Projektuojant elektronines grandines, dažniausiai reikia sustiprinti signalus, padidinant jų amplitudę arba galią. Tačiau pasitaiko atvejų, kai reikia sumažinti signalo lygį. Ši užduotis nėra tokia lengva, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio.
Turinys
Kas yra slopintuvas ir kaip jis veikia
Ateniuatorius - tai prietaisas, naudojamas įėjimo signalo amplitudei ar galiai sąmoningai ir paprastai sumažinti, nekeičiant jo formos.
Radijo dažnių taikymuose naudojamų slopintuvų veikimo principas yra toks. Įtampos daliklis rezistoriuose arba kondensatoriuose. Įėjimo signalas paskirstomas tarp rezistorių proporcingai jų varžoms. Paprasčiausias sprendimas - dviejų rezistorių daliklis. Toks slopintuvas vadinamas L formos slopintuvu (užsienio techninėje literatūroje - L formos). Įėjimas ir išėjimas gali būti bet kurioje šio asimetrinio įtaiso pusėje. L tipo atenuatoriui būdingas mažas įėjimo ir išėjimo suderinamumo nuostolis.
Ateniuatorių tipai
Praktikoje L tipo slopintuvas naudojamas rečiau, daugiausia įėjimo ir išėjimo varžoms suderinti. Signalų normalizuotam slopinimui daug plačiau naudojami P tipo (užsienio literatūroje Pi nuo lotyniškos raidės π) ir T tipo įtaisai. Šis principas leidžia sukurti prietaisus su ta pačia įėjimo ir išėjimo varža (tačiau prireikus galima naudoti skirtingas).
Iliustracijoje pavaizduoti asimetriniai įrenginiai. Šaltinis ir apkrova prie jų turi būti prijungti nesubalansuotomis linijomis - koaksialiniais kabeliais ir pan. iš abiejų pusių.
Simetriškoms linijoms (vytos poros ir pan.) naudojamos simetriškos grandinės - jos kartais vadinamos H ir O tipo atenuatoriais, nors tai yra tik ankstesnių įrenginių variantai.
Pridėjus vieną (du) rezistorius, T (H) tipo slopintuvas tampa tiltelio tipo slopintuvu.
Pramonėje atenuatoriai yra gaminami kaip sukomplektuoti prietaisai su jungtimis prijungimui, tačiau jie taip pat gali būti gaminami spausdintinėje plokštėje kaip bendrosios grandinės dalis. Varžiniai ir talpiniai slopintuvai turi didelį privalumą - juose nėra netiesinių elementų, todėl signalas nėra iškraipomas ir spektre neatsiranda naujų harmonikų, o esamos išnyksta.
Be varžinių slopintuvų, yra ir kitų tipų slopintuvų. Pramonėje dažniausiai naudojami:
- Ribojantys ir poliarizuojantys atenuatoriai, pagrįsti bangolaidžių struktūrinėmis savybėmis;
- Absorbuojantys slopintuvai - signalas slopinamas dėl to, kad specialiai parinktos medžiagos sugeria energiją;
- optiniai slopintuvai;
Tokio tipo prietaisai naudojami mikrobangų technologijose ir šviesos dažnių diapazone. Žemuose ir radijo dažniuose naudojami slopintuvai, kurių pagrindą sudaro rezistoriai ir kondensatoriai.
Pagrindinės savybės
Slopinimo koeficientas yra pagrindinis parametras, lemiantis slopintuvų savybes. Šis rodiklis matuojamas decibelais. Norėdami suprasti, kiek kartų sumažėja signalo amplitudė perėjus per slopinimo grandinę, turite konvertuoti koeficientą iš decibelų į kartus. Įrenginio, kuris sumažina signalo amplitudę N decibelų, išėjimas bus M kartų mažesnis:
M=10(N/20) (kai galia M=10(N/10)) .
Atvirkštinis perskaičiavimas:
N=20⋅log10(M) (kai galia N=10⋅log10(M)).
Taigi, jei slopintuvo Kosl = 3 dB (visada neigiamas koeficientas, nes vertė visada mažėja), išėjimo signalo amplitudė bus 0,708 pradinės vertės. Jei išėjimo amplitudė yra pusė pradinės amplitudės, tuomet Kosl yra maždaug -6 dB.
Apskaičiuoti formules mintyse yra gana sudėtinga, todėl geriau naudotis internetinėmis skaičiuoklėmis, kurių internete yra daugybė.
Reguliuojamiems įtaisams (pakopiniams arba tolygiems) nurodomos nustatymo ribos.
Kitas svarbus parametras yra įėjimo ir išėjimo varža (ji gali būti vienoda). Su šia varža susijusi tokia charakteristika kaip stovinčiųjų bangų santykis (angl. Standing Wave Ratio, SWR), kuris dažnai nurodomas ant komercinių gaminių. Grynai aktyviajai apkrovai šis dydis apskaičiuojamas pagal formulę:
- VSW=ρ/R, jei ρ>R, kur R yra apkrovos varža, o ρ - linijos varža.
- VSW= R/ρ, jei ρ
VSW visada yra didesnis arba lygus 1. Jei R=ρ, visa galia perduodama apkrovai. Kuo labiau šios vertės skiriasi, tuo didesni nuostoliai. Pavyzdžiui, esant VSW=1,2, 99 % galios pasiekia apkrovą, o esant VSW=3 - 75 %. Jei prie 50 omų kabelio prijungsite 75 omų atenuatorių (arba atvirkščiai), VSW = 1,5, o nuostoliai bus 4 %.
Paminėtinos ir kitos svarbios funkcijos:
- darbinio dažnio diapazonas;
- didžiausia galia.
Taip pat svarbus ir tikslumas, nes jis reiškia leistiną slopinimo nuokrypį nuo nominaliosios vertės. Pramoninių slopintuvų charakteristikos yra atspausdintos ant korpuso.
Kai kuriais atvejais svarbi prietaiso galia. Energija, kuri nepasiekia vartotojo, išsisklaido slopintuvo elementuose, todėl labai svarbu neperkrauti.
Yra formulių, pagal kurias galima apskaičiuoti pagrindines įvairių konstrukcijų varžinių slopintuvų charakteristikas, tačiau jos yra sudėtingos ir jose naudojami logaritmai. Todėl norint jais naudotis, reikia bent jau skaičiuotuvo. Todėl patogiau naudotis specialiomis programomis (įskaitant internetines) savarankiškam skaičiavimui.
Reguliuojami slopintuvai
Slopinimo koeficientas ir VSW priklauso nuo visų slopintuvą sudarančių elementų vardinių parametrų, todėl gaminkite prietaisus su rezistoriai su nuolat reguliuojamais parametrais yra sudėtinga sukurti. Keičiant slopinimą, reikia reguliuoti VSWR ir atvirkščiai. Tokias problemas galima išspręsti naudojant stiprintuvus, kurių stiprinimas mažesnis nei 1.
Šiuose prietaisuose naudojami tranzistoriai arba OP-AMPStačiau linijiškumas yra problema. Nėra lengva sukurti stiprintuvą, kuris neiškraipytų bangos formos plačiame dažnių diapazone. Daug dažniau naudojamas pakopinis valdymas - silpnintuvai sujungiami nuosekliai ir silpninimas sudedamas. Grandinės, kurias reikia susilpninti, yra apeinamos (relės kontaktai ir t. t.). Taigi reikiamas slopinimo koeficientas gaunamas nekeičiant bangų varžos.
Yra atenuatorių su bepakopiu valdymu konstrukcijų, pagrįstų plačiajuosčiais transformatoriais (BFT). Jie naudojami mėgėjiško ryšio programose, kai įėjimo ir išėjimo suderinamumo reikalavimai yra nedideli.
Sklandus bangolaidinių atenuatorių derinimas pasiekiamas keičiant geometrinius matmenis. Taip pat galima įsigyti optinių slopintuvų su sklandžiu slopinimo reguliavimu, tačiau tokie prietaisai yra gana sudėtingos konstrukcijos, nes juos sudaro lęšių, optinių filtrų ir kt. sistema.
Paraiškos
Jei slopintuvo įėjimo ir išėjimo varža skiriasi, jis gali atlikti ne tik slopinimo, bet ir derinimo įtaiso funkciją. Pavyzdžiui, jei reikia sujungti 75 omų ir 50 omų kabelius, tarp jų galima įstatyti tinkamai įvertintą kabelį ir kartu su normalizuotu slopinimu pataisyti suderinamumo laipsnį.
Priėmimo įrenginiuose slopintuvai naudojami siekiant išvengti įėjimo grandinių perkrovos galingais pašaliniais spinduliais. Kai kuriais atvejais, slopinant trukdantį signalą net ir tuo pačiu metu, kai yra silpnas naudingas signalas, galima pagerinti priėmimo kokybę, nes sumažėja intermoduliacinis triukšmas.
Matavimų programose atenuatoriai gali būti naudojami kaip atskyrimo įtaisai - jie sumažina apkrovos įtaką etaloninio signalo šaltiniui. Optiniai silpnintuvai plačiai naudojami bandant perduodamąją/priimamąją šviesolaidinio ryšio įrangą. Jie naudojami realios linijos slopinimui imituoti ir stabilios linijos sąlygoms bei riboms nustatyti.
Garso technikoje silpnintuvai naudojami kaip galios reguliavimo įtaisai. Skirtingai nei potenciometrai, jie tai daro su mažesniais energijos nuostoliais. Šiuo atveju lengviau užtikrinti sklandų reguliavimą, nes bangos varža nesvarbi - svarbiausia yra slopinimas. Televizijos kabeliniuose tinkluose slopintuvai pašalina televizijos įėjimų perkrovą ir leidžia išlaikyti perdavimo kokybę nepriklausomai nuo priėmimo sąlygų.
Kadangi atenuatoriai nėra sudėtingiausias prietaisas, jie plačiausiai taikomi radijo dažnių grandinėse ir gali būti pritaikomi įvairiose srityse. Mikrobangų ir optiniuose dažniuose šie prietaisai gaminami kitaip ir yra sudėtingi pramoniniai mazgai.
Susiję straipsniai:
