Elektronikus áramkörök tervezésekor általában szükség van a jelek erősítésére, amplitúdójuk vagy teljesítményük növelésével. Vannak azonban olyan helyzetek, amikor a jelszintet csökkenteni kell. És ez a feladat nem olyan könnyű, mint amilyennek első látásra tűnik.
Tartalomjegyzék
Mi az a csillapító és hogyan működik?
A csillapító olyan eszköz, amelyet arra használnak, hogy szándékosan és általában csökkentse a bemeneti jel amplitúdóját vagy teljesítményét anélkül, hogy befolyásolná annak alakját.
A rádiófrekvenciás alkalmazásokban használt csillapítók elve a következő Feszültségosztó ellenállásokban vagy kondenzátorokban. A bemeneti jel az ellenállások között az ellenállások arányában oszlik meg. A legegyszerűbb megoldás egy két ellenállásból álló osztó. Az ilyen csillapítót L-alakú csillapítónak (a külföldi szakirodalomban L-alakúnak) nevezik. A bemenet és a kimenet ennek az aszimmetrikus eszköznek bármelyik oldala lehet. Az L-típusú csillapítót alacsony veszteség jellemzi a bemeneti/kimeneti illesztésnél.
A csillapítók típusai
A gyakorlatban az L-típusú csillapítót ritkábban használják, főként a bemeneti és kimeneti impedanciák összehangolására. A jelek normalizált csillapítására sokkal elterjedtebbek a P-típusú (a külföldi szakirodalomban a latin π betűből származó pí) és a T-típusú eszközök. Ez az elv lehetővé teszi, hogy azonos bemeneti és kimeneti impedanciával rendelkező eszközöket hozzunk létre (de szükség esetén különböző impedanciák is használhatók).
Az ábra aszimmetrikus eszközöket mutat. A forrást és a hozzájuk tartozó terhelést mindkét oldalon szimmetrikus vezetékekkel - koaxiális kábelekkel stb. - kell összekötni.
Szimmetrikus vonalak (sodrott pár stb.) esetén szimmetrikus áramköröket használnak - ezeket néha H- és O-típusú csillapítóknak nevezik, bár ezek csak az előző eszközök változatai.
Egy (két) ellenállás hozzáadásával a T- (H-) típusú csillapítók híd típusúvá válnak.
A csillapítók iparilag komplett eszközként, csatlakozóval ellátott csatlakozókkal kaphatók, de egy általános áramkör részeként nyomtatott áramköri lapon is elkészíthetők. Az ellenállásos és kapacitív csillapítóknak van egy nagy előnyük - nem tartalmaznak nemlineáris elemeket, ami nem torzítja a jelet, és nem okoz új felharmonikusok megjelenését a spektrumban és a meglévők eltűnését.
Az ellenállásos csillapítókon kívül más típusú csillapítók is léteznek. Az ipari alkalmazásokban általánosan használt:
- Korlátozó és polarizáló csillapítók - a hullámvezetők szerkezeti tulajdonságain alapulva;
- Elnyelő csillapítók - a jel csillapítása a teljesítménynek a speciálisan kiválasztott anyagok általi elnyelésével történik;
- optikai csillapítók;
Az ilyen típusú eszközöket a mikrohullámú technológiában és a fényfrekvenciás tartományban használják. Alacsony és rádiófrekvenciákon ellenállásokon és kondenzátorokon alapuló csillapítókat használnak.
Főbb jellemzők
A csillapítási együttható a csillapítók tulajdonságait meghatározó fő paraméter. Ezt decibelben mérik. Ahhoz, hogy megértsük, hányszorosára csökken a jel amplitúdója a csillapító áramkörön való áthaladás után, a tényezőt decibelről időre kell átszámítani. A jel amplitúdóját N decibellel csökkentő eszköz kimenete M-szer kisebb lesz:
M=10(N/20) (M=10 teljesítmény esetén(N/10)) .
Inverz újraszámítás:
N=20⋅log10(M) (N=10⋅log teljesítmény esetén)10(M)).
Tehát egy Kosl=-3 dB-es csillapító esetén (mindig negatív együttható, mivel az érték mindig csökken) a kimeneti jel amplitúdója az eredeti 0,708-as amplitúdója lesz. És ha a kimeneti amplitúdó az eredeti amplitúdó fele, akkor a Kosl körülbelül -6dB.
A képleteket elég bonyolult fejben kiszámítani, ezért jobb, ha online kalkulátorokat használsz, amelyekből sok van az interneten.
Az állítható (lépcsős vagy sima) eszközök esetében a beállítási határokat kell megadni.
Egy másik fontos paraméter a bemenet és a kimenet impedanciája (lehet, hogy azonosak). Ehhez az impedanciához kapcsolódik egy olyan jellemző, mint az állóhullám-arány (SWR), amelyet gyakran feltüntetnek a kereskedelmi forgalomban kapható termékeken. Tisztán aktív terhelés esetén ezt a képlet szerint kell kiszámítani:
- VSW=ρ/R, ha ρ>R, ahol R a terhelés ellenállása és ρ a vezeték impedanciája.
- VSW= R/ρ, ha ρ
A VSW mindig nagyobb vagy egyenlő 1-nél. Ha R=ρ, akkor az összes teljesítmény a terhelésre kerül. Minél jobban eltérnek ezek az értékek, annál nagyobb a veszteség. Például VSW=1,2 esetén a teljesítmény 99%-a eléri a terhelést, míg VSW=3 esetén 75%-a a terhelést. Ha egy 75 ohmos csillapítót 50 ohmos kábelhez csatlakoztat (vagy fordítva), a VSW=1,5 és a veszteség 4% lesz.
További fontos jellemzők:
- működési frekvenciatartomány;
- maximális teljesítmény.
A pontosság is fontos, mivel a csillapításnak a névleges csillapítástól való megengedett eltérésére utal. Az ipari csillapítók esetében a jellemzők a házra vannak nyomtatva.
Bizonyos esetekben a készülék teljesítménye fontos. A fogyasztóhoz el nem jutó energia a csillapítóelemekben eloszlik, ezért kritikus, hogy ne legyen túlterhelt.
Vannak képletek a különböző kialakítású ellenállásos csillapítók alapvető jellemzőinek kiszámítására, de ezek nehézkesek és logaritmusokat tartalmaznak. Ezért használatukhoz legalább egy számológépre van szükség. Ezért kényelmesebb speciális programokat (beleértve az online programokat is) használni az önszámításhoz.
Állítható csillapítók
A csillapítási együtthatót és a VSW-t a csillapítót alkotó összes elem minősítése befolyásolja, ezért a készülékeket olyan eszközökkel kell megépíteni, amelyek ellenállások folyamatosan állítható paraméterekkel nehéz létrehozni. A csillapítás megváltoztatásával a VSWR-t is módosítani kell, és fordítva. Az ilyen problémák megoldhatók 1-nél kisebb erősítésű erősítők alkalmazásával.
Ezek az eszközök tranzisztorokkal vagy OP-AMPSde a linearitás problémát jelent. Nem könnyű olyan erősítőt építeni, amely nem torzítja a hullámformát széles frekvenciatartományban. Sokkal gyakoribb a lépcsőzetes vezérlés - a csillapítók sorba vannak kötve, és a csillapítás összeadódik. A csillapításra szoruló áramköröket megkerüli (relé érintkezők stb.). Így a kívánt csillapítási tényezőt a hullámimpedancia megváltoztatása nélkül kapjuk meg.
Léteznek szélessávú transzformátorokon (BFT) alapuló, fokozatmentes vezérlésű csillapító kialakítások. Ezeket az amatőr kommunikációs alkalmazásokban használják, ahol a bemeneti/kimeneti illesztési követelmények alacsonyak.
A hullámvezető csillapítók egyenletes hangolása a geometriai méretek változtatásával érhető el. Léteznek optikai csillapítók is, amelyek a csillapítás sima hangolásával rendelkeznek, de az ilyen eszközök meglehetősen bonyolult felépítésűek, mivel lencsék, optikai szűrők stb. rendszerét tartalmazzák.
Alkalmazások
Ha egy csillapító különböző bemeneti és kimeneti impedanciával rendelkezik, akkor a csillapítás funkciója mellett az illesztő eszköz szerepét is betöltheti. Például, ha egy 75 ohmos és egy 50 ohmos kábelt kell összekötni, akkor egy megfelelően méretezett kábel helyezhető közéjük, és a normalizált csillapítással együtt korrigálható az illeszkedés mértéke.
A vételi alkalmazásokban csillapítókat használnak, hogy elkerüljék a bemeneti áramkörök túlterhelését erős zavaró sugárzással. Bizonyos esetekben a zavaró jel csillapítása akár egy gyenge hasznos jellel egyidejűleg is javíthatja a vételi minőséget az intermodulációs zaj csökkentése révén.
A mérési alkalmazásokban a csillapítók tehermentesítőként használhatók - csökkentik a terhelés hatását a referenciajelforrásra. Az optikai csillapítókat széles körben használják az átviteli/fogadó optikai összeköttetést biztosító berendezések tesztelésében. Ezeket arra használják, hogy szimulálják a csillapítást egy valós vonalon, és meghatározzák a stabil kapcsolat feltételeit és határait.
A hangtechnikában a csillapítókat teljesítményszabályozó eszközként használják. A potenciométerekkel ellentétben ezt kisebb energiaveszteséggel teszik. Itt könnyebb biztosítani a zökkenőmentes szabályozást, mivel a hullámimpedancia nem számít - a csillapítás az, ami számít. A TV-kábelhálózatokban a csillapítók kiküszöbölik a TV-bemenetek túlterhelését, és lehetővé teszik az átviteli minőség fenntartását a vételi körülményektől függetlenül.
Mivel nem a legösszetettebb eszköz, a csillapítók a rádiófrekvenciás áramkörökben találják meg a legszélesebb körű alkalmazást, és sokféle alkalmazást tesznek lehetővé. Mikrohullámú és optikai frekvenciákon ezek az eszközök másképp épülnek fel, és összetett ipari összeállítások.
Kapcsolódó cikkek:
