Når man designer elektroniske kredsløb, er det normalt nødvendigt at forstærke signaler ved at øge deres amplitude eller effekt. Men der er situationer, hvor det er nødvendigt at reducere signalniveauet. Og denne opgave er ikke så let, som den umiddelbart ser ud til at være.
Indhold
Hvad er en dæmper, og hvordan den fungerer
En dæmper er en anordning, der anvendes til bevidst og normalt at reducere amplituden eller effekten af et indgangssignal uden at påvirke dets form.
Princippet for dæmpere, der anvendes i radiofrekvensapplikationer, er Spændingsdeler i modstande eller kondensatorer. Indgangssignalet fordeles mellem modstandene i forhold til modstandene. Den enkleste løsning er en divider af to modstande. En sådan dæmper kaldes en L-formet dæmper (L-formet i udenlandsk faglitteratur). Ind- og udgang kan være en hvilken som helst side af denne asymmetriske enhed. En L-type dæmpning er kendetegnet ved et lavt tab i indgangs-/udgangstilpasning.
Typer af dæmpere
I praksis anvendes L-type dæmpere sjældnere, hovedsagelig for at tilpasse indgangs- og udgangsimpedanserne. De meget mere udbredte anordninger til normaliseret dæmpning af signaler er P-type (Pi i udenlandsk litteratur fra det latinske bogstav π) og T-type anordninger. Dette princip gør det muligt at skabe enheder med samme ind- og udgangsimpedans (men der kan om nødvendigt anvendes forskellige impedanser).
Illustrationen viser asymmetriske anordninger. Kilden og belastningen til dem skal være forbundet med ubalancerede linjer - koaksialkabler osv. på begge sider.
Til symmetriske linjer (parsnoede kabler osv.) anvendes symmetriske kredsløb - disse kaldes undertiden H- og O-type dæmpere, selv om de blot er variationer af de tidligere enheder.
Ved at tilføje en (to) modstande bliver T- (H-) dæmpere af T- (H-) typen til brotyper.
Forsvækkere fås industrielt som komplette enheder med stik til tilslutning, men de kan også fremstilles på et printkort som en del af et almindeligt kredsløb. Resistive og kapacitive dæmpere har en stor fordel - de indeholder ingen ikke-lineære elementer, hvilket ikke forvrænger signalet eller får nye overtoner til at dukke op i spektret og eksisterende til at forsvinde.
Ud over resistive dæmpere findes der andre typer dæmpere. Almindeligt anvendt i industrielle applikationer er:
- Begrænsende og polariserende dæmpere - baseret på bølgeledernes strukturelle egenskaber;
- Absorberende dæmpere - signaldæmpning skyldes absorption af effekt af specielt udvalgte materialer;
- optiske dæmpere;
Disse typer enheder anvendes i mikrobølgeteknologi og i lysfrekvensområdet. Ved lave frekvenser og radiofrekvenser anvendes dæmpere baseret på modstande og kondensatorer.
Vigtigste egenskaber
Dæmpningskoefficienten er den vigtigste parameter, der bestemmer dæmpningernes egenskaber. Dette måles i decibel. For at forstå, hvor mange gange signalets amplitude falder efter at have passeret gennem dæmpningskredsløbet, skal du omregne faktoren fra decibel til gange. Udgangen fra en anordning, der reducerer signalets amplitude med N decibel, vil være M gange lavere:
M=10(N/20) (for effekt M=10(N/10)) .
Omvendt genberegning:
N=20⋅log10(M) (for effekt N=10⋅log10(M)).
Så for en dæmpning med Kosl=-3 dB (altid en negativ koefficient, da værdien altid er faldende) vil udgangssignalet have en amplitude på 0,708 af det oprindelige signal. Og hvis udgangsamplituden er halvdelen af den oprindelige amplitude, er Kosl ca. -6 dB.
Formlerne er ret komplicerede at beregne i hovedet, så det er bedre at bruge online-beregnerne, som der findes mange af på internettet.
For justerbare enheder (trinvis eller jævn) angives indstillingsgrænserne.
En anden vigtig parameter er impedansen for ind- og udgang (de kan være den samme). I forbindelse med denne impedans er der en egenskab som SWR (Standing Wave Ratio), som ofte er angivet på kommercielt fremstillede produkter. For en rent aktiv belastning beregnes dette i henhold til formlen:
- VSW=ρ/R hvis ρ>R, hvor R er belastningsmodstanden og ρ er ledningsimpedansen.
- VSW= R/ρ, hvis ρ
VSW er altid større end eller lig med 1. Hvis R=ρ, overføres al effekt til belastningen. Jo mere disse værdier afviger fra hinanden, jo større er tabet. For eksempel når 99 % af effekten ved VSW=1,2 belastningen, mens 75 % ved VSW=3 når belastningen ved VSW=3. Hvis du tilslutter en 75 ohm-dæmpning til et 50 ohm-kabel (eller omvendt), er VSW=1,5, og tabet vil være 4%.
Andre vigtige funktioner, der skal nævnes, er:
- driftsfrekvensområde;
- maksimal effekt.
Nøjagtigheden er også vigtig, da den henviser til den tilladte afvigelse af dæmpningen fra den nominelle værdi. For industrielle dæmpere er egenskaberne trykt på huset.
I nogle tilfælde er det vigtigt, hvor kraftig enheden er. Den energi, der ikke når frem til forbrugeren, går tabt i dæmpningselementerne, så det er vigtigt ikke at overbelaste dem.
Der findes formler til beregning af de grundlæggende egenskaber for resistive dæmpere af forskellig udformning, men de er besværlige og indeholder logaritmer. Derfor skal du som minimum bruge en lommeregner for at bruge dem. Derfor er det mere praktisk at bruge særlige programmer (herunder onlineprogrammer) til selvberegning.
Justerbare dæmpere
Dæmpningskoefficienten og VSW påvirkes af klassificeringen af alle de elementer, der udgør dæmperen, så byg enheder med modstande med parametre, der kan justeres løbende, er vanskelig at skabe. Ved at ændre dæmpningen skal VSWR justeres og omvendt. Sådanne problemer kan løses ved at anvende forstærkere med en forstærkning på mindre end 1.
Disse enheder er bygget med transistorer eller OP-AMPSmen linearitet er et problem. Det er ikke let at bygge en forstærker, som ikke forvrænger bølgeformen over et bredt frekvensområde. Det er langt mere almindeligt med trinvis styring - dæmpningselementerne er forbundet i serie, og dæmpningen lægges sammen. Kredsløb, der skal dæmpes, forbigås (relækontakter osv.). Således opnås den krævede dæmpningsfaktor uden at ændre bølgeimpedansen.
Der findes dæmpningsdesigns med trinløs styring baseret på bredbåndstransformatorer (BFT'er). De anvendes i amatørkommunikationsapplikationer, hvor kravene til input/output matching er lave.
Der opnås en jævn indstilling af bølgeledningsdæmpere ved at ændre de geometriske dimensioner. Der findes også optiske dæmpere med jævn indstilling af dæmpningen, men sådanne enheder er ret komplicerede i deres udformning, da de indeholder et system af linser, optiske filtre osv.
Anvendelser
Hvis en dæmper har forskellige ind- og udgangsimpedanser, kan den ud over dæmpefunktionen også fungere som en tilpasningsanordning. Hvis der f.eks. skal tilsluttes et 75 ohm- og et 50 ohm-kabel, kan der placeres et kabel med passende rating mellem dem, og graden af tilpasning kan korrigeres sammen med den normaliserede dæmpning.
I modtagelsesapplikationer anvendes dæmpere for at undgå at overbelaste indgangskredsløbene med kraftige støjemissioner. I nogle tilfælde kan dæmpning af et interfererende signal, selv samtidig med et svagt brugbart signal, forbedre modtagekvaliteten ved at reducere intermodulationsstøj.
I måleapplikationer kan dæmpere bruges som afkobling - de reducerer belastningens indflydelse på referencesignalkilden. Optiske dæmpere anvendes i vid udstrækning til test af udstyr til transmission/modtagelse af fiberoptiske forbindelser. De bruges til at simulere dæmpningen i en reel linje og bestemme betingelserne og grænserne for en stabil forbindelse.
Inden for lydteknik anvendes dæmpere som effektstyringsenheder. I modsætning til potentiometre gør de dette med mindre strømtab. Her er det lettere at sikre en jævn regulering, da bølgeimpedansen ikke er vigtig - det er dæmpningen, der tæller. I tv-kabelnetværk forhindrer dæmpere overbelastning af tv-indgangene og gør det muligt at opretholde transmissionskvaliteten uanset modtageforholdene.
Da dæmpere ikke er den mest komplekse enhed, finder de den bredeste anvendelse i radiofrekvente kredsløb og muliggør en lang række forskellige anvendelser. Ved mikrobølge- og optiske frekvenser er disse enheder bygget anderledes, og de er komplekse industrielle samlinger.
Relaterede artikler:
