電子回路を設計するときは、通常、信号を増幅するという問題を解決する必要があります。つまり、振幅または電力を増加させます。しかし、逆に信号レベルを弱めなければならない場合もあります。そして、このタスクは一見したほど単純ではありません。
アッテネーターとその仕組み
アッテネータは、入力信号の形状に影響を与えることなく、その振幅または電力を意図的かつ通常は減少させるために使用されるデバイスです。
RF アプリケーションで使用される減衰器の基本原理は次のとおりです。 抵抗またはコンデンサを備えた分圧器.入力信号は、抵抗に比例して抵抗間に分配されます。最も簡単な解決策は、2 つの抵抗器の分割です。このようなアッテネーターをL型アッテネーター（外国の技術文献ではL型）と呼んでいます。入力と出力は、この非対称デバイスのどの側でもかまいません。 L型アッテネーターの特徴は、入出力整合時の損失が少ないことです。
減衰器の種類
実際には、L アッテネータはそれほど頻繁には使用されません。主に、入力インピーダンスと出力インピーダンスを一致させるために使用されます。信号の正規化された減衰にはるかに広く使用されているのは、Pタイプ（外国の文献ではPi - ラテン文字のπから）およびTタイプのデバイスです。この原則により、同じ入力インピーダンスと出力インピーダンスを持つデバイスを作成できます (ただし、必要に応じて異なる場合があります)。
この図は、非対称デバイスを示しています。それらへのソースと負荷は、どちらかの側で同軸ケーブルなどの不平衡ラインで接続する必要があります。
対称ライン (ツイスト ペアなど) の場合、対称回路が使用されます。これは、H 型および O 型減衰器と呼ばれることもありますが、これらは以前のデバイスのバリエーションにすぎません。
T-(H-)タイプのアッテネーターは、抵抗器を1つ(2つ)追加することでブリッジタイプになります。
減衰器は、接続用のコネクタを備えた完全なデバイスとして工業的に入手できますが、一般的な回路の一部としてプリント回路基板上に作成することもできます。抵抗減衰器と容量減衰器には大きな利点があります。非線形要素が含まれていないため、信号が歪まず、スペクトルに新しい高調波が発生したり、既存の高調波が消失したりすることはありません。
抵抗減衰器に加えて、他のタイプの減衰器があります。産業用アプリケーションで一般的に使用されるものは次のとおりです。
- 制限および偏光減衰器 - 導波路の構造特性に基づく;
- 吸収減衰器 - 信号減衰は、特別に選択された材料による電力の吸収によって引き起こされます。
- 光減衰器;
これらのタイプのデバイスは、マイクロ波技術および光周波数範囲で使用されます。低周波数および無線周波数では、抵抗器とコンデンサに基づく減衰器が使用されます。
基本特性
減衰係数は、減衰器の特性を決定する主要なパラメーターです。これはデシベルで測定されます。減衰回路を通過した後、信号振幅が何回減少するかを理解するには、係数をデシベルから時間に再計算する必要があります。信号振幅を N デシベル減少させるデバイスの出力では、電圧は M 分の 1 になります。
M=10(N/20) (電力の場合、M=10(N/10)) .
逆再計算:
N=20・log10(M) (電力 N=10⋅log の場合)10(M))。
したがって、Kosl=-3 dB の減衰器 (値が常に減少するため、係数は常に負) の場合、出力信号は元の振幅の 0.708 になります。また、出力振幅が元の振幅の半分である場合、Kosl は約 -6 dB に等しくなります。
数式は頭の中で計算するのはかなり複雑なので、インターネット上にたくさんあるオンライン計算機を使用することをお勧めします。
調整可能なデバイス (段階的または滑らかな) の場合、設定限界が指定されています。
もう 1 つの重要なパラメータは、入力と出力のウェーブ インピーダンス (インピーダンス) です (これらは一致する場合があります)。このインピーダンスに関連して、商用製品によく示される定在波比 (SWR) などの特性があります。純粋にアクティブな負荷の場合、この係数は次の式で計算されます。
- VSW=ρ/R ρ>R の場合、R は負荷インピーダンス、ρ はライン ウェーブ インピーダンスです。
- VSW= R/ρ if ρ<>
VSW は常に 1 以上です。R=ρ の場合、すべての電力が負荷に伝達されます。これらの値が異なるほど、損失は大きくなります。したがって、VSW=1.2 では 99 % の電力が負荷に到達し、VSW=3 ではすでに 75 % になります。 75 オームのアッテネーターを 50 オームのケーブルに接続すると (またはその逆)、VSW=1.5 となり、損失は 4% になります。
言及すべき他の重要な特徴のうち、
- 動作周波数範囲;
- 最大パワー。
また、精度などのパラメータも重要です。これは、公称値からの減衰の許容偏差を意味します。産業用減衰器の場合、特性はケースに印刷されています。
場合によっては、デバイスのパワーが重要になります。消費者に到達しないエネルギーは減衰器の要素で放散されるため、過負荷にならないようにすることが重要です。
さまざまな設計の抵抗減衰器の基本特性を計算するための式がありますが、それらは扱いにくく、対数が含まれています。したがって、それらを使用するには、少なくとも電卓が必要です。したがって、自己計算には特別なプログラム（オンラインのものを含む）を使用する方が便利です。
調整可能な減衰器
減衰係数とVSWは、減衰器を構成するすべての要素の定格の影響を受けるため、デバイスを作成します 抵抗器 連続的に調整可能なパラメーターを使用することは困難です。減衰を変えることで、VSW を調整する必要があり、その逆も同様です。このような問題は、ゲインが 1 未満のアンプを使用することで解決できます。
このようなデバイスは、トランジスタまたは オペアンプこのようなアンプは、トランジスタまたはオペアンプで構築できますが、線形性の問題が発生します。広い周波数範囲にわたって信号形状を歪ませないアンプを作成することは容易ではありません。より一般的なのはステップ制御です。減衰器は直列に接続され、それらの減衰が一緒に追加されます。減衰が必要な回路はバイパスされます (リレー接点 等。）。したがって、波のインピーダンスを変えることなく、所望の減衰係数が得られる。
ブロードバンドトランス（BPT）上に構築された、スムーズな調整で信号を減衰させるためのデバイスの設計があります。これらは、入出力整合要件が低いアマチュア通信で使用されます。
導波管減衰器のスムーズなチューニングは、幾何学的寸法を変更することによって実現されます。減衰量をスムーズに調整できる光アッテネーターもありますが、レンズ系や光学フィルター系などで構成されているため、かなり複雑な設計になっています。
アプリケーション
アッテネータの入力インピーダンスと出力インピーダンスが異なる場合、減衰機能に加えて、整合デバイスとしても機能します。たとえば、75 Ω と 50 Ω のケーブルを接続する必要がある場合、それらの間に適切な定格のケーブルを挿入し、正規化された減衰と合わせて整合度を補正できます。
受信技術では、強力なサイドエミッションによる入力回路の過負荷を避けるために減衰器が使用されます。場合によっては、微弱な有用信号と同時に干渉信号を減衰させることで、相互変調ノイズのレベルを下げて受信品質を向上させることができます。
測定アプリケーションでは、減衰器をデカップリングとして使用して、基準信号源の負荷の影響を軽減できます。光減衰器は、光ファイバー通信回線の送受信装置のテストに広く使用されています。それらは、実際の回線での減衰をシミュレートし、安定した通信の条件と境界を決定するために使用されます。
音響工学では、アッテネータは電力制御デバイスとして使用されます。ポテンショメータとは異なり、エネルギー損失が少なくなります。ここでは、波のインピーダンスは重要ではなく、減衰のみが重要であるため、滑らかな調整を提供する方が簡単です。テレビ ケーブル ネットワークでは、減衰器によってテレビ入力の過負荷が解消され、受信状態に関係なく伝送品質が維持されます。
最も複雑なデバイスではないため、減衰器は無線周波数回路で最も幅広いアプリケーションを見つけ、さまざまな問題を解決することができます。マイクロ波と光周波数では、これらのデバイスは異なる方法で構築されており、複雑な産業用アセンブリです。
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