wil zeggen, de bron – en belastingsweerstand moeten gelijk zijn.

voorbeelden met behulp van de Decibelvergelijkingen

voorbeeld: vermogen in een verzwakker is 10 Watt, het vermogen uit is 1 Watt. Vind de demping in dB.

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

voorbeeld: Zoek de spanningsdempingverhouding (K = (VI / VO)) voor een 10 dB demper.

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

voorbeeld: het vermogen in een verzwakker is 100 milliwatt, het vermogen uit is 1 milliwatt. Vind de demping in dB.

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

voorbeeld: Zoek de spanningsdempingverhouding (K =(VI / VO)) voor een verzwakker van 20 dB.

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

t-sectiedemper

De T-en Πdemper moeten zijn aangesloten op een z-bron en z-belastingsimpedantie. De Z – (pijlen) wijzend van de verzwakker in de afbeelding hieronder geven dit aan. De Z – (pijlen) die naar de verzwakker wijzen geeft aan dat de impedantie die in de verzwakker wordt gezien met een belasting Z aan de andere kant Z is, Z=50 Ω voor ons geval. Deze impedantie is een constante (50 Ω) met betrekking tot demping– impedantie verandert niet wanneer de demping wordt veranderd.

de tabel in onderstaande figuur geeft weerstandswaarden weer voor de T-en Π-dempers die overeenkomen met een bron/ belasting van 50 Ω, zoals gebruikelijk is bij radiofrequentiewerkzaamheden.

telefoon utility en andere audio werk vereist vaak matching aan 600 Ω. Vermenigvuldig alle R-waarden met de verhouding (600/50) om te corrigeren voor 600 Ω-overeenkomst. Vermenigvuldigen met 75/50 zou tabelwaarden omzetten naar een 75 Ω bron en belasting.

formules voor t-sectiedemperweerstanden, gegeven K, de spanningsdempingverhouding, en ZI = ZO = 50 Ω.

de hoeveelheid demping wordt gewoonlijk gespecificeerd in dB (decibel). We hebben echter de spanning (of stroom) Verhouding K nodig om de weerstandwaarden uit vergelijkingen te vinden. Zie de dB / 20 term in de macht van 10 term voor het berekenen van de spanningsverhouding K van dB, hierboven.

De T (en onder Π) configuraties worden het meest gebruikt omdat ze bidirectionele matching bieden. Dat wil zeggen, de attenuator input en output kunnen worden verwisseld einde voor einde en nog steeds overeenkomen met de bron en belasting impedanties terwijl het leveren van dezelfde demping.

loskoppelen van de bron en kijken naar rechts op VI, moeten we een serie parallelle combinatie van R1, R2, R1, en Z zien die eruit zien als een gelijkwaardige weerstand van ZIN, hetzelfde als de bron / belasting impedantie Z: (een belasting van Z is verbonden met de uitgang.)

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

vervang bijvoorbeeld de 10 dB-waarden uit de 50 Ω-dempingstabel voor R1 en R2 zoals weergegeven in onderstaande figuur.

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

Dit toont ons dat we 50 Ω zien die recht in het voorbeeld van de verzwakker kijkt (figuur hieronder) met een belasting van 50 Ω.

het vervangen van de brongenerator, loskoppelen van belasting Z bij VO, en naar links kijken, zou ons dezelfde vergelijking moeten geven als hierboven voor de impedantie bij VO, vanwege symmetrie. Bovendien moeten de drie weerstanden waarden zijn die de vereiste demping van input tot output leveren. Dit wordt bereikt door de vergelijkingen voor R1 en R2 hierboven zoals toegepast op de T-attenuator hieronder.

pi-sectiedemper

de tabel in onderstaande figuur geeft weerstandswaarden voor de Πdemper weer die overeenkomen met een bron/ belasting van 50 Ω bij enkele veel voorkomende dempingsniveaus. De weerstanden die overeenkomen met andere dempingsniveaus kunnen uit de vergelijkingen worden berekend.

formules voor Π-sectiedemperweerstanden, gegeven K, de spanningsdempingverhouding, en ZI = ZO = 50 Ω.

het bovenstaande geldt voor de π-attenuator hieronder.

welke weerstandswaarden zouden nodig zijn voor zowel de Π-dempers voor 10 dB van demping die overeenkomen met een bron en belasting van 50 Ω?

10 dB Π-sectie verzwakker voorbeeld voor het matchen van een 50 Ω bron en belasting.

de 10 dB komt overeen met een spanningsdempingverhouding van K=3,16 in de voorlaatste regel van bovenstaande tabel. Breng de weerstandwaarden in die lijn over op de weerstanden op het schema in bovenstaande afbeelding.

l-sectiedemper

de tabel in onderstaande figuur geeft weerstandswaarden weer voor de l-dempers die overeenkomen met een bron / belasting van 50 Ω. De tabel in onderstaande figuur geeft ook weerstandswaarden voor een alternatieve vorm. Merk op dat de weerstandwaarden niet hetzelfde zijn.

l-sectie dempingstabel voor 50 Ω bron-en belastingsimpedantie.

het bovenstaande is van toepassing op de onderstaande verzwakker.

Alternate form l-section attenuator table for 50 Ω source and load impedance.

Bridged t attenuator

de tabel in de figuur hieronder geeft weerstandwaarden weer voor de bridged t attenuators die overeenkomen met een bron en belasting van 50 Ω. De bridged-T attenuator wordt niet vaak gebruikt. Waarom niet?

formules en verkorte tabel voor bridged-T attenuator sectie, Z = 50 Ω.

Cascade secties

Dempingssecties kunnen worden cascaded zoals in de onderstaande figuur voor meer dempingsmogelijkheden dan mogelijk beschikbaar zijn uit een enkele sectie. Zo kunnen bijvoorbeeld twee 10 db-dempers worden gecascadeerd om 20 dB-dempers te leveren, waarbij de dB-waarden additief zijn. De spanningsdempingsverhouding K of VI / VO voor een 10 dB-dempingssectie bedraagt 3,16. De spanningsdempingsverhouding voor de twee trapsgewijze secties is het product van de twee Ks of 3. 16×3.16=10 voor de twee trapsgewijze secties.

Cascade dempingssecties: dB demping is additief.

variabele demping kan in afzonderlijke stappen door een geschakelde demper worden geleverd. Het voorbeeld in de onderstaande figuur, getoond in de 0 dB positie, kan 0 tot 7 dB van demping door additieve schakelen van geen, een of meer secties.

geschakelde verzwakker: de verzwakking is variabel in afzonderlijke stappen.

de typische multi sectie attenuator heeft meer secties dan de bovenstaande afbeelding laat zien. De toevoeging van een sectie van 3 of 8 dB hierboven maakt het mogelijk om de eenheid te dekken tot 10 dB en hoger. Lagere signaalniveaus worden bereikt door toevoeging van 10 dB en 20 dB secties, of een binair multiple 16 dB sectie.

RF-dempers

voor radiofrequentiewerk (<1000 Mhz) moeten de afzonderlijke secties in afgeschermde compartimenten worden gemonteerd om capacitieve koppeling te dwarsbomen als lagere signaalniveaus bij de hoogste frequenties moeten worden bereikt. De afzonderlijke secties van de geschakelde dempers in de vorige sectie zijn gemonteerd in afgeschermde secties. Er kunnen aanvullende maatregelen worden genomen om het frequentiebereik uit te breiden tot meer dan 1000 Mhz. Dit omvat de bouw van speciaal gevormde lood – minder resistieve elementen.

een coaxiale t-sectiedemper bestaande uit resistieve staven en een resistieve schijf is weergegeven in bovenstaande afbeelding. Deze constructie is bruikbaar voor een paar gigahertz. De coaxiale Π Versie zou één resistieve staaf tussen twee resistieve schijven in de coaxiale lijn zoals in het Cijfer hieronder hebben.

RF-connectoren, niet weergegeven, zijn bevestigd aan de uiteinden van bovenstaande T-en Π-dempers. De connectoren maken het mogelijk om individuele dempers te cascaden, naast het verbinden tussen een bron en belasting. Bijvoorbeeld, een 10 dB demper kan worden geplaatst tussen een lastige signaalbron en een dure spectrum analyzer ingang. Hoewel we de demping misschien niet nodig hebben, wordt de dure testapparatuur beschermd tegen de bron door eventuele overspanning te dempen.

samenvatting: Verzwakkers

• een verzwakker reduceert een ingangssignaal tot een lager niveau.
• de hoeveelheid demping wordt gespecificeerd in decibel (dB). Decibelwaarden zijn additief voor trapsgewijze verzwakingssecties.
• dB uit vermogensverhouding: dB = 10 log10(PI / PO)
• dB uit spanningsverhouding: dB = 20 log10 (VI / VO)
• T en Π sectie Verzwakkers zijn de meest voorkomende circuitconfiguraties.

gerelateerde werkbladen:

• Decibelmetingen werkblad