Při vývoji elektronických obvodů je většinou nutné řešit problém zesilování signálů – zvyšování jejich amplitudy nebo výkonu. Jsou ale situace, kdy je potřeba úroveň signálu naopak zeslabit. A tento úkol není tak jednoduchý, jak se na první pohled zdá.
Obsah
Co je atenuátor a jak funguje
Atenuátor je zařízení pro záměrné a běžné snižování amplitudy nebo výkonu vstupního signálu bez zkreslení jeho tvaru.
Princip činnosti atenuátorů používaných v radiofrekvenčním rozsahu - dělič napětí s odpory nebo kondenzátory. Vstupní signál je distribuován mezi rezistory v poměru k odporům. Nejjednodušším řešením je dělič dvou rezistorů. Takový atenuátor se nazývá L-tvarovaný (v zahraniční technické literatuře - L-tvarovaný). Každá strana tohoto nesymetrického zařízení může sloužit jako vstup a výstup.Charakteristickým rysem G-atenuátoru je nízká úroveň ztrát při přizpůsobení vstupu a výstupu.
Typy atenuátorů
V praxi se G-atenuátor tak často nepoužívá - hlavně kvůli sladění vstupních a výstupních odporů. Zařízení typu P (v zahraniční literatuře Pi - z latinského písmene π) a zařízení typu T se mnohem více používají pro normalizovaný útlum signálů. Tento princip umožňuje vytvářet zařízení se stejnou vstupní a výstupní impedancí (ale v případě potřeby lze použít různé).
Obrázek ukazuje nevyvážená zařízení. Zdroj a zátěž k nim musí být připojeny nesymetrickým vedením - koaxiálními kabely atp. z jakéhokoli směru.
Pro symetrické vedení (kroucená dvoulinka atd.) se používají symetrické obvody - někdy se jim říká útlumové články typu H a O, i když se jedná pouze o variace předchozích zařízení.
Přidáním jednoho (dvou) rezistorů se atenuátor typu T- (H-) přemění na můstkové.
Tlumiče vyrábí průmysl ve formě kompletních zařízení s konektory pro připojení, ale lze je vyrobit i na desce plošných spojů jako součást obecného obvodu. Odporové a kapacitní atenuátory mají vážné plus - neobsahují nelineární prvky, které nezkreslují signál a nevedou ke vzniku nových harmonických ve spektru a vymizení stávajících.
Kromě odporových existují další typy tlumičů. Široce používané v průmyslové technologii:
- limitní a polarizační atenuátory - na základě konstrukčních vlastností vlnovodů;
- absorbující atenuátory - útlum signálu způsobuje absorpci výkonu speciálně vybranými materiály;
- optické tlumiče;
Tyto typy zařízení se používají v mikrovlnné technice a v oblasti světelných frekvencí. Při nízkých a rádiových frekvencích se používají atenuátory na bázi rezistorů a kondenzátorů.
Hlavní charakteristiky
Hlavním parametrem, který určuje vlastnosti atenuátorů, je koeficient útlumu. Měří se v decibelech. Abychom pochopili, kolikrát se amplituda signálu po průchodu útlumovým obvodem sníží, je nutné přepočítat koeficient z decibelů na časy. Na výstupu zařízení, které snižuje amplitudu signálu o N decibelů, bude napětí M krát menší:
M=10(N/20) (pro výkon — M=10(N/10)) .
Opačný výpočet:
N=20⋅log10(M) (pro výkon N=10⋅log10(M)).
Takže pro atenuátor s Kosl \u003d -3 dB (koeficient je vždy záporný, protože hodnota vždy klesá), bude mít výstupní signál amplitudu 0,708 od originálu. A pokud je výstupní amplituda dvakrát menší než původní, pak se Kosl rovná přibližně -6 dB.
Vzorce jsou pro mentální výpočty poměrně složité, proto je lepší používat online kalkulačky, kterých je na internetu velké množství.
U nastavitelných zařízení (stupňových nebo hladkých) jsou uvedeny meze nastavení.
Dalším důležitým parametrem je vlnová impedance (impedance) na vstupu a výstupu (mohou být stejné). Tento odpor je spojen s takovou charakteristikou, jako je poměr stojatých vln (SWR) - často se uvádí na průmyslových výrobcích. Pro čistě odporovou zátěž se tento koeficient vypočítá podle vzorce:
- SWR=ρ/R pokud ρ>R, kde R je zatěžovací odpor a ρ je vlnová impedance vedení.
- SWR= R/ρ, pokud ρ<R.
SWR je vždy větší nebo roven 1. Pokud R=ρ, veškerý výkon se přenese na zátěž. Čím více se tyto hodnoty liší, tím větší je ztráta.Při SWR = 1,2 tedy 99 % výkonu dosáhne zátěže a při SWR = 3 - již 75 %. Při připojení 75 ohmového atenuátoru na 50 ohmový kabel (nebo naopak) bude SWR = 1,5 a ztráta bude 4 %.
Další důležité funkce, které je třeba zmínit:
- pracovní frekvenční rozsah;
- maximální výkon.
Důležitý je také takový parametr, jako je přesnost - to znamená povolenou odchylku útlumu od jmenovitého. U průmyslových atenuátorů jsou charakteristiky aplikovány na pouzdro.
V některých případech je důležitý výkon zařízení. Energie, která se nedostala ke spotřebiči, je rozptýlena útlumovými prvky, takže je důležité zabránit přetížení.
Existují vzorce pro výpočet hlavních charakteristik odporových atenuátorů různých konstrukcí, ale jsou těžkopádné a obsahují logaritmy. Proto k jejich použití potřebujete alespoň kalkulačku. Proto je pro vlastní výpočet vhodnější použít speciální programy (včetně online).
Nastavitelné tlumiče
Koeficient útlumu a SWR jsou ovlivněny hodnotou všech prvků, které tvoří atenuátor, proto vytvářejte zařízení založená na rezistory s plynulou regulací parametrů je obtížné. Změnou útlumu je nutné upravit SWR a naopak. Takové problémy lze vyřešit použitím zesilovačů se ziskem menším než 1.
Taková zařízení jsou postavena na tranzistorech resp OU, ale je tu problém linearity. Není snadné vytvořit zesilovač, který nezkresluje průběh v širokém frekvenčním rozsahu. Mnohem více se využívá stupňovitá regulace - útlumové články jsou zapojeny do série, jejich zeslabení se sčítá. Ty obvody, které jsou potřeba, jsou bočníky (kontakty relé atd).Požadovaný koeficient útlumu se tedy získá bez změny odporu vlny.
Existují návrhy zařízení pro útlum signálu s plynulým nastavením, postavené na širokopásmových transformátorech (SHPT). Používají se v amatérské komunikační technice v případech, kdy jsou požadavky na přizpůsobení vstupu a výstupu nízké.
Plynulé ladění atenuátorů postavených na vlnovodech je dosaženo změnou geometrických rozměrů. Optické atenuátory se vyrábějí i s plynulou regulací útlumu, ale taková zařízení mají poměrně komplikovanou konstrukci, protože obsahují soustavu čoček, optických filtrů atd.
Oblast použití
Pokud má atenuátor různé vstupní a výstupní odpory, pak kromě funkce útlumu může fungovat jako přizpůsobovací zařízení. Pokud tedy potřebujete zapojit kabely 75 a 50 ohmů, můžete mezi ně dát patřičně vypočítaný a spolu s normalizovaným útlumem korigovat i míru přizpůsobení.
V přijímacích zařízeních se používají atenuátory, aby se zabránilo přetížení vstupních obvodů silným rušivým zářením. V některých případech může zeslabení rušivého signálu, dokonce současně se slabým požadovaným signálem, zlepšit kvalitu příjmu snížením úrovně intermodulačního rušení.
V měřicí technice lze použít atenuátory jako oddělovací - snižují vliv zátěže na zdroj referenčního signálu. Optické atenuátory jsou široce používány při testování zařízení transceiveru pro komunikační linky z optických vláken.S jejich pomocí se modeluje útlum v reálném vedení a určují se podmínky a hranice stabilní komunikace.
V audio technice se atenuátory používají jako zařízení pro řízení výkonu. Na rozdíl od potenciometrů to dělají s menší ztrátou výkonu. Zde je snazší zajistit plynulé nastavení, protože vlnový odpor není důležitý – důležitý je pouze útlum. V televizních kabelových sítích atenuátory eliminují přetěžování TV vstupů a umožňují zachovat kvalitu přenosu bez ohledu na podmínky příjmu.
Nejedná se o nejsložitější zařízení, atenuátor nachází nejširší uplatnění v radiofrekvenčních obvodech a umožňuje řešit různé problémy. Na mikrovlnných a optických frekvencích jsou tato zařízení postavena odlišně a jedná se o složité průmyslové jednotky.
Podobné články:
