Quando si sviluppano circuiti elettronici, di solito è necessario risolvere il problema dell'amplificazione dei segnali, aumentandone l'ampiezza o la potenza. Ma ci sono situazioni in cui il livello del segnale deve, al contrario, indebolirsi. E questo compito non è così semplice come sembra a prima vista.
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Cos'è un attenuatore e come funziona
Un attenuatore è un dispositivo per ridurre intenzionalmente e normalmente l'ampiezza o la potenza di un segnale in ingresso senza distorcerne la forma.
Il principio di funzionamento degli attenuatori utilizzati nella gamma di radiofrequenze - partitore di tensione con resistori o condensatori. Il segnale di ingresso è distribuito tra le resistenze in proporzione alle resistenze. La soluzione più semplice è un divisore di due resistori. Tale attenuatore è chiamato a forma di L (nella letteratura tecnica straniera - a forma di L). Entrambi i lati di questo dispositivo sbilanciato possono fungere da input e output.Una caratteristica dell'attenuatore G è un basso livello di perdite quando si abbina l'ingresso e l'uscita.
Tipi di attenuatori
In pratica, l'attenuatore G non viene utilizzato così spesso, principalmente per abbinare le resistenze di ingresso e di uscita. I dispositivi di tipo P (nella letteratura straniera Pi - dalla lettera latina π) e i dispositivi di tipo T sono usati molto più ampiamente per l'attenuazione normalizzata dei segnali. Questo principio consente di creare dispositivi con la stessa impedenza di ingresso e di uscita (ma, se necessario, è possibile utilizzarne di diversi).
La figura mostra i dispositivi sbilanciati. La sorgente e il carico devono essere collegati ad essi con linee sbilanciate - cavi coassiali, ecc. da qualsiasi direzione.
Per le linee bilanciate (doppino intrecciato, ecc.), vengono utilizzati circuiti bilanciati, a volte chiamati attenuatori di tipo H e O, sebbene si tratti solo di variazioni dei dispositivi precedenti.
Aggiungendo uno (due) resistori, i tipi di attenuatore T- (H-) vengono convertiti in quelli a ponte.
Gli attenuatori sono prodotti dall'industria sotto forma di dispositivi completi con connettori per il collegamento, ma possono anche essere realizzati su un circuito stampato come parte di un circuito generale. Gli attenuatori resistivi e capacitivi hanno un serio vantaggio: non contengono elementi non lineari, che non distorcono il segnale e non portano alla comparsa di nuove armoniche nello spettro e alla scomparsa di quelle esistenti.
Oltre al resistivo, esistono altri tipi di attenuatori. Ampiamente usato nella tecnologia industriale:
- attenuatori di limite e di polarizzazione - basati sulle proprietà di progetto delle guide d'onda;
- attenuatori assorbenti - l'attenuazione del segnale provoca l'assorbimento di potenza da parte di materiali appositamente selezionati;
- attenuatori ottici;
Questi tipi di dispositivi sono utilizzati nella tecnologia a microonde e nella gamma di frequenza della luce. Alle basse e alle radiofrequenze vengono utilizzati attenuatori basati su resistori e condensatori.
Caratteristiche principali
Il parametro principale che determina le proprietà degli attenuatori è il coefficiente di attenuazione. Si misura in decibel. Per capire quante volte l'ampiezza del segnale diminuisce dopo essere passato attraverso il circuito di attenuazione, è necessario ricalcolare il coefficiente da decibel a volte. All'uscita di un dispositivo che riduce l'ampiezza del segnale di N decibel, la tensione sarà M volte inferiore:
M=10(N/20) (per potenza — M=10(N/10)) .
Calcolo inverso:
N=20⋅log10(M) (per potenza N=10⋅log10(M)).
Quindi, per un attenuatore con Kosl \u003d -3 dB (il coefficiente è sempre negativo, poiché il valore diminuisce sempre), il segnale di uscita avrà un'ampiezza di 0,708 rispetto all'originale. E se l'ampiezza di uscita è due volte inferiore a quella originale, Kosl è approssimativamente uguale a -6 dB.
Le formule sono piuttosto complesse per i calcoli mentali, quindi è meglio usare i calcolatori online, di cui ce ne sono moltissimi su Internet.
Per i dispositivi regolabili (a gradini o lisci), sono indicati i limiti di regolazione.
Un altro parametro importante è l'impedenza d'onda (impedenza) in ingresso e in uscita (possono essere gli stessi). Questa resistenza è associata a una caratteristica come il rapporto dell'onda stazionaria (SWR) - è spesso indicata sui prodotti industriali. Per un carico puramente resistivo, questo coefficiente è calcolato dalla formula:
- SWR=ρ/R se ρ>R, dove R è la resistenza del carico e ρ è l'impedenza d'onda della linea.
- ROS= R/ρ se ρ<R.
SWR è sempre maggiore o uguale a 1. Se R=ρ, tutta la potenza viene trasferita al carico. Più questi valori differiscono, maggiore è la perdita.Quindi, con SWR = 1,2, il 99% della potenza raggiungerà il carico e con SWR = 3 - già il 75%. Quando si collega un attenuatore da 75 ohm a un cavo da 50 ohm (o viceversa), SWR = 1,5 e la perdita sarà del 4%.
Altre caratteristiche importanti da menzionare:
- gamma di frequenza operativa;
- massima potenza.
Altrettanto importante è un parametro come l'accuratezza: significa la deviazione consentita dell'attenuazione dal valore nominale. Per gli attenuatori industriali, le caratteristiche sono applicate alla cassa.
In alcuni casi, la potenza del dispositivo è importante. L'energia che non ha raggiunto il consumatore viene dissipata dagli elementi attenuatori, quindi è fondamentale prevenire il sovraccarico.
Esistono formule per calcolare le caratteristiche principali degli attenuatori resistivi di vari modelli, ma sono ingombranti e contengono logaritmi. Pertanto, per usarli, è necessaria almeno una calcolatrice. Pertanto, per l'autocalcolo è più conveniente utilizzare programmi speciali (anche online).
Attenuatori regolabili
Il coefficiente di attenuazione e SWR sono influenzati dal valore di tutti gli elementi che compongono l'attenuatore, quindi creare dispositivi basati su resistori con una regolazione regolare dei parametri è difficile. Modificando l'attenuazione è necessario regolare l'SWR e viceversa. Tali problemi possono essere risolti utilizzando amplificatori con un guadagno inferiore a 1.
Tali dispositivi sono costruiti su transistor o UO, ma c'è un problema di linearità. Non è facile creare un amplificatore che non distorca la forma d'onda su un'ampia gamma di frequenze. La regolazione graduale è molto più ampiamente utilizzata: gli attenuatori sono collegati in serie, il loro indebolimento viene sommato. I circuiti necessari vengono deviati (contatti a relè eccetera).Quindi si ottiene il coefficiente di attenuazione desiderato senza modificare la resistenza dell'onda.
Esistono progetti di dispositivi per l'attenuazione del segnale con regolazione regolare, costruiti su trasformatori a banda larga (SHPT). Sono utilizzati nella tecnologia di comunicazione amatoriale nei casi in cui i requisiti per far corrispondere l'input e l'output sono bassi.
La regolazione regolare degli attenuatori costruiti su guide d'onda si ottiene modificando le dimensioni geometriche. Gli attenuatori ottici sono anche prodotti con un controllo dell'attenuazione regolare, ma tali dispositivi hanno un design piuttosto complicato, poiché contengono un sistema di lenti, filtri ottici, ecc.
Area di applicazione
Se l'attenuatore ha diverse resistenze di ingresso e di uscita, oltre alla funzione di attenuazione, può fungere da dispositivo di adattamento. Quindi, se devi collegare cavi da 75 e 50 ohm, puoi metterne uno opportunamente calcolato, e insieme all'attenuazione normalizzata, puoi anche correggere il grado di adattamento.
Nelle apparecchiature riceventi, gli attenuatori vengono utilizzati per evitare di sovraccaricare i circuiti di ingresso con potenti radiazioni spurie. In alcuni casi, l'attenuazione del segnale interferente, anche contemporaneamente a un segnale debole desiderato, può migliorare la qualità della ricezione riducendo il livello di interferenza di intermodulazione.
Nella tecnologia di misurazione, gli attenuatori possono essere utilizzati come disaccoppiamento: riducono l'effetto del carico sulla sorgente del segnale di riferimento. Gli attenuatori ottici sono ampiamente utilizzati nei test di apparecchiature ricetrasmittenti per linee di comunicazione in fibra ottica.Con il loro aiuto, viene modellata l'attenuazione in una linea reale e vengono determinate le condizioni e i confini di una comunicazione stabile.
Nella tecnologia audio, gli attenuatori sono utilizzati come dispositivi di controllo della potenza. A differenza dei potenziometri, lo fanno con una minore perdita di potenza. Qui è più facile garantire una regolazione regolare, poiché la resistenza dell'onda non è importante: conta solo l'attenuazione. Nelle reti televisive via cavo, gli attenuatori eliminano il sovraccarico degli ingressi TV e consentono di mantenere la qualità della trasmissione indipendentemente dalle condizioni di ricezione.
Non essendo il dispositivo più complesso, l'attenuatore trova la più ampia applicazione nei circuiti a radiofrequenza e permette di risolvere vari problemi. Alle microonde e alle frequenze ottiche, questi dispositivi sono costruiti in modo diverso e sono unità industriali complesse.
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