Pri načrtovanju elektronskih vezij morate običajno rešiti problem ojačanja signalov - povečati njihovo amplitudo ali moč. Toda obstajajo situacije, ko je treba raven signala, nasprotno, oslabiti. In ta naloga ni tako preprosta, kot se zdi na prvi pogled.
Vsebina
Kaj je atenuator in kako deluje
Dušilnik je naprava, ki se uporablja za namerno in običajno zmanjšanje amplitude ali moči vhodnega signala, ne da bi vplivala na njegovo obliko.
Osnovno načelo dušilnikov, ki se uporabljajo v RF aplikacijah, je napetostni delilnik z upori ali kondenzatorji. Vhodni signal se porazdeli med upore sorazmerno z upornostjo. Najenostavnejša rešitev je delilnik dveh uporov. Takemu dušilniku rečemo L-shaped attenuator (v tuji strokovni literaturi L-shaped). Vhod in izhod sta lahko katera koli stran te asimetrične naprave. Značilnost dušilnika v obliki črke L je nizka izguba pri vhodno/izhodnem ujemanju.
Vrste atenuatorjev
V praksi se L-dušilo ne uporablja tako pogosto - predvsem za ujemanje vhodne in izhodne impedance.Veliko bolj razširjene za normalizirano dušenje signalov so naprave P-tipa (v tuji literaturi Pi - iz latinske črke π) in T-tipa. To načelo vam omogoča ustvarjanje naprav z enako vhodno in izhodno impedanco (vendar po potrebi lahko drugačno).
Slika prikazuje asimetrične naprave. Vir in obremenitev do njih morata biti povezana z neuravnoteženimi linijami - koaksialnimi kabli itd. na obeh straneh.
Za simetrične linije (sukani par itd.) se uporabljajo simetrična vezja - včasih imenovana dušilniki tipa H in O, čeprav so ti le različica prejšnjih naprav.
Z dodajanjem enega (dveh) uporov postane dušilnik tipa T (H-) mostičnega tipa.
Dušilniki so industrijsko dobavljivi kot kompletne naprave s konektorji za priklop, lahko pa so izdelani tudi na tiskanem vezju kot del splošnega vezja. Uporovni in kapacitivni dušilniki imajo veliko prednost - ne vsebujejo nelinearnih elementov, kar ne popači signala in ne vodi do pojava novih harmonikov v spektru in do izginotja obstoječih.
Poleg uporovnih dušilnikov obstajajo tudi druge vrste dušilnikov. V industrijskih aplikacijah se običajno uporabljajo:
- Omejevalni in polarizacijski dušilniki - na osnovi strukturnih lastnosti valovodov;
- absorpcijski dušilniki - slabljenje signala nastane zaradi absorpcije moči s posebej izbranimi materiali;
- optični atenuatorji;
Te vrste naprav se uporabljajo v mikrovalovni tehnologiji in v svetlobnem frekvenčnem območju. Pri nizkih in radijskih frekvencah se uporabljajo dušilniki na osnovi uporov in kondenzatorjev.
Osnovne značilnosti
Koeficient slabljenja je glavni parameter, ki določa lastnosti dušilnikov. To se meri v decibelih.Da bi razumeli, kolikokrat se amplituda signala zmanjša po prehodu skozi dušilno vezje, morate preračunati koeficient iz decibelov v krat. Na izhodu naprave, ki zmanjša amplitudo signala za N decibelov, bo napetost M-krat manjša:
M=10(n/20) (za moč, M=10(n/10)) .
Inverzni preračun:
N=20⋅log10(M) (za moč N=10⋅log10(M)).
Torej, za atenuator s Kosl=-3 dB (koeficient je vedno negativen, ker vrednost vedno pada) bo imel izhodni signal amplitudo 0,708 originala. In če je izhodna amplituda polovica prvotne amplitude, potem je Kosl približno enak -6 dB.
Formule so precej zapletene za izračun v mislih, zato je bolje uporabiti spletne kalkulatorje, ki jih je na internetu veliko.
Za nastavljive naprave (stopničaste ali gladke) so določene omejitve nastavitve.
Drug pomemben parameter je valovna impedanca (impedanca) na vhodu in izhodu (lahko sovpadata). S to impedanco je povezana značilnost, kot je razmerje stojnega valovanja (SWR), ki je pogosto navedeno na komercialno proizvedenih izdelkih. Za čisto aktivno obremenitev se ta koeficient izračuna po formuli:
- VSW=ρ/R, če je ρ>R, kjer je R impedanca bremena in ρ impedanca linijskega vala.
- VSW= R/ρ, če je ρ<>
VSW je vedno večji ali enak 1. Če je R=ρ, se vsa moč prenese na breme. Bolj kot se te vrednosti razlikujejo, večje so izgube. Torej, pri VSW = 1,2 bo 99% moči doseglo obremenitev, pri VSW = 3 pa že 75%. Če priključite 75-ohmski dušilnik na 50-ohmski kabel (ali obratno), bo VSW=1,5 in izguba bo 4 %.
Od drugih pomembnih lastnosti je treba omeniti:
- delovno frekvenčno območje;
- Največja moč.
Pomemben je tudi tak parameter, kot je natančnost - pomeni dovoljeno odstopanje slabljenja od nominalne vrednosti. Pri industrijskih dušilnikih so karakteristike natisnjene na ohišju.
V nekaterih primerih je pomembna moč naprave. Energija, ki ne pride do porabnika, se razprši na elementih dušilnika, zato je ključnega pomena, da ne pride do preobremenitve.
Obstajajo formule za izračun osnovnih karakteristik uporovnih dušilnikov različnih izvedb, vendar so okorne in vsebujejo logaritme. Zato za njihovo uporabo potrebujete vsaj kalkulator. Zato je bolj priročno uporabiti posebne programe (vključno s spletnimi) za samoizračun.
Nastavljivi atenuatorji
Na koeficient slabljenja in VSW vpliva ocena vseh elementov, ki sestavljajo dušilnik, zato ustvarite naprave z upori s stalno nastavljivimi parametri je težko. S spreminjanjem slabljenja je potrebno prilagoditi VSW in obratno. Takšne težave je mogoče rešiti z uporabo ojačevalnikov z ojačenjem, manjšim od 1.
Takšne naprave so zgrajene s tranzistorji oz OPERACIJSKI OJAČEVALNIKITakšne ojačevalnike je mogoče sestaviti s tranzistorji ali operacijskimi ojačevalniki, vendar se pojavi problem linearnosti. Ni lahko ustvariti ojačevalnika, ki ne popači oblike signala v širokem frekvenčnem območju. Veliko pogostejša je stopenjska regulacija - dušilniki so povezani zaporedno in njihovo dušenje se sešteva. Tista vezja, ki jih je treba oslabiti, se zaobidejo (relejni kontakti itd.). Tako dosežemo želeni koeficient slabljenja brez spreminjanja valovne impedance.
Obstajajo zasnove naprav za dušenje signala z gladko prilagoditvijo, zgrajene na širokopasovnih transformatorjih (BPT). Uporabljajo se v amaterskih komunikacijah, ko so zahteve za vhodno/izhodno ujemanje nizke.
Gladko uglaševanje valovodnih dušilnikov se doseže s spreminjanjem geometrijskih dimenzij. Optični dušilniki so na voljo tudi z gladko nastavitvijo dušenja, vendar imajo takšne naprave precej zapleteno zasnovo, saj vsebujejo sistem leč, optičnih filtrov itd.
Aplikacije
Če ima atenuator različne vhodne in izhodne impedance, potem lahko poleg funkcije dušenja deluje tudi kot naprava za ujemanje. Na primer, če morate povezati 75-ohmski in 50-ohmski kabel, lahko med njiju postavite primerno ocenjenega in skupaj z normaliziranim slabljenjem popravite stopnjo ujemanja.
V sprejemni tehnologiji se uporabljajo dušilci, da se prepreči preobremenitev vhodnih tokokrogov z močnimi stranskimi emisijami. V nekaterih primerih lahko oslabitev motečega signala tudi sočasno s šibkim uporabnim signalom izboljša kakovost sprejema z zmanjšanjem ravni intermodulacijskega šuma.
V merilnih aplikacijah se lahko dušilniki uporabljajo kot ločevanje za zmanjšanje učinka obremenitve na vir referenčnega signala. Optični dušilniki se pogosto uporabljajo pri testiranju oddajne/sprejemne opreme za optične komunikacijske linije. Uporabljajo se za simulacijo slabljenja v realnem vodu in določanje pogojev in meja stabilne komunikacije.
V avdiotehniki se dušilniki uporabljajo kot naprave za nadzor moči. Za razliko od potenciometrov to počnejo z manjšo izgubo energije. Tukaj je lažje zagotoviti gladko regulacijo, saj valovna impedanca ni pomembna - pomembno je le dušenje. V televizijskih kabelskih omrežjih dušilniki odpravljajo preobremenitev TV vhodov in omogočajo ohranjanje kakovosti prenosa ne glede na pogoje sprejema.
Ker ni najbolj zapletena naprava, dušilnik najde najširšo uporabo v radiofrekvenčnih vezjih in omogoča reševanje različnih težav. Na mikrovalovnih in optičnih frekvencah so te naprave drugače zgrajene in so kompleksni industrijski sklopi.
Povezani članki:
