Saat merancang sirkuit elektronik, Anda biasanya harus menyelesaikan masalah penguatan sinyal - meningkatkan amplitudo atau dayanya. Tetapi ada situasi ketika level sinyal harus, sebaliknya, melemah. Dan tugas ini tidak sesederhana kelihatannya pada pandangan pertama.
Isi
Apa itu Attenuator dan Cara Kerjanya
Sebuah attenuator adalah perangkat yang digunakan untuk sengaja dan biasanya mengurangi amplitudo atau kekuatan sinyal input tanpa mempengaruhi bentuknya.
Prinsip dasar attenuator yang digunakan dalam aplikasi RF adalah pembagi tegangan dengan resistor atau kapasitor. Sinyal input didistribusikan antara resistor secara proporsional dengan resistansi. Solusi paling sederhana adalah pembagi dua resistor. Atenuator semacam itu disebut attenuator berbentuk L (berbentuk L dalam literatur teknis asing). Input dan output dapat berupa sisi mana saja dari perangkat asimetris ini. Fitur attenuator berbentuk L adalah kerugian rendah dalam pencocokan input/output.
Jenis-jenis attenuator
Dalam praktiknya, L-attenuator tidak terlalu sering digunakan - terutama untuk mencocokkan impedansi input dan output.Jauh lebih banyak digunakan untuk pelemahan sinyal yang dinormalisasi adalah perangkat tipe-P (dalam literatur asing Pi - dari huruf Latin ) dan tipe-T. Prinsip ini memungkinkan Anda membuat perangkat dengan impedansi input dan output yang sama (tetapi jika perlu bisa berbeda).
Gambar tersebut menunjukkan perangkat asimetris. Sumber dan bebannya harus dihubungkan dengan saluran yang tidak seimbang - kabel koaksial, dll. di kedua sisi.
Untuk garis simetris (twisted pair, dll.), sirkuit simetris digunakan - kadang-kadang disebut attenuator tipe H dan O, meskipun ini hanya variasi dari perangkat sebelumnya.
Dengan menambahkan satu (dua) resistor, attenuator tipe T- (H-) menjadi tipe bridge.
Atenuator tersedia secara industri sebagai perangkat lengkap dengan konektor untuk koneksi, tetapi mereka juga dapat dibuat pada papan sirkuit tercetak sebagai bagian dari sirkuit umum. Atenuator resistif dan kapasitif memiliki keunggulan utama - mereka tidak mengandung elemen nonlinier, yang tidak mendistorsi sinyal dan tidak mengarah pada munculnya harmonik baru dalam spektrum dan hilangnya yang sudah ada.
Selain attenuator resistif ada jenis attenuator lainnya. Umumnya digunakan dalam aplikasi industri adalah:
- Membatasi dan mempolarisasi attenuator - berdasarkan sifat struktural pandu gelombang;
- peredam penyerapan - redaman sinyal disebabkan oleh penyerapan daya oleh bahan yang dipilih secara khusus;
- attenuator optik;
Jenis perangkat ini digunakan dalam teknologi gelombang mikro dan dalam rentang frekuensi cahaya. Pada frekuensi rendah dan radio, attenuator berdasarkan resistor dan kapasitor digunakan.
Karakteristik Dasar
Koefisien atenuasi adalah parameter utama yang menentukan sifat atenuasi. Ini diukur dalam desibel.Untuk memahami berapa kali amplitudo sinyal berkurang setelah melewati rangkaian atenuasi, Anda harus menghitung ulang koefisien dari desibel ke kali. Pada output perangkat yang mengurangi amplitudo sinyal sebesar N desibel, tegangan akan menjadi M kali lebih kecil:
M = 10(N/20) (untuk daya, M = 10(N/10)) .
Perhitungan ulang terbalik:
N=20⋅log10(M) (untuk daya N=10⋅log10(M)).
Jadi, untuk attenuator dengan Kosl=-3 dB (koefisien selalu negatif, karena nilainya selalu menurun) sinyal keluaran akan memiliki amplitudo 0,708 dari aslinya. Dan jika amplitudo keluaran adalah setengah dari amplitudo asli, maka Kosl kira-kira sama dengan -6 dB.
Rumus cukup rumit untuk dihitung dalam pikiran Anda, jadi lebih baik menggunakan kalkulator online, yang banyak terdapat di Internet.
Untuk perangkat yang dapat disesuaikan (stepped atau smooth), batas pengaturan ditentukan.
Parameter penting lainnya adalah impedansi gelombang (impedansi) pada input dan output (dapat bertepatan). Terkait dengan impedansi ini adalah karakteristik seperti Standing Wave Ratio (SWR), yang sering ditunjukkan pada produk yang diproduksi secara komersial. Untuk beban aktif murni, koefisien ini dihitung dengan rumus:
- VSW=ρ/R jika >R, di mana R adalah impedansi beban dan adalah impedansi gelombang saluran.
- VSW= R/ρ jika<>
VSW selalu lebih besar dari atau sama dengan 1. Jika R=ρ, semua daya ditransfer ke beban. Semakin banyak nilai-nilai ini berbeda, semakin besar kerugiannya. Jadi, pada VSW=1,2 99 % daya akan mencapai beban, dan pada VSW=3 - sudah 75 %. Jika Anda menghubungkan atenuasi 75-ohm ke kabel 50-ohm (atau sebaliknya) VSW=1.5 dan kerugiannya akan menjadi 4%.
Dari karakteristik penting lainnya kita harus menyebutkan:
- rentang frekuensi operasi;
- Daya maksimum.
Juga penting adalah parameter seperti akurasi - itu berarti penyimpangan redaman yang diijinkan dari nominal. Untuk attenuator industri, karakteristik dicetak pada kasing.
Dalam beberapa kasus, kekuatan perangkat itu penting. Energi yang tidak mencapai konsumen dihamburkan pada elemen attenuator, jadi sangat penting untuk tidak kelebihan beban.
Ada rumus untuk menghitung karakteristik dasar atenuasi resistif dari berbagai desain, tetapi rumit dan mengandung logaritma. Karena itu, untuk menggunakannya, Anda memerlukan setidaknya kalkulator. Oleh karena itu, lebih mudah menggunakan program khusus (termasuk yang online) untuk perhitungan sendiri.
Atenuator yang dapat disesuaikan
Koefisien atenuasi dan VSW dipengaruhi oleh peringkat semua elemen yang membentuk attenuator, jadi buat perangkat dengan resistor dengan parameter terus menerus disesuaikan sulit. Dengan mengubah redaman, maka perlu untuk menyesuaikan VSW dan sebaliknya. Masalah seperti itu dapat diselesaikan dengan menggunakan amplifier dengan gain kurang dari 1.
Perangkat semacam itu dibuat dengan transistor atau OP-AMPSAmplifier semacam itu dapat dibangun dengan transistor atau Op-Amp, tetapi masalah linieritas muncul. Tidak mudah membuat amplifier yang tidak mendistorsi bentuk sinyal pada rentang frekuensi yang lebar. Jauh lebih umum adalah kontrol langkah - atenuasi dihubungkan secara seri dan atenuasinya ditambahkan bersama-sama. Sirkuit-sirkuit yang perlu dilemahkan di-bypass (kontak relay dll.). Dengan demikian, koefisien atenuasi yang diinginkan diperoleh tanpa mengubah impedansi gelombang.
Ada desain perangkat untuk melemahkan sinyal dengan penyesuaian halus, dibangun di atas trafo broadband (BPT). Mereka digunakan dalam komunikasi amatir ketika persyaratan pencocokan input/output rendah.
Penyetelan yang halus dari attenuator pandu gelombang dicapai dengan mengubah dimensi geometris. Atenuator optik juga tersedia dengan penyetelan redaman yang halus, tetapi perangkat tersebut memiliki desain yang agak rumit karena berisi sistem lensa, filter optik, dll.
Aplikasi
Jika atenuasi memiliki impedansi input dan output yang berbeda, maka selain fungsi atenuasi, itu dapat bertindak sebagai perangkat yang cocok. Misalnya, jika Anda perlu menyambungkan kabel 75 ohm dan 50 ohm, Anda dapat menempatkan kabel dengan nilai yang tepat di antara keduanya dan bersama-sama dengan redaman yang dinormalisasi, Anda dapat memperbaiki tingkat kecocokan.
Dalam teknologi penerima, attenuator digunakan untuk menghindari kelebihan beban pada sirkuit input dengan emisi samping yang kuat. Dalam beberapa kasus, melemahkan sinyal interferensi bahkan secara bersamaan dengan sinyal berguna yang lemah dapat meningkatkan kualitas penerimaan dengan mengurangi tingkat kebisingan intermodulasi.
Dalam aplikasi pengukuran, attenuator dapat digunakan sebagai decoupling untuk mengurangi efek beban pada sumber sinyal referensi. Atenuator optik banyak digunakan dalam pengujian peralatan transmisi/penerima untuk jalur komunikasi serat optik. Mereka digunakan untuk mensimulasikan redaman dalam garis nyata dan menentukan kondisi dan batas-batas komunikasi yang stabil.
Dalam teknik audio, attenuator digunakan sebagai perangkat kontrol daya. Tidak seperti potensiometer, mereka melakukan ini dengan lebih sedikit kehilangan energi. Di sini lebih mudah untuk memberikan pengaturan yang halus, karena impedansi gelombang tidak penting - hanya redaman yang penting. Dalam jaringan kabel televisi, attenuator menghilangkan kelebihan input TV dan memungkinkan kualitas transmisi dipertahankan terlepas dari kondisi penerimaan.
Menjadi bukan perangkat yang paling rumit, attenuator menemukan aplikasi terluas di sirkuit frekuensi radio dan memungkinkan untuk memecahkan berbagai masalah. Pada gelombang mikro dan frekuensi optik, perangkat ini dibuat secara berbeda, dan merupakan rakitan industri yang kompleks.
Artikel terkait:
