Elektroonikalülituste projekteerimisel tuleb enamasti lahendada signaalide võimendamise probleem – suurendada nende amplituudi või võimsust. Kuid on olukordi, kus signaali taset tuleb vastupidi nõrgendada. Ja see ülesanne pole nii lihtne, kui esmapilgul tundub.
Sisu
Mis on atenuaator ja kuidas see töötab
Atenuaator on seade, mida kasutatakse sisendsignaali amplituudi või võimsuse tahtlikuks ja tavapäraseks vähendamiseks, ilma et see mõjutaks selle kuju.
RF-rakendustes kasutatavate atenuaatorite põhiprintsiip on takistite või kondensaatoritega pingejagur. Sisendsignaal jaotatakse takistite vahel võrdeliselt takistustega. Lihtsaim lahendus on kahe takisti jagaja. Sellist atenuaatorit nimetatakse L-kujuliseks summutiks (välismaa tehnikakirjanduses L-kujuliseks). Sisend ja väljund võivad olla selle asümmeetrilise seadme mis tahes küljed. L-kujulise atenuaatori tunnuseks on sisendi/väljundi sobitamise väike kadu.
Atenuaatorite tüübid
Praktikas ei kasutata L-summutit nii sageli - peamiselt sisend- ja väljundtakistuste sobitamiseks.Palju laiemalt kasutatakse signaalide normaliseeritud sumbumiseks P-tüüpi (väliskirjanduses Pi - ladina tähest π) ja T-tüüpi seadmeid. See põhimõte võimaldab luua seadmeid, millel on sama sisend- ja väljundtakistus (kuid vajadusel võib see olla erinev).
Joonisel on kujutatud asümmeetrilisi seadmeid. Nende allikas ja koormus peavad olema ühendatud tasakaalustamata liinidega - mõlemal pool koaksiaalkaablid jne.
Sümmeetriliste joonte (keerdpaar jne) jaoks kasutatakse sümmeetrilisi ahelaid - mõnikord nimetatakse neid H- ja O-tüüpi atenuaatoriteks, kuigi need on vaid eelmiste seadmete variatsioon.
Ühe (kahe) takisti lisamisel muutub T- (H-) tüüpi summuti sillatüübiks.
Atenuaatorid on tööstuslikult saadaval komplektsete seadmetena, millel on ühendamiseks pistikud, kuid neid saab valmistada ka trükkplaadile üldise vooluahela osana. Resistiivsetel ja mahtuvuslikel summutitel on suur eelis – need ei sisalda mittelineaarseid elemente, mis ei moonuta signaali ega too kaasa uute harmooniliste tekkimist spektris ja olemasolevate kadumist.
Lisaks takistussummutitele on ka teist tüüpi atenuaatoreid. Tavaliselt kasutatakse tööstuslikes rakendustes:
- Piiravad ja polariseerivad atenuaatorid – lähtuvad lainejuhtide struktuursetest omadustest;
- neeldumisatenuaatorid - signaali sumbumine on tingitud võimsuse neeldumisest spetsiaalselt valitud materjalidega;
- optilised atenuaatorid;
Seda tüüpi seadmeid kasutatakse mikrolainetehnoloogias ja valguse sagedusvahemikus. Madalatel ja raadiosagedustel kasutatakse takistitel ja kondensaatoritel põhinevaid atenuaatoreid.
Põhiomadused
Sumbumistegur on peamine parameeter, mis määrab sumburite omadused. Seda mõõdetakse detsibellides.Et mõista, mitu korda signaali amplituud pärast sumbumisahela läbimist väheneb, peate koefitsiendi ümber arvutama detsibellidest kordadesse. Seadme väljundis, mis vähendab signaali amplituudi N detsibelli võrra, on pinge M korda väiksem:
M = 10(N/20) (võimsuse jaoks M = 10(N/10)) .
Pöördvõrdeline ümberarvutamine:
N=20⋅log10(M) (võimsuse N = 10⋅log10(M)).
Nii et atenuaatori puhul, mille Kosl=-3 dB (koefitsient on alati negatiivne, kuna väärtus alati väheneb), on väljundsignaali amplituud 0,708 algsest. Ja kui väljundamplituud on pool algsest amplituudist, siis on Kosl ligikaudu võrdne -6 dB.
Valemeid on mõtetes üsna keeruline arvutada, seetõttu on parem kasutada veebikalkulaatoreid, mida Internetis on palju.
Reguleeritavate seadmete jaoks (astmeline või sile) on seadistuspiirid täpsustatud.
Teine oluline parameeter on lainetakistus (impedants) sisendil ja väljundil (need võivad kokku langeda). Selle impedantsiga on seotud selline omadus nagu seisva laine suhe (SWR), mis on sageli näidatud kaubanduslikult toodetud toodetel. Puhtalt aktiivse koormuse korral arvutatakse see koefitsient järgmise valemiga:
- VSW=ρ/R, kui ρ>R, kus R on koormuse impedants ja ρ on liinilaine takistus.
- VSW= R/ρ, kui ρ<>
VSW on alati suurem kui 1 või sellega võrdne. Kui R=ρ, kantakse kogu võimsus üle koormusele. Mida rohkem need väärtused erinevad, seda suuremad on kaod. Seega, kui VSW=1,2 jõuab koormuseni 99% võimsusest ja VSW=3 juures - juba 75%. Kui ühendate 75-oomise summuti 50-oomise kaabliga (või vastupidi), on VSW = 1,5 ja kadu on 4%.
Muudest olulistest omadustest peaksime mainima:
- töösagedusvahemik;
- Maksimaalne võimsus.
Samuti on oluline selline parameeter nagu täpsus - see tähendab sumbumise lubatud kõrvalekallet nominaalväärtusest. Tööstuslike atenuaatorite puhul on omadused trükitud korpusele.
Mõnel juhul on seadme võimsus oluline. Tarbijani mitte jõudev energia hajub atenuaatori elementidele, mistõttu on ülioluline mitte üle koormata.
Erineva konstruktsiooniga resistiivsete atenuaatorite põhiomaduste arvutamiseks on olemas valemid, kuid need on tülikad ja sisaldavad logaritme. Seetõttu on nende kasutamiseks vaja vähemalt kalkulaatorit. Seetõttu on isearvutamiseks mugavam kasutada spetsiaalseid programme (sh veebipõhiseid).
Reguleeritavad atenuaatorid
Sumbumiskoefitsienti ja VSW-d mõjutavad kõigi summuti moodustavate elementide reiting, seega looge seadmeid takistid pidevalt reguleeritavate parameetritega on raske. Summutuse muutmisega on vaja reguleerida VSW-d ja vastupidi. Selliseid probleeme saab lahendada kasutades võimendiid, mille võimendus on väiksem kui 1.
Sellised seadmed on ehitatud transistoridega või OP-AMPSSelliseid võimendeid saab ehitada transistoride või Op-Ampidega, kuid tekib lineaarsuse probleem. Ei ole lihtne luua võimendit, mis ei moonutaks signaali kuju laias sagedusvahemikus. Palju levinum on astmeline juhtimine – summutid ühendatakse järjestikku ja nende sumbumine liidetakse kokku. Need ahelad, mida tuleb summutada, jäetakse mööda (relee kontaktid jne.). Seega saavutatakse soovitud sumbumiskoefitsient ilma lainetakistust muutmata.
On olemas lairibatrafodele (BPT) ehitatud seadmete konstruktsioonid signaali summutamiseks sujuva reguleerimisega. Neid kasutatakse amatöörsuhtluses, kui sisendi/väljundi sobitusnõuded on madalad.
Lainejuhisummutite sujuv häälestamine saavutatakse geomeetriliste mõõtmete muutmisega. Optilised atenuaatorid on saadaval ka sumbuvuse sujuva häälestamisega, kuid sellised seadmed on üsna keerulise disainiga, kuna sisaldavad läätsede süsteemi, optilisi filtreid jne.
Rakendused
Kui atenuaatoril on erinevad sisend- ja väljundtakistused, siis võib see lisaks summutusfunktsioonile toimida ka sobitusseadmena. Näiteks kui teil on vaja ühendada 75 oomi ja 50 oomi kaableid, võite nende vahele panna õige nimiväärtusega kaabli ja koos normaliseeritud sumbumisega saate korrigeerida sobivusastet.
Vastuvõtutehnoloogias kasutatakse atenuaatoreid, et vältida sisendahelate ülekoormamist võimsate külgheidetega. Mõnel juhul võib häiriva signaali summutamine isegi samaaegselt nõrga kasuliku signaaliga parandada vastuvõtukvaliteeti, vähendades intermodulatsioonimüra taset.
Mõõtmisrakendustes saab atenuaatoreid kasutada lahtisidumisena, et vähendada koormuse mõju võrdlussignaali allikale. Optilisi atenuaatoreid kasutatakse laialdaselt fiiberoptiliste sideliinide edastus-/vastuvõtuseadmete testimisel. Neid kasutatakse reaalses liinis sumbumise simuleerimiseks ning stabiilse side tingimuste ja piiride määramiseks.
Helitehnikas kasutatakse atenuaatoreid võimsuse reguleerimise seadmetena. Erinevalt potentsiomeetritest teevad nad seda väiksema energiakaoga. Siin on lihtsam pakkuda sujuvat reguleerimist, sest lainetakistus ei oma tähtsust - loeb ainult sumbumine. Televisioonikaabelvõrkudes välistavad atenuaatorid TV-sisendite ülekoormuse ja võimaldavad säilitada edastuskvaliteeti sõltumata vastuvõtutingimustest.
Olles mitte just kõige keerulisem seade, leiab atenuaator kõige laiemat rakendust raadiosagedusahelates ja võimaldab lahendada erinevaid probleeme. Mikrolaineahju ja optiliste sageduste puhul on need seadmed erinevalt ehitatud ja need on keerukad tööstuslikud koostud.
Seotud artiklid:
