Projektējot elektroniskās shēmas, parasti ir nepieciešams pastiprināt signālus, palielinot to amplitūdu vai jaudu. Taču ir situācijas, kad signāla līmenis ir jāsamazina. Un šis uzdevums nav tik viegls, kā šķiet pirmajā brīdī.
Saturs
Kas ir atenuators un kā tas darbojas
Atenuators ir ierīce, ko izmanto, lai apzināti un parasti samazinātu ieejas signāla amplitūdu vai jaudu, neietekmējot tā formu.
Radiofrekvenču lietojumos izmantoto atenuatoru darbības princips ir šāds. Sprieguma dalītājs ar rezistoriem vai kondensatoriem. Ieejas signāls tiek sadalīts starp rezistoriem proporcionāli pretestībām. Vienkāršākais risinājums ir divu rezistoru dalītājs. Šādu atenuatoru sauc par L formas atenuatoru (ārzemju tehniskajā literatūrā - L formas atenuators). Šīs asimetriskās ierīces ieeja un izeja var būt jebkurā pusē. L tipa atenuatoram ir raksturīgi zemi ieejas/izejas saskaņošanas zudumi.
Atenuatoru veidi
Praksē L tipa atenuatoru izmanto retāk, galvenokārt, lai saskaņotu ieejas un izejas pretestību. Daudz plašāk signālu normalizētai vājināšanai tiek izmantotas P tipa (Pi ārzemju literatūrā no latīņu burta π) un T tipa ierīces. Šis princips ļauj izveidot ierīces ar vienādu ieejas un izejas pretestību (bet vajadzības gadījumā var izmantot dažādas).
Ilustrācijā ir attēlotas asimetriskas ierīces. Avotam un slodzei jābūt savienotai ar nesabalansētām līnijām - koaksiālajiem kabeļiem utt. abās pusēs.
Simetriskām līnijām (vītā pāra utt.) izmanto simetriskas shēmas - tās dažkārt sauc par H un O tipa atenuatoriem, lai gan tie ir tikai iepriekšējo ierīču variācijas.
Pievienojot vienu (divus) rezistorus, T- (H-) tipa vājinātāji kļūst par tilta tipa vājinātājiem.
Atenuatori ir rūpnieciski pieejami kā pabeigtas ierīces ar savienotājiem savienošanai, bet tos var arī izgatavot uz PCB kā daļu no vispārējās shēmas. Rezistīvajiem un kapacitatīvajiem atenuatoriem ir būtiska priekšrocība - tie nesatur nelineārus elementus, kas neizkropļo signālu un nerada jaunu harmoniku parādīšanos spektrā un esošo izzušanu.
Papildus rezistīvajiem atenuatoriem ir arī citi atenuatoru veidi. Rūpniecībā parasti izmanto:
- Ierobežojoši un polarizējoši atenuatori - pamatojoties uz viļņvadu strukturālajām īpašībām;
- Absorbējošie vājinātāji - signāla vājināšanos izraisa enerģijas absorbcija, ko veic īpaši atlasīti materiāli;
- optiskie atenuatori;
Šāda veida ierīces tiek izmantotas mikroviļņu tehnoloģijās un gaismas frekvenču diapazonā. Zemās un radio frekvencēs tiek izmantoti atenuatori, kuru pamatā ir rezistori un kondensatori.
Galvenie raksturlielumi
Atenuācijas koeficients ir galvenais parametrs, kas nosaka atenuatoru īpašības. To mēra decibelos. Lai saprastu, cik reizes samazinās signāla amplitūda pēc tam, kad tas ir izgājis cauri vājināšanas ķēdei, koeficients ir jāpārrēķina no decibeliem uz reizēm. Ierīces, kas samazina signāla amplitūdu par N decibeliem, izejas signāls būs M reižu mazāks:
M=10(N/20) (jaudai M=10(N/10)) .
Atgriezeniskais pārrēķins:
N=20⋅log10(M) (jaudai N=10⋅log10(M)).
Tātad atenuatoram ar Kosl = 3 dB (vienmēr negatīvs koeficients, jo vērtība vienmēr samazinās) izejas signāla amplitūda būs 0,708 no sākotnējā signāla. Un, ja izejas amplitūda ir puse no sākotnējās amplitūdas, tad Kosl ir aptuveni -6 dB.
Formulas ir diezgan sarežģīti aprēķināt galvā, tāpēc labāk ir izmantot tiešsaistes kalkulatorus, kuru internetā ir daudz.
Regulējamām ierīcēm (pakāpjveida vai vienmērīgas) ir norādītas iestatīšanas robežas.
Vēl viens svarīgs parametrs ir ieejas un izejas pretestība (tā var būt vienāda). Ar šo pretestību ir saistīta tāda raksturīga īpašība kā stāvviļņu attiecība (SWR), kas bieži tiek norādīta uz komerciāli ražotiem produktiem. Tīri aktīvai slodzei to aprēķina pēc formulas:
- VSW=ρ/R, ja ρ>R, kur R ir slodzes pretestība un ρ ir līnijas pretestība.
- VSW= R/ρ, ja ρ
VSW vienmēr ir lielāks vai vienāds ar 1. Ja R=ρ, visa jauda tiek nodota slodzei. Jo vairāk šīs vērtības atšķiras, jo lielāki ir zaudējumi. Piemēram, pie VSW=1,2 slodzi sasniedz 99% jaudas, bet pie VSW=3 - 75%. Savienojot 75 omu atenuatoru ar 50 omu kabeli (vai otrādi), VSW=1,5, un zudumi būs 4%.
Citas svarīgas funkcijas, kas jāpiemin:
- darbības frekvenču diapazons;
- maksimālā jauda.
Svarīga ir arī precizitāte, kas nozīmē pieļaujamo vājinājuma novirzi no nominālā vājinājuma. Rūpnieciskajiem atenuatoriem raksturlielumi ir uzdrukāti uz korpusa.
Dažos gadījumos ir svarīga ierīces jauda. Enerģija, kas nesasniedz patērētāju, tiek izkliedēta vājinātāja elementos, tāpēc ir ļoti svarīgi nepārslogot.
Pastāv formulas dažādu konstrukciju rezistīvo atenuatoru pamatrakstu aprēķināšanai, taču tās ir apgrūtinošas un satur logaritmus. Tāpēc, lai tos izmantotu, ir nepieciešams vismaz kalkulators. Tāpēc ērtāk ir izmantot īpašas programmas (tostarp tiešsaistes programmas) pašaprēķināšanai.
Regulējami atenuatori
Vājināšanas koeficientu un VSW ietekmē visu vājinātāju veidojošo elementu nominālvērtība, tāpēc veidojiet ierīces ar šādiem parametriem. rezistori ar nepārtraukti regulējamiem parametriem ir grūti izveidot. Mainot vājinājumu, ir jāpielāgo VSWR un otrādi. Šādas problēmas var atrisināt, izmantojot pastiprinātājus ar pastiprinājumu, kas mazāks par 1.
Šajās ierīcēs ir iebūvēti tranzistori vai OP-AMPSbet linearitāte ir problēma. Nav viegli uzbūvēt pastiprinātāju, kas neizkropļo viļņu formu plašā frekvenču diapazonā. Daudz izplatītāka ir pakāpju kontrole - vājinātājus savieno virknē un vājinājumus saskaita kopā. Vērtas ķēdes, kuras nepieciešams vājināt, tiek apietas (releju kontakti utt.). Tādējādi vajadzīgais vājināšanās koeficients tiek iegūts, nemainot viļņu pretestību.
Ir atenuatoru konstrukcijas ar bezpakāpju vadību, kuru pamatā ir platjoslas transformatori (BFT). Tos izmanto amatieru sakaru lietojumprogrammās, kur ieejas/izejas saskaņošanas prasības ir zemas.
Vadu vada atenuatoru vienmērīgu regulēšanu panāk, mainot ģeometriskos izmērus. Ir pieejami arī optiskie vājinātāji ar vienmērīgu vājināšanas regulēšanu, taču šādu ierīču konstrukcija ir diezgan sarežģīta, jo tās ietver lēcu, optisko filtru u. c. sistēmu.
Pieteikumi
Ja vājinātājam ir atšķirīga ieejas un izejas pretestība, tad papildus vājināšanas funkcijai tas var pildīt arī saskaņošanas ierīces funkciju. Piemēram, ja ir jāsavieno 75 Ω un 50 Ω kabelis, starp tiem var novietot attiecīgi nominālu kabeli, un saskaņošanas pakāpi var koriģēt kopā ar normēto vājinājumu.
Uztveršanas lietojumprogrammās tiek izmantoti atenuatori, lai izvairītos no ieejas ķēžu pārslodzes ar spēcīgām traucējošām emisijām. Dažos gadījumos, vājinot traucējošo signālu pat vienlaikus ar vāju lietderīgo signālu, var uzlabot uztveršanas kvalitāti, samazinot intermodulācijas troksni.
Mērījumu lietojumos atenuatorus var izmantot kā atdalītāju - tie samazina slodzes ietekmi uz atskaites signāla avotu. Optiskos vājinātājus plaši izmanto pārraides/uzņemšanas optisko šķiedru savienojumu iekārtu testēšanā. Tos izmanto, lai simulētu vājinājumu reālā līnijā un noteiktu stabila savienojuma nosacījumus un robežas.
Audiotehnikā atenuatorus izmanto kā jaudas kontroles ierīces. Atšķirībā no potenciometriem tie to dara ar mazākiem enerģijas zudumiem. Šajā gadījumā ir vieglāk nodrošināt vienmērīgu regulēšanu, jo viļņu pretestībai nav nozīmes - noteicošais ir vājinājums. TV kabeļu tīklos atenuatori novērš TV ieeju pārslodzi un ļauj saglabāt pārraides kvalitāti neatkarīgi no uztveršanas apstākļiem.
Tā kā atenuatori nav vissarežģītākā ierīce, tie atrod visplašāko pielietojumu radiofrekvenču shēmās un ļauj veikt dažādus pielietojumus. Mikroviļņu un optiskās frekvencēs šīs ierīces tiek veidotas citādi un ir sarežģīti rūpnieciski mezgli.
Saistītie raksti:
