När man konstruerar elektroniska kretsar är det vanligtvis nödvändigt att förstärka signaler genom att öka deras amplitud eller effekt. Men det finns situationer där signalnivån måste sänkas. Denna uppgift är inte så lätt som den verkar vid första anblicken.
Innehåll
Vad är en dämpare och hur den fungerar
En dämpare är en anordning som används för att avsiktligt och normalt minska amplituden eller effekten av en insignal utan att påverka dess form.
Principen för dämpare som används i radiofrekvenstillämpningar är följande Spänningsdelare i motstånd eller kondensatorer. Ingångssignalen fördelas mellan motstånden i proportion till motstånden. Den enklaste lösningen är en delare av två motstånd. En sådan dämpare kallas L-formad dämpare (L-formad i utländsk teknisk litteratur). In- och utgången kan vara vilken sida som helst av denna asymmetriska anordning. En dämpare av L-typ kännetecknas av en låg förlust vid matchning mellan ingång och utgång.
Typer av dämpare
I praktiken används dämpare av L-typ mindre ofta, främst för att matcha ingångs- och utgångsimpedanser. De som används mer allmänt för normaliserad dämpning av signaler är anordningar av P-typ (Pi i utländsk litteratur från den latinska bokstaven π) och T-typ. Denna princip gör det möjligt att skapa enheter med samma ingångs- och utgångsimpedans (men olika impedanser kan användas vid behov).
Illustrationen visar asymmetriska anordningar. Källan och belastningen till dem måste anslutas med obalanserade ledningar - koaxialkablar etc. på båda sidor.
För symmetriska ledningar (tvinnade par etc.) används symmetriska kretsar - dessa kallas ibland för H- och O-dämpare, även om de bara är variationer av de tidigare anordningarna.
Genom att lägga till ett (två) motstånd blir dämpare av T- (H-) typ till bryggtyper.
Försvagare finns industriellt tillgängliga som kompletta enheter med kontakter för anslutning, men de kan också tillverkas på ett kretskort som en del av en allmän krets. Resistiva och kapacitiva dämpare har en stor fördel - de innehåller inga icke-linjära element, vilket inte förvränger signalen eller gör att nya övertoner dyker upp i spektrumet och att befintliga försvinner.
Förutom resistiva dämpare finns det andra typer av dämpare. Vanligt förekommande i industriella tillämpningar är:
- Begränsande och polariserande dämpare - baserade på vågledarnas strukturella egenskaper;
- Absorberande dämpare - signalförsvagning orsakas av att kraft absorberas av speciellt utvalda material;
- optiska dämpare;
Dessa typer av anordningar används inom mikrovågsteknik och i ljusfrekvensområdet. Vid låga frekvenser och radiofrekvenser används dämpare baserade på motstånd och kondensatorer.
Huvudsakliga egenskaper
Dämpningskoefficienten är den viktigaste parametern som bestämmer egenskaperna hos dämpare. Detta mäts i decibel. För att förstå hur många gånger signalamplituden minskar efter att ha passerat genom den dämpande kretsen måste du omvandla faktorn från decibel till gånger. Utgången från en anordning som minskar signalamplituden med N decibel blir M gånger lägre:
M=10(N/20) (för effekt M=10(N/10)) .
Omvänd omräkning:
N=20⋅log10(M) (för effekt N=10⋅log10(M)).
För en dämpare med Kosl=-3 dB (alltid en negativ koefficient eftersom värdet alltid minskar) kommer utgångssignalen att ha en amplitud på 0,708 av den ursprungliga. Om utgångsamplituden är hälften av den ursprungliga amplituden är Kosl ungefär -6 dB.
Formlerna är ganska komplicerade att räkna ut i huvudet, så det är bättre att använda online-kalkylatorer, som det finns många av på Internet.
För justerbara anordningar (stegvis eller jämn) anges inställningsgränserna.
En annan viktig parameter är impedansen för ingången och utgången (de kan vara desamma). I samband med denna impedans finns en egenskap som det stående vågförhållandet (Standing Wave Ratio, SWR), som ofta anges på kommersiellt tillverkade produkter. För en rent aktiv belastning beräknas detta enligt följande formel:
- VSW=ρ/R om ρ>R, där R är belastningsmotståndet och ρ är ledningsimpedansen.
- VSW= R/ρ om ρ
VSW är alltid större än eller lika med 1. Om R=ρ överförs all effekt till belastningen. Ju mer dessa värden skiljer sig åt, desto större är förlusten. Till exempel, vid VSW=1,2 når 99 % av effekten belastningen, medan 75 % når belastningen vid VSW=3. Om du ansluter en 75 ohm-dämpare till en 50 ohm-kabel (eller tvärtom) är VSW=1,5 och förlusten blir 4 %.
Andra viktiga funktioner som bör nämnas är:
- Driftsfrekvensområde;
- maximal effekt.
Noggrannheten är också viktig, eftersom den avser den tillåtna avvikelsen av dämpningen från det nominella värdet. För industriella dämpare är egenskaperna tryckta på höljet.
I vissa fall är enhetens effekt viktig. Den energi som inte når konsumenten försvinner i dämpningselementen, så det är viktigt att inte överbelasta dem.
Det finns formler för att beräkna de grundläggande egenskaperna hos resistiva dämpare av olika slag, men de är besvärliga och innehåller logaritmer. Därför behöver du minst en miniräknare för att använda dem. Därför är det bekvämare att använda särskilda program (även online) för egenberäkning.
Justerbara dämpare
Dämpningskoefficienten och VSW påverkas av klassificeringen av alla element som ingår i dämparen, så bygg enheter med motstånd med kontinuerligt justerbara parametrar är svårt att skapa. Genom att ändra dämpningen måste VSWR justeras och vice versa. Sådana problem kan lösas genom att använda förstärkare med en förstärkning som är mindre än 1.
Dessa enheter är byggda med transistorer eller OP-AMPSmen linjäriteten är ett problem. Det är inte lätt att bygga en förstärkare som inte förvränger vågformen över ett brett frekvensområde. Mycket vanligare är stegvis reglering - dämparna kopplas i serie och dämpningen adderas tillsammans. Kretsar som behöver dämpas förbigås (Reläkontakter etc.). Den erforderliga dämpningsfaktorn uppnås således utan att vågimpedansen ändras.
Det finns dämpare med steglös styrning som bygger på bredbandstransformatorer (BFT). De används i amatörkommunikationstillämpningar där kraven på matchning av ingång och utgång är låga.
En jämn inställning av vågledardämpare uppnås genom att ändra de geometriska dimensionerna. Optiska dämpare finns också tillgängliga med jämn inställning av dämpningen, men sådana anordningar har en ganska komplicerad konstruktion eftersom de innehåller ett system av linser, optiska filter osv.
Tillämpningar
Om en dämpare har olika ingångs- och utgångsimpedanser kan den förutom dämpningen även fungera som en matchningsanordning. Om t.ex. en 75 ohm- och en 50 ohm-kabel ska anslutas kan en kabel med lämplig klassning placeras mellan dem och anpassningsgraden kan korrigeras tillsammans med den normaliserade dämpningen.
I mottagningstillämpningar används dämpare för att undvika att överbelasta ingångskretsarna med kraftiga störningar. I vissa fall kan dämpning av en störande signal även samtidigt med en svag användbar signal förbättra mottagningskvaliteten genom att minska intermodulationsbruset.
I mättillämpningar kan dämpare användas som frikoppling - de minskar belastningens påverkan på referenssignalkällan. Optiska dämpare används ofta för att testa utrustning för sändning/mottagning av fiberoptiska länkar. De används för att simulera dämpningen i en riktig ledning och fastställa villkoren och gränserna för en stabil länk.
Inom ljudteknik används dämpare som effektkontroller. Till skillnad från potentiometrar gör de detta med mindre energiförlust. Här är det lättare att säkerställa en jämn reglering, eftersom vågimpedansen inte spelar någon roll - det är dämpningen som räknas. I TV-kabelnät eliminerar dämpare överbelastning av TV-ingångarna och gör det möjligt att bibehålla överföringskvaliteten oberoende av mottagningsförhållandena.
Eftersom dämpare inte är den mest komplexa anordningen har de den bredaste tillämpningen i radiofrekventa kretsar och kan lösa olika problem. Vid mikrovågsfrekvenser och optiska frekvenser byggs dessa enheter annorlunda och är komplexa industriella sammansättningar.
Relaterade artiklar:
