Dämpfungsglieder

Dämpfungsglied (March 2019).

Anonim

Dämpfungsglieder

Kapitel 1 - Verstärker und aktive Geräte


Dämpfungsglieder sind passive Geräte. Es ist bequem, sie zusammen mit Dezibel zu diskutieren. Dämpfungsglieder schwächen oder dämpfen die Hochpegelausgabe eines Signalgenerators, um beispielsweise ein Signal mit niedrigerem Pegel für etwas wie den Antenneneingang eines empfindlichen Funkempfängers bereitzustellen. (Abbildung unten) Der Abschwächer könnte in den Signalgenerator eingebaut sein oder ein eigenständiges Gerät sein. Es könnte eine feste oder einstellbare Menge an Dämpfung bereitstellen. Ein Abschwächungsabschnitt kann auch eine Isolierung zwischen einer Quelle und einer störenden Belastung bereitstellen.

Der konstante Impedanzdämpfer ist auf die Quellenimpedanz Z I und die Lastimpedanz Z 0 abgestimmt. Bei Hochfrequenzgeräten beträgt Z 50 Ω.

Im Fall eines eigenständigen Dämpfungsglieds muss es zwischen der Signalquelle und der Last in Reihe geschaltet werden, indem der Signalpfad aufgebrochen wird, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Außerdem muss es sowohl der Quellenimpedanz Z I als auch der Lastimpedanz Z O entsprechen, während ein spezifizierter Betrag der Dämpfung bereitgestellt wird. In diesem Abschnitt wird nur der spezielle und häufigste Fall betrachtet, in dem die Quellen- und Lastimpedanzen gleich sind. In diesem Abschnitt nicht berücksichtigt, können ungleiche Quellen- und Lastimpedanzen durch einen Abschwächerabschnitt abgeglichen werden. Die Formulierung ist jedoch komplexer.

T-Abschnitt und Π Abschnitt Dämpfungsglieder sind häufige Formen.

Gemeinsame Konfigurationen sind die T- und Π- Netzwerke, die in Abbildung oben gezeigt sind. Mehrere Dämpfungsgliederabschnitte können kaskadiert werden, wenn noch schwächere Signale benötigt werden, wie in Fig. Unten gezeigt.

Spannungsverhältnisse, wie sie beim Entwurf von Dämpfungsgliedern verwendet werden, werden oft in Dezibel ausgedrückt. Das Spannungsverhältnis (K unten) muss aus der Dämpfung in Dezibel abgeleitet werden. Leistungsverhältnisse, ausgedrückt als Dezibel, sind additiv. Zum Beispiel liefert ein 10 dB Dämpfungsglied, gefolgt von einem 6 dB Dämpfungsglied insgesamt 16 dB Dämpfung.

 10 dB + 6 dB = 16 dB 

Wechselnde Schallpegel sind in etwa proportional zum Logarithmus des Leistungsverhältnisses (P I / P O ) wahrnehmbar.

 Schallpegel = log 10 (P I / P O ) 

Eine Änderung des Schallpegels um 1 dB ist für einen Zuhörer kaum wahrnehmbar, während 2 dB leicht wahrnehmbar sind. Eine Dämpfung von 3 dB entspricht der Schneidleistung in der Mitte, während eine Verstärkung von 3 dB einer Verdopplung der Leistung entspricht. Eine Verstärkung von -3 dB ist die gleiche wie eine Dämpfung von +3 dB, was der Hälfte des ursprünglichen Leistungspegels entspricht.

Die Leistungsänderung in Dezibel in Bezug auf das Leistungsverhältnis ist:

 dB = 10 log 10 (P I / P O ) 

Unter der Annahme, dass die Last R I bei P I die gleiche ist wie der Lastwiderstand R 0 bei P 0 (R I = R 0 ), können die Dezibel aus dem Spannungsverhältnis (V I / V 0 ) oder Stromverhältnis (I I / I O ):

 P O = V O I O = V O 2 / R = I O 2 RP I = V I I I = V I 2 / R = I I 2 R dB = 10 log 10 (P I / P O ) = 10 log 10 (V I 2 / V O 2 ) = 20 log 10 (V I / V 0 ) dB = 10 log 10 (P I / P O ) = 10 log 10 (I I 2 / I O 2 ) = 20 log 10 (I I / Ich O ) 

Die zwei am häufigsten verwendeten Formen der Dezibelgleichung sind:

 dB = 10 log 10 (P I / P O ) oder dB = 20 log 10 (V I / V O ) 

Wir werden die letztere Form verwenden, da wir das Spannungsverhältnis benötigen. Wiederum ist die Spannungsverhältnisform der Gleichung nur anwendbar, wenn die zwei entsprechenden Widerstände gleich sind. Das heißt, der Source- und der Lastwiderstand müssen gleich sein.

Beispiel: Die Spannung eines Dämpfers beträgt 10 Watt, die Leistung beträgt 1 Watt. Finde die Dämpfung in dB.

 dB = 10 log 10 (P I / P O ) = 10 log 10 (10/1) = 10 log 10 (10) = 10 (1) = 10 dB 

Beispiel: Bestimmen Sie das Spannungsdämpfungsverhältnis (K = (V I / V O )) für ein 10 dB-Dämpfungsglied.

 dB = 10 = 20 log 10 (V I / V O ) 10/20 = log 10 (V I / V O ) 10 10/20 = 10 log 10 (V I / V O ) 3, 16 = (V I / V O ) = A P (Verhältnis) 

Beispiel: Die Leistung eines Dämpfungsglieds beträgt 100 Milliwatt, die Leistung beträgt 1 Milliwatt. Finde die Dämpfung in dB.

 dB = 10 log 10 (P I / P O ) = 10 log 10 (100/1) = 10 log 10 (100) = 10 (2) = 20 dB 

Beispiel: Bestimmen Sie das Spannungsdämpfungsverhältnis (K = (V I / V O )) für ein 20-dB-Dämpfungsglied.

 dB = 20 = 20 log 10 (VI / VO ) 10 20/20 = 10 log 10 (VI / VO ) 10 = (VI / VO ) = K 

Die T- und Π-Dämpfungsglieder müssen mit einer Z- Quelle und Z- Lastimpedanz verbunden sein. Die Z - (Pfeile), die vom Abschwächer in der Abbildung unten zeigen, zeigen dies an. Die Z - (Pfeile), die auf das Dämpfungsglied zeigen, zeigen an, dass die Impedanz, die in das Dämpfungsglied mit einer Last Z am gegenüberliegenden Ende gesehen wird, für unseren Fall Z, Z = 50 Ω ist. Diese Impedanz ist eine Konstante (50 Ω) in Bezug auf die Dämpfung. Die Impedanz ändert sich nicht, wenn die Dämpfung geändert wird.

Die Tabelle in Fig. Unten listet die Widerstandswerte für die T- und die & Dgr; -Dämpfungsglieder auf, um eine 50 Ω-Quelle / Last anzupassen, wie es bei Funkfrequenzarbeit üblich ist.

Telefon-Utility und andere Audioarbeiten erfordern oft eine Anpassung an 600 Ω. Multiplizieren Sie alle R- Werte mit dem Verhältnis (600/50), um die 600-Ω-Übereinstimmung zu korrigieren. Die Multiplikation mit 75/50 würde die Tabellenwerte so umwandeln, dass sie einer Quelle und einer Last von 75 Ω entsprechen.

Formeln für T-Stück-Dämpfungswiderstände, gegeben durch K, das Spannungsdämpfungsverhältnis und Z I = Z O = 50 Ω.

Die Größe der Dämpfung wird üblicherweise in dB (Dezibel) angegeben. Wir benötigen jedoch das Spannungs- (oder Strom) -Verhältnis K, um die Widerstandswerte aus den Gleichungen zu finden. Siehe den Ausdruck dB / 20 in der Potenz von 10, um das Spannungsverhältnis K von dB oben zu berechnen.

Die Konfigurationen T (und unter Π ) werden am häufigsten verwendet, da sie eine bidirektionale Anpassung ermöglichen. Das heißt, der Abschwächer-Eingang und -Ausgang kann Ende für Ende ausgetauscht werden und immer noch die Quellen- und Lastimpedanzen anpassen, während die gleiche Abschwächung bereitgestellt wird.

Wenn wir die Quelle trennen und rechts auf V I schauen, müssen wir eine serielle Parallelkombination von R 1, R 2, R 1 und Z sehen, die wie ein Ersatzwiderstand von Z IN aussieht, genauso wie die Source / Lastimpedanz Z: (Eine Last von Z ist mit dem Ausgang verbunden.)

 Z IN = R 1 + (R 2 || (R 1 + Z)) 

Ersetzen Sie zum Beispiel die 10-dB-Werte aus der 50-Ω-Abschwächertabelle für R 1 und R 2, wie in der Abbildung unten gezeigt.

 Z IN = 25, 97 + (35, 14 || (25, 97 + 50)) Z IN = 25, 97 + (35, 14 || 75, 97) ZIN = 25, 97 + 24, 03 = 50 

Dies zeigt uns, dass wir sehen, dass 50 Ω mit einer Last von 50 Ω direkt in den Beispieldämpfer (FigureBelow) schauen.

Das Ersetzen des Quellengenerators, das Trennen der Last Z bei VO und der Blick nach links, sollte uns die gleiche Gleichung wie oben für die Impedanz bei VO aufgrund der Symmetrie geben. Außerdem müssen die drei Widerstände Werte sein, die die erforderliche Dämpfung von Eingang zu Ausgang liefern. Dies wird durch die obigen Gleichungen für R 1 und R 2 erreicht, wie sie unten für den T- Attenuator angewendet werden.

10-dB-T-Stück-Dämpfungsglied zum Einfügen zwischen einer 50-Ω-Quelle und Last.

Die Tabelle in Abbildung unten listet Widerstandswerte für den Π Abschwächer auf, der eine 50 Ω Quelle / Last bei einigen gemeinsamen Dämpfungspegeln abgleicht. Die Widerstände, die anderen Dämpfungspegeln entsprechen, können aus den Gleichungen berechnet werden.

Formeln für section-Schnitt Dämpfungswiderstände, gegeben K, das Spannungsdämpfungsverhältnis und Z I = Z O = 50 Ω.

Das obige gilt für den unten angegebenen π-Abschwächer.

Welche Widerstandswerte wären für die beiden Dämpfungsglieder für 10 dB Dämpfung erforderlich, die einer 50-Ω-Quelle und Last "03381.png" entsprechen

10 dB Π -Abschwächungs-Beispiel zur Anpassung einer 50 Ω Quelle und Last.

Die 10 dB entsprechen einem Spannungsdämpfungsverhältnis von K = 3, 16 in der vorletzten Zeile der obigen Tabelle. Übertragen Sie die Widerstandswerte in dieser Zeile zu den Widerständen im Schaltplan in Abbildung oben.

Die Tabelle in Abbildung unten listet die Widerstandswerte für die L Dämpfungsglieder auf, um eine 50 Ω Quelle / Last zu erreichen. Die Tabelle in Abbildung unten listet Widerstandswerte für eine alternative Form auf. Beachten Sie, dass die Widerstandswerte nicht gleich sind.

L-Schnitt-Dämpfungstabelle für 50 Ω Quellen- und Lastimpedanz.

Das oben Gesagte gilt für das untere L- Dämpfungsglied.

Alternate form L-Abschnitt Dämpfungstabelle für 50 Ω Quelle und Lastimpedanz.

Die Tabelle in Abbildung unten listet die Widerstandswerte für die überbrückten T- Dämpfungsglieder auf, um eine 50-Ω-Quelle und -Last zu erreichen. Der überbrückte T-Abschwächer wird nicht oft verwendet. Warum nicht "03384.png">

Formeln und Abkürzungstabelle für den überbrückten T-Dämpfungsabschnitt, Z = 50 Ω.

Dämpfungsabschnitte können kaskadiert werden wie in Fig. Unten für mehr Dämpfung, als von einem einzelnen Abschnitt verfügbar sein kann. Zum Beispiel können zwei 10-dB-Dämpfungsglieder kaskadiert werden, um eine Dämpfung von 20 dB bereitzustellen, wobei die dB-Werte additiv sind. Das Spannungsdämpfungsverhältnis K oder V I / V 0 für eine 10 dB-Dämpfungsstufe beträgt 3, 16. Das Spannungsdämpfungsverhältnis für die zwei kaskadierten Abschnitte ist das Produkt der zwei K s oder 3, 16 × 3, 16 = 10 für die zwei kaskadierten Abschnitte.

Kaskadierte Dämpfungsglieder: dB Dämpfung ist additiv.

Die variable Dämpfung kann in diskreten Schritten durch einen geschalteten Abschwächer bereitgestellt werden. Das Beispiel FigureBelow, das in der 0 dB-Position gezeigt ist, kann 0 bis 7 dB Dämpfung durch additives Schalten von keinem, einem oder mehreren Abschnitten erreichen.

Switched Attenuator: Dämpfung ist in diskreten Schritten variabel.

Der typische Multi-Abschwächer hat mehr Abschnitte als die obige Abbildung zeigt. Durch die Hinzufügung eines Abschnitts mit 3 oder 8 dB kann das Gerät bis zu 10 dB und darüber hinaus abdecken. Niedrigere Signalpegel werden durch Hinzufügen von 10-dB- und 20-dB-Abschnitten oder einem binären Mehrfach-16-dB-Abschnitt erreicht.

Für Funkfrequenz (RF) -Arbeit (<1000 MHz) müssen die einzelnen Abschnitte in abgeschirmten Abteilen montiert werden, um eine kapazitive Kopplung zu verhindern, wenn niedrigere Signalpegel bei den höchsten Frequenzen erreicht werden sollen. Die einzelnen Abschnitte der geschalteten Dämpfungsglieder im vorherigen Abschnitt sind in geschirmten Abschnitten montiert. Es können zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um den Frequenzbereich auf über 1000 MHz zu erweitern. Dies beinhaltet die Konstruktion aus speziell geformten bleifreien Widerstandselementen.

Koaxialer T-Abschwächer für Radiofrequenzarbeit.

Ein koaxiales T-Abschnitt-Dämpfungsglied, das aus Widerstandsstäben und einer Widerstandsscheibe besteht, ist in der obigen Abbildung gezeigt. Diese Konstruktion ist für einige Gigahertz verwendbar. Die koaxiale Π-Version hätte eine Widerstandsstange zwischen zwei Widerstandsscheiben in der Koaxialleitung wie in der Abbildung unten.

Koaxial Π-Abschwächer für Radiofrequenzarbeit.

Nicht gezeigte HF-Verbinder sind an den Enden der obigen T- und Π-Abschwächer angebracht. Die Anschlüsse ermöglichen das Kaskadieren einzelner Dämpfungsglieder zusätzlich zum Verbinden zwischen einer Quelle und einer Last. Zum Beispiel kann ein 10-dB-Dämpfungsglied zwischen einer störenden Signalquelle und einem teuren Spektrumanalysatoreingang angeordnet sein. Obwohl wir die Dämpfung möglicherweise nicht benötigen, ist das teure Testgerät durch Dämpfung von Überspannungen vor der Quelle geschützt.

Zusammenfassung: Dämpfungsglieder

  • Ein Abschwächer reduziert ein Eingangssignal auf ein niedrigeres Niveau.
  • Die Höhe der Dämpfung wird in Dezibel (dB) angegeben. Dezibel-Werte sind additiv für kaskadierte Dämpfungsglieder.
  • dB vom Leistungsverhältnis: dB = 10 log 10 (P I / P O )
  • dB vom Spannungsverhältnis: dB = 20 log 10 (V I / V O )
  • T- und Π- Abschwächer sind die gebräuchlichsten Schaltungskonfigurationen.