इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिजाइन करते समय, आपको आमतौर पर संकेतों को बढ़ाने की समस्या को हल करना होता है - उनके आयाम या शक्ति को बढ़ाना। लेकिन ऐसी स्थितियां हैं जब सिग्नल का स्तर, इसके विपरीत, कमजोर होना चाहिए। और यह कार्य उतना सरल नहीं है जितना पहली नज़र में लगता है।
अंतर्वस्तु
एटेन्यूएटर क्या है और यह कैसे काम करता है
एटेन्यूएटर एक उपकरण है जिसका उपयोग जानबूझकर और सामान्य रूप से इनपुट सिग्नल के आयाम या शक्ति को उसके आकार को प्रभावित किए बिना कम करने के लिए किया जाता है।
आरएफ अनुप्रयोगों में प्रयुक्त एटेन्यूएटर्स का मूल सिद्धांत है: प्रतिरोधों या कैपेसिटर के साथ वोल्टेज विभक्त. इनपुट सिग्नल को प्रतिरोधों के बीच प्रतिरोधों के अनुपात में वितरित किया जाता है। सबसे सरल उपाय दो प्रतिरोधों का विभक्त है। ऐसे एटेन्यूएटर को एल-आकार का एटेन्यूएटर (विदेशी तकनीकी साहित्य में एल-आकार का) कहा जाता है। इनपुट और आउटपुट इस विषम डिवाइस का कोई भी पक्ष हो सकता है। एल-आकार के एटेन्यूएटर की विशेषता इनपुट/आउटपुट मिलान में कम नुकसान है।
एटेन्यूएटर्स के प्रकार
व्यवहार में, एल-एटेन्यूएटर का उपयोग अक्सर नहीं किया जाता है - मुख्य रूप से इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधाओं से मेल खाने के लिए।संकेतों के सामान्यीकृत क्षीणन के लिए अधिक व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले पी-प्रकार के उपकरण हैं (विदेशी साहित्य में पाई - लैटिन अक्षर से) और टी-प्रकार। यह सिद्धांत आपको समान इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा वाले डिवाइस बनाने की अनुमति देता है (लेकिन यदि आवश्यक हो तो अलग हो सकता है)।
आंकड़ा विषम उपकरणों को दर्शाता है। उनके लिए स्रोत और लोड को असंतुलित लाइनों - समाक्षीय केबल, आदि के साथ जोड़ा जाना चाहिए।
सममित रेखाओं (मुड़ जोड़ी, आदि) के लिए, सममित सर्किट का उपयोग किया जाता है - जिन्हें कभी-कभी एच- और ओ-टाइप एटेन्यूएटर कहा जाता है, हालांकि ये पिछले उपकरणों की भिन्नता है।
एक (दो) प्रतिरोधों को जोड़ने पर, एक T- (H-) प्रकार का एटेन्यूएटर एक ब्रिज प्रकार बन जाता है।
एटेन्यूएटर औद्योगिक रूप से कनेक्शन के लिए कनेक्टर्स के साथ पूर्ण उपकरणों के रूप में उपलब्ध हैं, लेकिन उन्हें एक सामान्य सर्किट के हिस्से के रूप में एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर भी बनाया जा सकता है। प्रतिरोधक और कैपेसिटिव एटेन्यूएटर्स का एक बड़ा फायदा है - उनमें नॉनलाइनियर तत्व नहीं होते हैं, जो सिग्नल को विकृत नहीं करते हैं और स्पेक्ट्रम में नए हार्मोनिक्स की उपस्थिति और मौजूदा लोगों के गायब होने की ओर नहीं ले जाते हैं।
प्रतिरोधक एटेन्यूएटर्स के अलावा अन्य प्रकार के एटेन्यूएटर भी होते हैं। आमतौर पर औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है:
- एटेन्यूएटर्स को सीमित और ध्रुवीकरण करना - वेवगाइड के संरचनात्मक गुणों के आधार पर;
- अवशोषण क्षीणन - सिग्नल क्षीणन विशेष रूप से चयनित सामग्रियों द्वारा शक्ति के अवशोषण के कारण होता है;
- ऑप्टिकल एटेन्यूएटर्स;
इस प्रकार के उपकरणों का उपयोग माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी और प्रकाश आवृत्ति रेंज में किया जाता है। कम और रेडियो आवृत्तियों पर, प्रतिरोधों और कैपेसिटर पर आधारित एटेन्यूएटर्स का उपयोग किया जाता है।
बुनियादी विशेषताएं
क्षीणन गुणांक मुख्य पैरामीटर है जो एटेन्यूएटर्स के गुणों को निर्धारित करता है। इसे डेसीबल में मापा जाता है।यह समझने के लिए कि क्षीणन परिपथ से गुजरने के बाद सिग्नल का आयाम कितनी बार घटता है, आपको डेसिबल से कई बार गुणांक की पुनर्गणना करनी चाहिए। एन डेसिबल द्वारा सिग्नल आयाम को कम करने वाले डिवाइस के आउटपुट पर, वोल्टेज एम गुना कम होगा:
एम = 10(एन/20) (शक्ति के लिए, एम = 10(एन/10)) .
उलटा पुनर्गणना:
एन = 20⋅लॉग10(एम) (शक्ति एन = 10⋅लॉग . के लिए)10(एम))।
तो, कोसल = -3 डीबी के साथ एक एटेन्यूएटर के लिए (गुणांक हमेशा नकारात्मक होता है, क्योंकि मान हमेशा घट रहा होता है) आउटपुट सिग्नल में मूल के 0.708 का आयाम होगा। और अगर आउटपुट आयाम मूल आयाम का आधा है, तो कोसल लगभग -6 डीबी के बराबर है।
आपके दिमाग में गणना करने के लिए सूत्र काफी जटिल हैं, इसलिए ऑनलाइन कैलकुलेटर का उपयोग करना बेहतर है, जिनमें से कई इंटरनेट पर हैं।
समायोज्य उपकरणों (चरणबद्ध या चिकनी) के लिए, सेटिंग सीमाएं निर्दिष्ट हैं।
एक अन्य महत्वपूर्ण पैरामीटर इनपुट और आउटपुट पर तरंग प्रतिबाधा (प्रतिबाधा) है (वे संयोग कर सकते हैं)। इस प्रतिबाधा से संबंधित एक विशेषता है जैसे स्टैंडिंग वेव रेशियो (एसडब्ल्यूआर), जिसे अक्सर व्यावसायिक रूप से निर्मित उत्पादों पर दर्शाया जाता है। विशुद्ध रूप से सक्रिय भार के लिए, इस गुणांक की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:
- VSW=ρ/R यदि ρ>R, जहां R भार प्रतिबाधा है और रेखा तरंग प्रतिबाधा है।
- वीएसडब्ल्यू = आर / ρ अगर<>
वीएसडब्ल्यू हमेशा 1 से अधिक या बराबर होता है। यदि आर = , तो सारी शक्ति लोड में स्थानांतरित हो जाती है। इन मूल्यों में जितना अधिक अंतर होगा, नुकसान उतना ही अधिक होगा। तो, वीएसडब्ल्यू = 1,2 पर 99% बिजली लोड तक पहुंच जाएगी, और वीएसडब्ल्यू = 3 पर - पहले से ही 75%। यदि आप 75-ओम एटेन्यूएटर को 50-ओम केबल (या इसके विपरीत) से जोड़ते हैं तो वीएसडब्ल्यू = 1.5 और नुकसान 4% होगा।
अन्य महत्वपूर्ण विशेषताओं में से हमें उल्लेख करना चाहिए:
- ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज;
- अधिकतम शक्ति।
सटीकता के रूप में ऐसा पैरामीटर भी महत्वपूर्ण है - इसका मतलब नाममात्र से क्षीणन का स्वीकार्य विचलन है। औद्योगिक एटेन्यूएटर्स के लिए, विशेषताओं को मामले पर मुद्रित किया जाता है।
कुछ मामलों में, डिवाइस की शक्ति महत्वपूर्ण है। उपभोक्ता तक नहीं पहुंचने वाली ऊर्जा एटेन्यूएटर के तत्वों पर समाप्त हो जाती है, इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि अधिभार न डालें।
विभिन्न डिजाइनों के प्रतिरोधक एटेन्यूएटर्स की बुनियादी विशेषताओं की गणना के लिए सूत्र हैं, लेकिन वे बोझिल हैं और उनमें लॉगरिदम होते हैं। इसलिए, उनका उपयोग करने के लिए आपको कम से कम एक कैलकुलेटर की आवश्यकता होती है। इसलिए, स्व-गणना के लिए विशेष कार्यक्रमों (ऑनलाइन वाले सहित) का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है।
एडजस्टेबल एटेन्यूएटर्स
क्षीणन गुणांक और वीएसडब्ल्यू उन सभी तत्वों की रेटिंग से प्रभावित होते हैं जो एटेन्यूएटर बनाते हैं, इसलिए ऐसे उपकरण बनाएं जिनके साथ प्रतिरोधों लगातार समायोज्य मापदंडों के साथ मुश्किल है। क्षीणन को बदलकर, वीएसडब्ल्यू और इसके विपरीत को समायोजित करना आवश्यक है। 1 से कम लाभ वाले एम्पलीफायरों का उपयोग करके ऐसी समस्याओं को हल किया जा सकता है।
ऐसे उपकरण ट्रांजिस्टर के साथ बनाए जाते हैं या ओपी-एएमपीएसऐसे एम्पलीफायरों को ट्रांजिस्टर या Op-Amps के साथ बनाया जा सकता है, लेकिन रैखिकता की समस्या उत्पन्न होती है। एक एम्पलीफायर बनाना आसान नहीं है जो व्यापक आवृत्ति रेंज पर सिग्नल के आकार को विकृत नहीं करता है। स्टेप कंट्रोल बहुत अधिक सामान्य है - एटेन्यूएटर्स श्रृंखला में जुड़े हुए हैं और उनके क्षीणन को एक साथ जोड़ा जाता है। जिन सर्किटों को क्षीण करने की आवश्यकता होती है उन्हें बायपास किया जाता है (रिले संपर्क आदि।)। इस प्रकार, वांछित क्षीणन गुणांक तरंग प्रतिबाधा को बदले बिना प्राप्त किया जाता है।
ब्रॉडबैंड ट्रांसफॉर्मर (बीपीटी) पर निर्मित, सुचारू समायोजन के साथ सिग्नल को क्षीण करने के लिए उपकरणों के डिज़ाइन हैं। जब इनपुट/आउटपुट मिलान की आवश्यकताएं कम होती हैं तो उनका उपयोग शौकिया संचार में किया जाता है।
ज्यामितीय आयामों को बदलकर वेवगाइड एटेन्यूएटर्स की चिकनी ट्यूनिंग प्राप्त की जाती है। ऑप्टिकल एटेन्यूएटर भी क्षीणन की चिकनी ट्यूनिंग के साथ उपलब्ध हैं, लेकिन ऐसे उपकरणों में एक जटिल डिजाइन होता है क्योंकि उनमें लेंस, ऑप्टिकल फिल्टर आदि की एक प्रणाली होती है।
अनुप्रयोग
यदि एटेन्यूएटर में अलग-अलग इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधाएं हैं, तो क्षीणन के कार्य के अलावा, यह एक मिलान डिवाइस के रूप में कार्य कर सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आपको 75 ओम और 50 ओम केबल्स कनेक्ट करने की आवश्यकता है, तो आप उनके बीच एक उचित रेटेड एक डाल सकते हैं और सामान्यीकृत क्षीणन के साथ आप मिलान की डिग्री को सही कर सकते हैं।
प्रौद्योगिकी प्राप्त करने में एटेन्यूएटर्स का उपयोग शक्तिशाली साइड उत्सर्जन के साथ इनपुट सर्किट को ओवरलोड करने से बचने के लिए किया जाता है। कुछ मामलों में, एक कमजोर उपयोगी सिग्नल के साथ-साथ एक साथ हस्तक्षेप करने वाले सिग्नल को क्षीण करना इंटरमोड्यूलेशन शोर के स्तर को कम करके रिसेप्शन गुणवत्ता में सुधार कर सकता है।
माप अनुप्रयोगों में, एटेन्यूएटर्स को संदर्भ सिग्नल स्रोत पर लोड के प्रभाव को कम करने के लिए डिकूपिंग के रूप में उपयोग किया जा सकता है। ऑप्टिकल एटेन्यूएटर्स का व्यापक रूप से फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइनों के लिए संचारण/प्राप्त उपकरण के परीक्षण में उपयोग किया जाता है। उनका उपयोग वास्तविक रेखा में क्षीणन का अनुकरण करने और स्थिर संचार की स्थितियों और सीमाओं को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
ऑडियो इंजीनियरिंग में, एटेन्यूएटर्स का उपयोग पावर कंट्रोल डिवाइस के रूप में किया जाता है। पोटेंशियोमीटर के विपरीत, वे इसे कम ऊर्जा हानि के साथ करते हैं। यहां सुचारू विनियमन प्रदान करना आसान है, क्योंकि तरंग प्रतिबाधा मायने नहीं रखती - केवल क्षीणन मायने रखता है। टेलीविज़न केबल नेटवर्क में, एटेन्यूएटर टीवी इनपुट के ओवरलोडिंग को समाप्त करते हैं और रिसेप्शन की स्थिति की परवाह किए बिना ट्रांसमिशन गुणवत्ता को बनाए रखने की अनुमति देते हैं।
सबसे जटिल उपकरण नहीं होने के कारण, एटेन्यूएटर रेडियो-फ़्रीक्वेंसी सर्किट में सबसे व्यापक अनुप्रयोग पाता है और विभिन्न समस्याओं को हल करने की अनुमति देता है। माइक्रोवेव और ऑप्टिकल आवृत्तियों पर, इन उपकरणों को अलग तरह से बनाया गया है, और ये जटिल औद्योगिक संयोजन हैं।
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