Что такое аттенюатор в генераторе

Резистивные схемы аттенюаторов. Расчёт онлайн.

П-образные, Т-образные аттенюаторы для симметричных и несимметричных
линий. Регулируемые многоступенчатые аттенюаторы.

На сегодняшнем заседании нашей радиолюбительской ячейки мы обнародуем перечень мероприятий по конструированию и расчёту узла, предназначенного для банального ослабления амплитуды (мощности) сигнала без существенного искажения его формы — аттенюатора.
Аттенюаторы — это, в большинстве случаев, пассивные конструкции, сделанные из незатейливых резистивных или реактивных делителей напряжения.

Столь простые по замыслу устройства, тем не менее, находят многочисленные применения, как-то:
— Уменьшение уровня сигнала для предотвращения перегрузки и, соответственно, расширения динамического диапазона оборудования.
— Снижение амплитуды или мощности сигнала до нужного уровня с целью его корректного измерения, а также для защиты измерительного прибора от перегрузки или выгорания.
— Согласование импедансов источника и нагрузки для снижения коэффициента стоячей волны (КСВ).
— Увеличение изоляции (развязки) между источником и нагрузкой, вследствие уменьшения взаимодействия между ними.

С точки зрения логики работы, аттенюатор является полной противоположностью усилителя, хотя эти устройства и имеют абсолютно разные принципы работы.

Основные характеристики аттенюаторов:
— Ослабление мощности (или амплитуды), которое выражается в децибелах.
— Частотный диапазон, внутри которого задаётся точность ослабления аттенюатора.
— Собственно говоря, сама точность (погрешность) аттенюатора.
— Максимальная мощность, которая может быть переварена аттенюатором без вреда для здоровья.
— Входное и выходное сопротивления, определяющие КСВ (коэффициент стоячей волны) по входу и выходу.

Ну и хватит о грустном. Давайте рассмотрим основные схемы, используемые в аттенюаторах.

Рис.1

Рис.1 а) — схема несбалансированного Т-образного аттенюатора,
Рис.1 б) — схема сбалансированного Т-образного аттенюатора,
Рис.1 в) — схема несбалансированного П-образного аттенюатора,
Рис.1 г) — схема сбалансированного П-образного аттенюатора.

Данные аттенюаторы являются горизонтально симметричными — импеданс устройства на входе совпадает с импедансом устройства на выходе.
Несбалансированные аттенюаторы предназначены для работы с вертикально несимметричными линиями, такими как коаксиальные кабели, в то время как,
Сбалансированные аттенюаторы предназначены для симметричных линий, к примеру, для работы с витой парой.

Формулы для расчёта элементов Т-образного аттенюатора выглядят следующим образом:
,
где Z — импеданс аттенюатора, а V — отношение входной и выходной амплитуд.

Формулы для расчёта элементов П-образного аттенюатора:

Сдобрим пройденный материал калькулятором.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ П и Т-ОБРАЗНОГО АТТЕНЮАТОРА.

Если же в хозяйстве понадобился аттенюатор с несколькими значениями ступенчато — изменяемого ослабления сигнала, то сделать это можно путём последовательного соединения нескольких простейших ячеек, описанных и рассчитанных на калькуляторе выше.

Для иллюстрации приведу схему регулируемого аттенюатора от словенского специалиста Матиаса Видмара.

Рис.2

Устройство позволяет производить плавное ослабление сигналов (вернее ступенчатое с точностью до 1dB) вплоть до 131dB в частотном диапазоне — до 500MHz.
Ссылка на страницу автора — http://lea.hamradio.si/

А теперь предположим, что нам не хочется ставить кучу переключающих тумблеров, а так и подмывает довольствоваться одним переключателем на несколько положений, либо, вообще, обойтись без коммутирующих элементов, а поставить по разъёму на каждый уровень аттенюации.
Обратимся за помощью к схеме W. Sorokine, Radio-Consiwcteur et Depanneur, Paris, octobre 1968, p. 253.

Рис.3

В источнике приведены следующие формулы для расчёта номиналов элементов:

В каждой точке выхода такой модели аттенюатора внутреннее сопротивление равно сопротивлению нагрузки Rн. Величина аттенюации одинакова для всех ступеней и может быть выбрана любой величины.
Любой, да не очень!
Детальное рассмотрение схемы выявило корректную работу аттенюатора, только при значениях аттенюации, кратных 10. К тому же этот параметр рассчитывается при отсутствии нагрузки в режиме холостого хода, т.е. при её включении — добавляются дополнительные 6дБ ослабления сигнала.
А вот количество ступеней ослабления может быть выбрано любым.

Тем не менее, в связи с достаточно частой практикой применения данной схемы, приведу калькулятор и для неё.

Аттенюатор (измерительный)

Аттенюа́тор (от франц. attenuer смягчить, ослабить) — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного сигнала, но одновременно, его можно рассматривать и как измерительный преобразователь.

Содержание

Классификация и обозначения

Классификация

По набору воспроизводимых значений — фиксированные, ступенчатые (в т. ч. программируемые) и плавные (в т. ч. электрически управляемые)
По диапазону частот — радиоизмерительные и оптические
По способу подключения — коаксиальные, волноводные и волоконно-оптические
Радиоизмерительные делятся по принципу действия на резисторные, емкостные, поляризационные, предельные и поглощающие

Обозначения по ГОСТ 15094

Д1-хх — установки для поверки аттенюаторов и эталонные аттенюаторы радиодиапазона
Д2-хх — резисторные и емкостные аттенюаторы
Д3-хх — поляризационные аттенюаторы
Д4-хх — предельные аттенюаторы
Д5-хх — поглощающие аттенюаторы
Д6-хх — электрически управляемые аттенюаторы
ОД1- хх — оптические эталонные аттенюаторы

Аттенюаторы радиодиапазона

Резисторные и емкостные аттенюаторы

Сигнал в резисторных и емкостных аттенюаторах ослабляется с помощью соответственно резистивного или емкостного делителя.

НАЗНАЧЕНИЕ: аттенюаторы высокой точности, как правило, низкочастотные
ПРИМЕРЫ: Д1-13А, Д2-14

Поляризационные аттенюаторы

Поляризационный аттенюатор представляет собой отрезок волновода круглого сечения с помещенной внутри поглощающей пластиной, положение которой относительно направления поляризации сигнала можно менять.

НАЗНАЧЕНИЕ: точный аттенюатор в СВЧ цепях
ПРИМЕРЫ: Д3-27, Д3-33А

Предельные аттенюаторы

Принцип действия предельных аттенюаторов основан на затухании электромагнитных волн внутри волновода при длине волны больше критической.

НАЗНАЧЕНИЕ: относительно узкополосные аттенюаторы средней точности дециметрового диапазона.
ПРИМЕРЫ: Д4-3

Поглощающие аттенюаторы

Принцип действия поглощающего аттенюатора основан на затухании электромагнитных волн в поглощающих материалах.

НАЗНАЧЕНИЕ: развязывающие аттенюаторы в СВЧ измерениях
ПРИМЕРЫ: Д5-20, Д5-21

Основные нормируемые характеристики радиоизмерительных аттенюаторов

Диапазон рабочих частот
Номинальное значение ослабления или диапазон значений
Допустимые погрешности в диапазоне рабочих частот
Коэффициент стоячей волны по входу и выходу
Максимальная поглощаемая Мощность

Оптические аттенюаторы

Принцип действия оптических аттенюаторов

Работа оптического аттенюатора основана на изменении оптических потерь при введении между торцами световодов поглощающих фильтров. Для согласования излучающего и приемного торцов световодов применяются согласующие узлы, коллимирующие и фокусирующие излучение.

НАЗНАЧЕНИЕ: для внесения в световодные системы заданного и регулируемого затухания.
ПРИМЕРЫ: ОД1-20, АОИ-3, FOD-5419

Основные нормируемые характеристики оптических аттенюаторов

Диапазон регулировки ослабления
Диапазон длин волн
Погрешность установки коэффициента ослабления
Погрешность импеданса

Литература и документация

Литература

Справочник по элементам радиоэлектронных устройств: Под ред. В. Н. Дулина и др. — М.: Энергия, 1978
Шкурин Г. П., Справочник по электроизмерительным и радиоизмерительным приборам, 3 изд., М., 1960

Нормативно-техническая документация

IEC 60869-1(1994) Аттенюаторы волоконно-оптические. Часть 1: Общие технические условия
ОСТ5.8814-88 Аттенюаторы и фазовращатели коаксиальные, механически перестраиваемые. Основные параметры, конструкция и размеры, методы контроля
ГОСТ 8.249-77 ГСИ. Аттенюаторы коаксиальные и волноводные измерительные. Методы и средства поверки в диапазоне частот от 100 кГц до 17,44 ГГц

Ссылки

Параметры оптических делителей / обзорная статья
Аттенюаторы СВЧ-сигналов
Аттенюатор программируемый АП01

См. также

Ослабление (электромагнитного сигнала)
Радиоизмерительные приборы
Мера физической величины
Аттенюатор
Делитель напряжения

Wikimedia Foundation . 2010 .

Эндлихер, Стефан Ладислаус
Нежный возраст

Полезное

Смотреть что такое «Аттенюатор (измерительный)» в других словарях:

аттенюатор измерительный — Узел ультразвукового дефектоскопа, служащий для измерения отношения амплитуд сигналов, выражаемого обычно в децибелах. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное… … Справочник технического переводчика

Аттенюатор — (фр. attenuer смягчить, ослабить) устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного… … Википедия

Измерительный генератор — (генератор сигналов, от лат. generator производитель) мера для воспроизведения электромагнитного сигнала (синусоидального, импульсного, шумового или специальной формы). Генераторы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных… … Википедия

Ослабление (электромагнитного сигнала) — Ослабление величина, выражающая в логарифмическом виде понижение мощности сигнала (радио или оптического). Ослабление равно логарифму отношений исходной мощности к уменьшенной, основание логарифма зависит от выбранной единицы. Ослабление является … Википедия

Мера физической величины — (мера величины, мера) средство измерений в виде какого либо тела, вещества или устройства, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных … Википедия

измерения — 3.8.37 измерения : Нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технических средств, имеющих нормированные метрологические свойства. Источник: СТО Газпром 2 2.3 141 2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Измерения в мно гомодовом режиме радиоколебаний радиопередатчика, согласованного с нагрузкой во всем диапазоне частот — 7.5 Измерения в мно гомодовом режиме радиоколебаний радиопередатчика, согласованного с нагрузкой во всем диапазоне частот 7.5.1 Структурная схема измерений приведена на рисунке 4. 7.5.2 Проводят калибровку по 7.2 и проверку достаточности… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Требования — 5.2 Требования к вертикальной разметке 5.2.1 На поверхность столбиков, обращенную в сторону приближающихся транспортных средств, наносят вертикальную разметку по ГОСТ Р 51256 в виде полосы черного цвета (рисунки 9 и 10) и крепят световозвращатели … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Требования к средствам измерения и контроля — 4.1. Требования к средствам измерения и контроля 4.1.1. Общие требования 4.1.1.1. Используемая измерительная аппаратура должна перекрывать весь диапазон частот, используемый в морской подвижной службе и подвергаемый контролю. Допускается… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 50842-95: Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Устройства радиопередающие народнохозяйственного применения. Требования к побочным радиоизлучениям. Методы измерения и контроля — Терминология ГОСТ Р 50842 95: Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Устройства радиопередающие народнохозяйственного применения. Требования к побочным радиоизлучениям. Методы измерения и контроля оригинал документа: 7.5… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Самодельные аттенюаторы

Аттенюа́тор — это устройство, предназначенное для ослабления электрических или электромагнитных колебаний.

Его можно использовать как средство измерения для плавного, ступенчатого или фиксированного ослабления сигнала.

Разнообразие аттенюаторов

АТТЕНЮАТОР С КОММУТАЦИЕЙ

В любой точке выхода такой модели аттенюатора внутреннее сопротивление равно сопротивлению нагрузки RL. Номиналы элементов, указанные на схеме, соответствуют аттенюации в соотношении А = 10 и RL = 50 Ом.

W. Sorokine, Radio-Consiwcteur et Depanneur, Paris, octobre 1968, p. 253

ЛЕСТНИЧНЫЙ АТТЕНЮАТОР

Восемь двойных переключателей этого устройства позволяют осуществлять комбинации ослабления до 81 дБ. Входные импедансы входа и выхода остаются постоянными, равными 50 Ом.

H.-P. Rust, Funkamateur, Berlin, No. 7/97, p. 802

КОМПЕНСИРОВАННЫЙ АТТЕНЮАТОР

Отношение аттенюации, возможное при использовании устройства, показанного на схеме: (R2 + R3) / (R1 + R2 + R3) и R3 /(R1 + R2 + R3).

Оно должно быть таким же для ёмкостных сопротивлений соответствующих конденсаторов. Конденсатор С1 можно заменить ёмкостью между контактами коммутатора, если конденсаторы С2, С3 переменные.

В случае применения этой схемы в осциллографе подстройка производится до получения оптимальной формы прямоугольного сигнала.

Аттенюаторы с П и Т-образными ячейками

W. Sorokine, Radio-Consiwcteur et Depanneur, Paris, octobre 1968, p. 253

Входные и выходные импедансы аттенюатора могут быть разными. Значение А (фактор аттенюации по мощности) должно быть достаточно высоким. В противном случае можно получить отрицательные результаты.

Аттенюаторы на диодах

Данное устройство может работать за пределами -100Дб даже с напряжением в несколько вольт на входе при условии, что постоянный ток в первой паре диодов больше переменного тока, вызванного приложенным сигналом. На повышенных частотах может появиться необходимость компенсировать входную ёмкость транзистора. Напряжение на выводах диодов изменяется примерно так же, как логарифм фактора атенюации.

Аттенюаторы на PIN-диодах BAR-60 и BAR-61

Эти устройства могут быть использованы для работы на частоте от 10 МГц и выше. При частоте 100 МГц сопротивление проводимости уменьшается с 2,8 кОм для прямого тока 10 мкА до 7 Ом для 10 мА. Присоединение в случае модуля BAR 61 (см. рис.) транзистора n-р-n позволяет получить повышенные прямые токи через диоды.

АТТЕНЮАТОР С ПОЛЕВЫМИ ТРАНЗИСТОРАМИ

При наличии на затворе напряжений, отрицательных по отношению к источникам, аттенюатор может ослаблять сигнал до 60 и даже до 70 дБ, если пропустить ток 1 мА в цепь затвора. Входная амплитуда может достигать нескольких вольт при условии, что аттенюация минимальна.

Источник: ВПР, 400 новых радиоэлектронных схем, Герман Шрайбер.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Простая схема электронной «массы» для автомобиля

Электронный выключатель «МАССЫ» для авто своими руками

Чтобы обезопасить свой автомобиль от случайного возгорания от короткого замыкания проводки на время стоянки, а также чтобы излишне не разряжать аккумулятор многие автолюбители устанавливают в своем автомобиле устройство для отключения «массы». С его помощью аккумулятор легко отсоединяется от бортовой электросети автомобиля. Не нужно каждый раз снимать клемму с АКБ. Иногда ставят такое устройство под руль в салоне авто и не нужно даже открывать капот.

Импульсный металлоискатель — «ВИНТИК»

Ранее мы рассматривали металлоискатель на одной микросхеме К561ЛА7 — он предназначен для поиска более крупных металлических предметов, находящихся на небольшой глубине. Сегодня, в статье рассмотрим импульсный металлоискатель «ВИНТИК» на трёх микросхемах, предназначенный для поиска мелких металлических предметов. Он сложнее предыдущего, особенно его настройка на максимальную чувствительность, но схема не содержит программируемых микросхем, а также в ней нет дорогих и дефицитных радиодеталей. Его чувствительность в несколько раз лучше, чем у предыдущего.

Не так давно на современных легковых автомобилях высокого класса АКПП (автоматическая коробка переключения передач) с гидротрансформатором и гидроприводными фрикционами стала дополнятся двумя новыми функциями: функция Tiptronic ( функция мгновенного переключения от легкого прикосновения к рычагу АКПП) и функция DSP ( функцией адаптивного программного управления процессами переключения).

Эти функции реализуются с применением средств электронного автоматического управления и придают АКПП совершенно новое свойство — способность адаптироваться к условиям движения и манере водителя управлять автомобилем.

Что такое аттенюатор, принцип его работы и где применяется

При разработке электронных схем обычно приходится решать задачу усиления сигналов – увеличения их амплитуды или мощности. Но бывают ситуации, когда уровень сигнала требуется, наоборот, ослабить. И эта задача не так проста, как кажется на первый взгляд.

Что такое аттенюатор и как он работает

Аттенюатором называется устройство для преднамеренного и нормированного уменьшения амплитуды или мощности входного сигнала без искажения его формы.

Принцип работы аттенюаторов, применяемых в радиочастотном диапазоне – делитель напряжения на резисторах или конденсаторах. Входной сигнал распределяется между резисторами пропорционально сопротивлениям. Самое простое решение – делитель из двух резисторов. Такой аттенюатор называется Г-образным (в зарубежной технической литературе – L-образным). Входом и выходом может служить любая сторона этого несимметричного по схеме устройства. Особенность Г-аттенюатора – низкий уровень потерь при согласовании входа и выхода.

Виды аттенюаторов

На практике Г-аттенюатор используется не так часто – в основном, для согласования сопротивлений входа и выхода. Гораздо шире для нормированного ослабления сигналов применяются устройства П-типа (в зарубежной литературе Pi – от латинской буквы π) и Т-типа. Такой принцип позволяет создавать устройства с одинаковым входным и выходным сопротивлением (но при необходимости можно и с различным).

На рисунке представлены несимметричные устройства. Источник и нагрузка к ним должны подключаться несимметричными линиями – коаксиальными кабелями и т.п. с любой стороны.

Для симметричных линий (витая пара и т.п.) применяются симметричные схемы – их иногда называют аттенюаторами H- и О-типа, хотя это всего лишь разновидности предыдущих устройств.

Добавлением одного (двух) резисторов аттенюатор Т- (H-) типов превращаются в мостовые.

Аттенюаторы выпускаются промышленностью в виде законченных устройств с разъёмами для подключения, но их можно выполнять и на печатной плате в составе общей схемы. Резистивные и емкостные аттенюаторы имеют серьезный плюс – они не содержат нелинейных элементов, что не искажает сигнал и не приводит к появлению в спектре новых гармоник и к исчезновению существующих.

Кроме резистивных существуют и другие виды аттенюаторов. В промышленной технике широко применяются:

предельные и поляризационные аттенюаторы – основаны на конструктивных свойствах волноводов;
поглощающие аттенюаторы – ослабление сигнала вызывает поглощение мощности специально подобранными материалами;
оптические аттенюаторы;

Эти типы устройств используются в СВЧ-технике и в световом диапазоне частот. На низких и радиочастотах применяются аттенюаторы на основе резисторов и конденсаторов.

Основные характеристики

Главным параметром, определяющим свойства аттенюаторов, является коэффициент ослабления. Он измеряется в децибелах. Чтобы понять, во сколько раз уменьшается амплитуда сигнала после прохождения ослабляющей цепи, надо коэффициент пересчитать из децибел в разы. На выходе устройства, уменьшающего амплитуду сигнала на N децибел, напряжение будет меньше в M раз:

M=10 ( N /20) (для мощности — M=10 ( N /10)) .

Так, для аттенюатора с Косл=-3 дБ (коэффициент всегда отрицательный, так как значение всегда уменьшается) на выходе сигнал будет иметь амплитуду 0,708 от исходного. А если выходная амплитуда в два раза меньше исходной, то Косл примерно равен -6 дБ.

Формулы достаточно сложны для расчетов в уме, поэтому лучше воспользоваться онлайн-калькуляторами, коих в интернете великое множество.

Для регулируемых устройств (ступенчатых или плавных) указываются пределы настройки.

Другой важный параметр – это волновое сопротивление (импеданс) по входу и выходу (они могут совпадать). С этим сопротивлением связана такая характеристика, как коэффициент стоячей волны (КСВ) – она часто указывается на изделиях промышленного производства. Для чисто активной нагрузки этот коэффициент вычисляется по формуле:

КСВ=ρ/R, если ρ>R, где R – сопротивление нагрузки, а ρ – волновое сопротивление линии.
КСВ= R/ρ, если ρ Читайте также: Что такое резистор и для чего он нужен?

Из остальных важных характеристик надо упомянуть:

диапазон рабочих частот;
максимальную мощность.

Также важен такой параметр, как точность – он означает допустимое отклонение ослабления от номинального. У промышленных аттенюаторов характеристики наносятся на корпус.

В некоторых случаях важна мощность устройства. Энергия, не дошедшая до потребителя, рассеивается на элементах аттенюатора, поэтому критично не допустить перегрузки.

Существуют формулы для расчета основных характеристик резистивных аттенюаторов различной конструкции, но они громоздки и содержат логарифмы. Поэтому для их применения нужен, как минимум, калькулятор. Поэтому для самостоятельного расчета удобнее использовать специальные программы (в том числе, онлайн).

Регулируемые аттенюаторы

На коэффициент ослабления и КСВ влияет номинал всех элементов входящих в состав аттенюатора, поэтому создавать устройства на резисторах с плавным регулированием параметров сложно. Меняя ослабление, надо подстраивать и КСВ и наоборот. Такие задачи можно решить, применяя усилители с коэффициентом усиления меньше 1.

Подобные устройства строят на транзисторах или ОУ, но возникает проблема линейности. Нелегко создать усилитель, не искажающий форму сигнала в широком диапазоне частот. Гораздо шире применяется ступенчатое регулирование – аттенюаторы включаются последовательно, их ослабление складывается. Те цепи, что необходимо – шунтируются (контактами реле и т.п). Так набирается нужный коэффициент ослабления без изменения волнового сопротивления.

Есть конструкции устройств для ослабления сигнала с плавной регулировкой, построенные на широкополосных трансформаторах (ШПТ). Они применяются в любительской связной технике в тех случаях, когда требования к согласованию входа и выхода невысоки.

Плавная настройка аттенюаторов, построенных на волноводах, достигается изменением геометрических размеров. Оптические аттенюаторы также выпускаются с плавной регулировкой затухания, но такие приборы имеют достаточно сложную конструкцию, так как содержат систему линз, оптических фильтров и т.д.

Область применения

Если аттенюатор имеет различные входные и выходные сопротивления, то, кроме функции ослабления, он может выполнять роль согласующего устройства. Так, если надо соединить кабели 75 и 50 Ом, между ними можно поставить рассчитанный соответствующим образом, и вместе с нормированным затуханием можно поправить и степень согласования.

В приемной технике аттенюаторы применяются для исключения перегрузки входных цепей мощными побочными излучениями. В некоторых случаях ослабление мешающего сигнала даже одновременно со слабым полезным сигналом может улучшить качество приема за счёт снижения уровня интермодуляционных помех.

В измерительной технике аттенюаторы могут применяться в качестве развязки — они уменьшают влияние нагрузки на источник эталонного сигнала. Оптические аттенюаторы широко применяются при тестировании приёмо-передающей аппаратуры для волоконно-оптических линий связи. С их помощью моделируют затухание в реальной линии и определяют условия и границы устойчивой связи.

В аудиотехнике аттенюаторы применяются в качестве устройств регулирования мощности. В отличие от потенциометров, они делают это с меньшими потерями энергии. Здесь проще обеспечить плавную регулировку, так как волновое сопротивление не важно – имеет значение лишь ослабление. В телевизионных кабельных сетях аттенюаторы исключают перегрузку входов телевизоров и позволяют сохранить качество передачи независимо от условий приема.

Являясь не самым сложным устройством, аттенюатор находит самое широкое применение в радиочастотных цепях и позволяет решить различные задачи. На СВЧ и оптических частотах эти приборы строят по-другому, и они являются сложными промышленными узлами.

Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы

Что такое резистор и для чего он нужен?

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Что такое операционный усилитель?

Что такое делитель напряжения и как его рассчитать?

Что такое ШИМ — широтно-импульсная модуляция

Аттенюатор: устройство, сфера применения и преимущества

В процессе разработки схем передатчиков или приемников сигнала часто требуется решать важную задачу умышленно ослабить сигнал возбудителя. Это происходит по различным причинам, но самая распространенная обеспечить заданные рабочие параметры усилителей, смесителей или иных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Именно с этой целью и используются аттенюаторы, отвечающие за снижение мощности сигналов на входе нелинейного устройства.

Важно учитывать, что раз перед нами стоит задачи снизить нелинейные искажения, то использование нелинейных элементов (транзисторы или диоды) не имеет смысла. Ключевая цель снизить уровень помех и устранить влияние нежелательных сигналов на нелинейные устройства.

Отметим, что классический аттенюатор это пассивное и не очень сложное по конструкции изделие. Как уже говорилось ранее, его основная задача ослабить сигнал, насколько это возможно, но при этом оставить неизменной его форму. В диапазоне высоких частот устройства используются и в качестве согласующего агрегата. Самый классический и распространенный случай применение прибора в качестве делителя напряжения. Аттенюатор представлен корпусом, внутри которого располагаются микросхемы и конденсаторы. Если стоит задача снижения сигналов, отличающихся амплитудой, обязательно стоит добавить регулируемые приборы или дискретные переключатели в общую схему.

Краткое описание

Самой распространенной разновидностью устройства считается управляемый аттенюатор. Внешне он представляет собой универсальный симплексный соединительный шнур. На практике используется в тех случаях, когда нужно понизить уровень сигнала на оптоволоконной линии. Такие устройства очень популярны на линиях кабельного телевидения, в магистральных и локальных сетях передачи данных, на измерительных пунктах. С помощью аттенюатора сигнала гораздо проще произвести калибровку измерителей мощности, определить и изменить чувствительность приемника.

Большинство управляемых аттенюаторов способно ослаблять сигналы, поступающие в широком диапазоне частот. Максимальный уровень обратных потерь не превышает 70 дБ, что достигается продуманными конструктивными особенностями. К примеру, настенные модели имеют несколько ощутимых преимуществ перед другими конфигурациями прибора:

Длительный срок эксплуатации.
Оптимальная стабильность уровня затухания сигнала.
Простота в использовании, не требующая специальной подготовки персонала.
Компактные габаритные размеры.
Минимальное обратное отражение.
Высокая надежность.
Широкий диапазон рабочих температур.

Сфера и особенности применения

Как показывает практика, входной аттенюатор сигнала это максимально доступный и простой узел приемника. Простая, продуманная и логичная конструкция позволяет выполнять сразу несколько задач. Устройство представлено тремя резисторами, но в некоторых ситуациях дополнительно присутствуют три конденсатора, которые отвечают за качественное разделение сигнала. Самой сложной задачей, поставленной перед специалистами, стал выбор оптимальных параметров затухания.

Официальные документы и руководства по эксплуатации от производителей гласят, что многие современные модели способны дополнительно расширять динамический диапазон приема сигнала приемниками. На практике все обстоит не так радужно, ведь динамический диапазон отличается двумя существенно различающимися друг от друга понятиями. Стандартный приемник может принимать как слабые, так и сильные сигналы, которые обязательно попадут в пропускную полосу фильтра базовой селекции. Если появится хотя бы минимальное усиление, приемник перегрузится.

Если вам необходимо принимать слабые сигналы от заранее известной станции, аттенюатор можно использовать, но это не дает гарантий. Мощные помехи могут серьезно повлиять на тракт высокой частоты, что непременно приведет к перезагрузке и сбоям в работе со стороны оборудования.

Классификация и разновидности

Специалисты выделяют несколько ключевых характеристик, позволяющих разделить устройства на несколько типов. Вот самые распространенные параметры:

Напряжение и мощность аттенюатора.
Частотный диапазон.
Разновидность применяемых в конструкции элементов.
Итоговое количество уровней выходного сигнала.

По уровню напряжения выделяют низковольтные и высоковольтные устройства. По рабочему частотному диапазону от постоянного тока до светового сигнала. Разновидности использованных элементов очень разнятся: от простых по конструкции катушек, конденсаторов и резисторов до более сложных оптоволоконных приборов или СВЧ.

В процессе эксплуатации важно регулярно проводить поверку аттенюаторов, ведь только полностью исправный прибор защитит приемник от серьезных перегрузок. В ассортименте специализированных магазинов можно встретить специальные универсальные устройства, у которых предусмотрен фиксированный показатель затухания. Не меньшей популярностью пользуются и регулируемые аналоги, где пользователь выставляет рабочие параметры самостоятельно.

Ключевой элемент конструкции аттенюатора с фиксированным показателем затухания воздушный зазор, легированный светодиод или стеклянный фильтр. Опытный специалист легко сделает специальные изгиб для оптического светодиода передающего кабеля. Такая разновидность чаще всего монтируется в корпуса розеток.
Аттенюаторы с регулируемым затуханием применяются для корректной работы измерительного оборудования. Установить необходимые параметры можно двумя способами: внесением механических поправок в воздушный зазор или воздействием только на ту часть кабеля, которая отвечает за передачу сигнала.

Для удобства производители используют маркировки, позволяющие быстро классифицировать используемое устройство. Вот несколько популярных категорий:

Модели, принцип работы которых основан на дискретных радиоэлементах.
Эталонные устройства и поверочные установки.
Аттенюаторы с поглощением энергии.
Поляризационные модели.
Устройства, управляемые в электронном режиме.
Предельные устройства.

Важно! Эталонные и поверочные модели нашли применение в работе экспертов, которые отвечают за проведение метрологической оценки используемых на практике аттенюаторов. Предельные устройства защищают от прохождения через систему сигналов, у которых частота ниже допустимого предела.

Преимущества использования

Современные модели незаменимы при обустройстве качественных и стабильных оптоволоконных систем передачи сигналов. Это обусловлено большим количеством эксплуатационных преимуществ:

Простой и быстрый монтаж.
Компактные габаритные размеры.
Несколько равноценных способов использования фиксированных моделей.
Широкий диапазон рабочих температур, благодаря чему устройство можно использовать даже в экстремальных климатических условиях.

Простейший аттенюатор для аудиокарты

В любительской радиотехнике, а именно в области проектирования усилителей низкой (звуковой) частоты, очень удобно использовать для измерений компьютер.
Профессиональные измерительные приборы стоят немалых денег, тогда как аудиокарта имеется почти в любом домашнем компьютере. В совокупности с доступным и разнообразным ПО мы получаем удобный инструмент для снятия всех основных характеристик: АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), THD (уровень гармонических искажений), соотношение сигнал/шум и спектрограмму.

Единственным неудобством оказывается слишком чувствительный вход аудиокарты,
на который нельзя подать сигнал, превышающий напряжение 0.5-1.5 вольта.
И здесь на помощь приходит аттенюатор.

Его можно (и нужно) собрать самостоятельно. Ничего хитрого в этом опыте нет, но для тех, кто делает первые шаги в усилителестроении, материал будет полезным.

Аттенюатор является пассивным устройством и фактически, применительно к нашему случаю, представляет собой резистивный делитель напряжения. Его функция — ослабление уровня сигнала (переменного напряжения звуковой частоты) по заданным параметрам. Давайте определим эти параметры.

Задача

Необходимо подать на линейный вход аудиокарты сигнал, снятый с выходных клемм усилителя мощности, при этом не перегрузив аудиокарту. Для удобства установим величину выходного напряжения аттенюатора равным 0.775v RMS. Такое напряжение будет приемлемым для любой современной аудиокарты с линейным входом, к тому же величину 0.775v принято выбирать за опорный уровень (0dBu) при измерении абсолютных величин в децибелах.

Внимание! Обратите внимание на суффикс dBu — он означает, что величина (напряжения) указывается безотносительно нагрузки (от англ. unloaded).

Про измерения и децибелы очень рекомендую ознакомиться со статьей Михаила Чернецкого «Что мы измеряем?» (ссылка на публикацию на сайте журнала «Звукорежиссер» есть в конце поста [1], но для глаз намного комфортнее читать на сайте автора)

Входное напряжение на аттенюаторе выберем таким образом, чтобы оно соответствовало мощности, рассеиваемой на эквивалентной нагрузке в 8 Ohm, и равнялось 1W.

Для среднеквадратичного значения напряжения (RMS) верна следующая формула расчета мощности:

Некоторые считают мощность синусоидального сигнала по формуле P = U_a^2/2R, перепутав амплитудное значение напряжения со среднеквадратичным. Может быть у них для этих измерений осциллограф всегда под рукой(?!), мы же используем TrueRMS вольтметр и знаем разницу (и зависимость) между амплитудным и среднеквадратичным значениями напряжения (если поймали себя на мысли, что забыли и нужно срочно освежить память — идем прямиком к Радиокоту [2]).
По выше приведенной формуле находим значение 2.83v (для 1W), 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W). Обычно для промера характеристик маломощного усилителя этих значений вполне достаточно, но если требуются бОльшие значения — вы без труда рассчитаете их сами.
Не удивляйтесь таким «маленьким» значениям мощности — для примера: однотактный ламповый усилитель вашего покорного слуги (режим работы класс «A») мощностью 2W(!) «раскачивает» здоровую напольную акустику безо всякого труда (по немногочисленным просьбам хабрачитателей я в процессе обдумывания статьи про его конструирование, но покамест решил прощупать интерес к теме публикацией данного материала — тут есть связь с компьютерами хотя бы).
Итак, у нас есть входные данные — можно перейти к расчёту.

Расчёт

В общем случае формула для расчета делителя без нагрузки выглядит так:

Единственно надо учесть тот факт, что номинал резистора Z₁ должен быть выбран на 3-4 порядка больше эквивалентной нагрузки 8 Ohm, чтобы для усилителя подключение атеннюатора осталось «незамеченным» (высокоомный, относительно выхода усилителя, вход аттенюатора практически не изменит значение сопротивления эквивалентной нагрузки, так как подключен параллельно нагрузке в 8 Ohm — вспоминаем правило сложения соединенных параллельно резисторов [3]).
Для удобства выберем Z₁=20 kOhm, тогда номинал нижнего резистора (Z₂) посчитаем по формуле:

Получим Z₂ = 0.775*20000/2.828-0.775 = 7550 Ohm
Аналогично посчитаем номиналы для других входных напряжений: 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W).

Дотошные читатели наверняка уже заметили, что мы нигде не учитываем входное сопротивление аудиокарты. И дело вот в чём: практически любая звуковая карта изменит сопротивление резистора Z₂, так как фактически будет представлять собой включенное параллельно к нему сопротивление. Что это означает для нас? Означает, что выходное напряжение нашего аттенюатора будет несколько меньше, чем заложенное в расчётах 0.775v (sic!).
«Так значит надо измерить сопротивление линейного входа, делов-то!», — скажете вы. Но всё не так просто: звуковая карта имеет на входе конденсатор — обычным мультиметром входное сопротивление карты не измерить. Здесь понадобится генератор и осциллограф, не у всех они имеются, поэтому в рамках данной статьи мы не учитываем входное сопротивление аудиокарты при расчете.

Однако, на случай, если вы уже знаете сопротивление линейного входа вашей звуковой карты (например, оно указано в спецификации) привожу формулу, учитывающую входное сопротивление аудиокарты при расчете аттенюатора:

где Z_L — сопротивление линейного входа аудиокарты.

Принципиальная схема аттенюатора

В схеме использованы графические обозначения принципиальных схем авторства Сергея Комарова. Рекомендую скачать[5] и использовать.

Конструкция и детали

Нам понадобятся коннекторы типа «бананы» (2шт.) (или другие разъемы, совместимые с вашим усилителем), один RCA-разъем, поворотный переключатель (rotary switch) и ручка к нему (1/4″), а также резисторы (см. номиналы в схеме).
В качестве корпуса мне пришлось купить пластиковый корпус в «Чип и Дипе» за бешенные 90 рублей. Зато он очень подошел по размеру (65х45х22мм).

Выбор поворотного переключателя — дело вкуса. Можно выбрать самый дешёвый китайский, а можно — качественный. Я выбрал 2-ой вариант и заказал дорогущий Grayhill 71BD36-01-1-AJN. Ресурс 50000 поворотов, контакты ротора покрыты золотом (30 microinches — любопытная единица толщины покрытия), «военная приёмка», настоящее американское производство. Я ни разу не агитирую, но ссылку на даташит привожу [4].

Переключатель имеет 10 позиций, но нам понадобятся только три.
В идеале ещё нужен минимум инструментов: линейка или штангенциркуль, дрель, ключи-«многогранники» (чтобы закрепить рукоятку на вал).

Земляную шину лучше сделать из медной моножилы. У меня под рукой не было подходящего диаметра и я свил из медного проводника (22AWG) и облудил её бессвинцовым серебресодержащим припоем.

Резисторы можно взять любые, 1-2 ватта. Идеально выбрать проволочные или фольговые — у них минимальный шум. Я выбрал безиндуктивные проволочные Mills.
Припаивать к контактам очень удобно — у них большой шаг, а корпус переключателя сделан из термопластика и можно не опасаться повредить его горячим жалом паяльника.

После того, как закрепили разъемы и припаяли резисторы, можно закрыть корпус крышкой (я закрепил все детали в половинке корпуса), затянуть гайку переключателя, поставить два самореза (прилагаются к корпусу), закрепить ручку на вал и подписать на корпусе значения входных напряжений.