Dempere (elektronikk) - Attenuator (electronics)

En 30 dB 5W RF-demper, DC – 18 GHz, med koaksialkontakter av N-type

100 Watt effektdempere

En attenuator er en elektronisk enhet som reduserer kraften av et signal uten nevneverdig å forvrenge sin bølgeform .

En demper er faktisk det motsatte av en forsterker , selv om de to fungerer etter forskjellige metoder. Mens en forsterker gir forsterkning , gir en demper tap, eller forsterkning mindre enn 1.

Konstruksjon og bruk

Dempere er vanligvis passive enheter laget av enkle spenningsdelernettverk . Bytte mellom forskjellige motstander danner justerbare trinnvise dempere og kontinuerlig justerbare ved hjelp av potensiometre . For høyere frekvenser brukes nøyaktig matchede lav VSWR- motstandsnettverk .

Faste dempere i kretser brukes til å senke spenningen, spre strømmen og forbedre impedansmatching . Ved målesignaler brukes dempere eller adaptere for å senke signalets amplitude en kjent mengde for å muliggjøre målinger, eller for å beskytte måleenheten mot signalnivåer som kan skade den. Dempere brukes også til å 'matche' impedans ved å senke tilsynelatende SWR (Standing Wave Ratio).

Dempekretser

π-type ubalansert demperkrets

π-type balansert demperkrets

T-type ubalansert demperkrets

T-type balansert dempekrets

Grunnleggende kretser som brukes i dempere er pi-pads (π-type) og T-pads . Disse kan kreves for å være balanserte eller ubalanserte nettverk, avhengig av om linjegeometrien som de skal brukes med er balansert eller ubalansert. For eksempel ville dempere som brukes med koaksiale linjer være den ubalanserte formen, mens dempere for bruk med tvunnet par kreves for å være den balanserte formen.

Fire grunnleggende dempningskretsskjemaer er gitt i figurene til venstre. Siden en demperkrets utelukkende består av passive motstandselementer, er den både lineær og gjensidig . Hvis kretsen også er gjort symmetrisk (dette er vanligvis tilfelle siden det vanligvis kreves at inngangs- og utgangsimpedansen Z ₁ og Z ₂ er like), skilles ikke inngangs- og utgangsportene, men etter konvensjon er venstre og høyre sidene av kretsene blir referert til som henholdsvis inngang og utgang.

Forskjellige tabeller og kalkulatorer er tilgjengelige som gir et middel til å bestemme passende motstandsverdier for å oppnå bestemte tapverdier. En av de tidligste ble utgitt av NAB i 1960 for tap fra 1/2 til 40 dB, for bruk i 600 ohm kretser.

Dempningsegenskaper

En RF-mikrobølgedemper

Hovedspesifikasjoner for dempere er:

• Demping uttrykt i desibel av relativ kraft. En 3 dB pute reduserer kraften til halvparten, 6 dB til en fjerdedel, 10 dB til en tidel, 20 dB til en hundredel, 30 dB til en tusendel og så videre. For spenning dobler du dB-ene så for eksempel er 6 dB halvparten i spenning.
• Nominell impedans , for eksempel 50 ohm
• Frekvensbåndbredde , for eksempel DC-18 GHz
• Kraftspredning avhenger av motstandsmaterialets masse og overflate samt mulige tilleggsavkjølingsfinner.
• SWR er det stående bølgeforholdet for inngangs- og utgangsporter
• Nøyaktighet
• Repeterbarhet

RF-dempere

Radiofrekvensdempere er vanligvis koaksiale i struktur med presisjonskontakter som porter og koaksial, mikro stripe eller tynnfilm intern struktur. Over SHF kreves spesiell bølgelederstruktur.

Viktige egenskaper er:

• nøyaktighet,
• lav SWR,
• flat frekvensrespons og
• repeterbarhet.

Størrelsen og formen på demperen avhenger av dens evne til å spre kraft. RF-dempere brukes som belastning for og som kjent demping og beskyttende spredning av kraft ved måling av RF-signaler.

Audio dempere

En line-level demper i forforsterkeren eller en effekt demper etter effektforsterkeren bruker elektrisk motstand for å redusere amplituden til signalet som når høyttaleren, og redusere volumet på utgangen. En demper på linjenivå har lavere effekthåndtering, for eksempel et 1/2-watt potensiometer eller spenningsdeler, og styrer forforsterkernivåsignaler, mens en effektdempere har høyere effekthåndteringsevne, for eksempel 10 watt eller mer, og brukes mellom effektforsterker og høyttaleren.

• Strømdemper (gitar)
• Gitarforsterker

Komponentverdier for resistive pads og dempere

Denne delen gjelder pi-pads, T-pads og L-pads laget helt av motstander og avsluttet på hver port med en reell motstand.

• All impedans, strøm, spenning og toportsparametere antas å være reell. For praktiske anvendelser er denne antagelsen ofte nær nok.
• Puten er designet for en bestemt lastimpedans, Z- _belastning , og en bestemt kildeimpedans, Z _s .
  • Impedansen sett i inngangsporten vil være Z _S hvis utgangsporten avsluttes av Z _Load .
  • Impedansen sett ser inn i utgangsporten blir Z _Load hvis inngangsporten blir avsluttet ved Z _S .

Referansetall for beregning av dempekomponent

Denne kretsen brukes for det generelle tilfellet, alle T-pads, alle pi-pads og L-pads når kildeimpedansen er større enn eller lik lastimpedansen.

L-pad-beregningen forutsetter at port 1 har høyest impedans. Hvis den høyeste impedansen tilfeldigvis er utgangsporten, bruk denne figuren.

Unike motstandsbetegnelser for Tee, Pi og L pads.

Demperen med to porter er generelt toveis. Imidlertid vil det i denne delen bli behandlet som om det var en måte. Generelt gjelder den ene av de to figurene, men den første figuren (som viser kilden til venstre) vil stillestående antas mesteparten av tiden. Når det gjelder L-puten, vil den andre figuren brukes hvis lastimpedansen er større enn kildeimpedansen.

Hver motstand i hver diskuterte type pad får en unik betegnelse for å redusere forvirring.

L-pad-komponentverdiberegningen forutsetter at designimpedansen for port 1 (til venstre) er lik eller høyere enn designimpedansen for port 2.

Vilkår brukt

• Pad vil inneholde pi-pad, T-pad, L-pad, demper og to-port.
• To-port vil inneholde pi-pad, T-pad, L-pad, demper og to-port.
• Inngangsport vil bety inngangsporten til to-porten.
• Utgangsport vil bety utgangsporten til toporten.
• Symmetrisk betyr et tilfelle der kilde og belastning har like impedans.
• Tap betyr forholdet mellom kraft som kommer inn i putens inngangsport delt på kraften som absorberes av lasten.
• Innskuddstap betyr forholdet mellom kraft som ville bli levert til lasten hvis lasten var direkte koblet til kilden delt på kraften som ble absorbert av lasten når den ble koblet gjennom puten.

Symboler brukt

Passive, resistive pads og dempere er toveis porter, men i denne delen vil de bli behandlet som enveis.

• Z _S = utgangsimpedansen til kilden.
• Z _Load = inngangsimpedansen til lasten.
• Z _in = impedansen sett i inngangsporten når Z _Load er koblet til utgangsporten. Z _in er en funksjon av lastimpedansen.
• Z _ut = impedansen sett ser inn i utgangsporten når Z _s er koplet til inngangsporten. Z _ut er en funksjon av kildeimpedansen.
• V _s = kilde åpen krets eller ulastet spenning.
• V _in = spenning på inngangsporten av kilden.
• V _ut = spenning påført belastningen av utgangsporten.
• I _in = gjeldende inngangsport fra kilden.
• I _ut = strøm som går inn i belastningen fra utgangsporten.
• P _in = V _i I _in = strøm som går inn i inngangsporten fra kilden.
• P _ut = V _ut I _ut = kraft absorbert av belastningen fra utgangsporten.
• P _direct = kraften som ville bli absorbert av lasten hvis lasten var koblet direkte til kilden.
• L _pad = 10 logg ₁₀ (P _inn / P _ut ) alltid. Og hvis Z _s = Z _Load, så er L _pad = 20 log ₁₀ (V _inn / V _ut ) også. Merk, som definert, Tap ≥ 0 dB
• L- _innsetting = 10 logg ₁₀ (P _direkte / P _ut ). Og hvis Z _s = Z _Belast da L _innsetting = L _pad .
• Tap ≡ L _pute . Tap er definert som L- _pad .

Symmetrisk beregning av T-padmotstand

${\ displaystyle A = 10 ^ {- \ mathrm {Loss} / 20} \ qquad R_ {a} = R_ {b} = Z_ {S} {\ frac {1-A} {1 + A}} \ qquad R_ {c} = {\ frac {Z_ {s} ^ {2} -R_ {b} ^ {2}} {2R_ {b}}} \ qquad \,}$ se Valkenburg s. 11-3

Symmetrisk beregning av pi-motstand

${\ displaystyle A = 10 ^ {- \ mathrm {Loss} / 20} \ qquad R_ {x} = R_ {y} = Z_ {S} {\ frac {1 + A} {1-A}} \ qquad R_ {z} = {\ frac {2R_ {x}} {\ left ({\ frac {R_ {x}} {Z_ {S}}} \ right) ^ {2} -1}} \ qquad \,}$ se Valkenburg s. 11-3

L-Pad for beregning av motstand mot impedans

Hvis en kilde og belastning begge er motstandsdyktige (dvs. Z ₁ og Z ₂ har null eller veldig liten imaginær del), kan en resistiv L-pute brukes til å matche dem til hverandre. Som vist kan hver side av L-puten være kilde eller belastning, men Z _1- siden må være den siden med høyere impedans.

${\ displaystyle R_ {q} = {\ frac {Z_ {m}} {\ sqrt {\ rho -1}}} \ qquad R_ {p} = Z_ {m} {\ sqrt {\ rho -1}}}$

${\ displaystyle {\ text {Loss}} = 20 \ log _ {10} \ left ({\ sqrt {\ rho -1}} + {\ sqrt {\ rho}} \ right) \ quad {\ text {hvor }} \ quad \ rho = {\ frac {Z_ {1}} {Z_ {2}}} \ quad Z_ {m} = {\ sqrt {Z_ {1} Z_ {2}}} {\ text {}} \,}$ se Valkenburg s. 11-3

Store positive tall betyr at tap er stort. Tapet er en monoton funksjon av impedansforholdet. Høyere forhold krever høyere tap.

Konvertering av T-pad til pi-pad

Dette er Y-Δ-transformasjonen

${\ displaystyle R_ {z} = {\ frac {R_ {a} R_ {b} + R_ {a} R_ {c} + R_ {b} R_ {c}} {R_ {c}}} \ qquad R_ { x} = {\ frac {R_ {a} R_ {b} + R_ {a} R_ {c} + R_ {b} R_ {c}} {R_ {b}}} \ qquad R_ {y} = {\ frac {R_ {a} R_ {b} + R_ {a} R_ {c} + R_ {b} R_ {c}} {R_ {a}}}.}$

Konvertering av pi-pad til T-pad

Dette er Δ-Y-transformasjonen

${\ displaystyle R_ {c} = {\ frac {R_ {x} R_ {y}} {R_ {x} + R_ {y} + R_ {z}}} \ qquad R_ {a} = {\ frac {R_ {z} R_ {x}} {R_ {x} + R_ {y} + R_ {z}}} \ qquad R_ {b} = {\ frac {R_ {z} R_ {y}} {R_ {x} + R_ {y} + R_ {z}}}$

Konvertering mellom to-porter og pads

T-pad til impedansparametere

Den impedans parametrene for en passiv to-port er

${\ displaystyle V_ {1} = Z_ {11} I_ {1} + Z_ {12} I_ {2} \ qquad V_ {2} = Z_ {21} I_ {1} + Z_ {22} I_ {2} \ qquad {\ text {with}} \ qquad Z_ {12} = Z_ {21} \,}$

Det er alltid mulig å representere en resistiv t-pad som en toport. Representasjonen er spesielt enkel ved å bruke impedansparametere som følger:

${\ displaystyle Z_ {21} = R_ {c} \ qquad Z_ {11} = R_ {c} + R_ {a} \ qquad Z_ {22} = R_ {c} + R_ {b} \,}$

Impedansparametere til T-pad

De foregående ligningene er trivielt inverterbare, men hvis tapet ikke er nok, vil noen av t-padkomponentene ha negativ motstand.

${\ displaystyle R_ {c} = Z_ {21} \ qquad R_ {a} = Z_ {11} -Z_ {21} \ qquad R_ {b} = Z_ {22} -Z_ {21} \,}$

Impedansparametere til pi-pad

Disse foregående T-pad-parametrene kan konverteres algebraisk til pi-pad-parametere.

${\ displaystyle R_ {z} = {\ frac {Z_ {11} Z_ {22} -Z_ {21} ^ {2}} {Z_ {21}}} \ qquad R_ {x} = {\ frac {Z_ { 11} Z_ {22} -Z_ {21} ^ {2}} {Z_ {22} -Z_ {21}}} \ qquad R_ {y} = {\ frac {Z_ {11} Z_ {22} -Z_ { 21} ^ {2}} {Z_ {11} -Z_ {21}}} \ qquad}$

Pi-pad for å få adgangsparametere

De adgang parametrene for en passiv to port er

${\ displaystyle I_ {1} = Y_ {11} V_ {1} + Y_ {12} V_ {2} \ qquad I_ {2} = Y_ {21} V_ {1} + Y_ {22} V_ {2} \ qquad {\ text {with}} \ qquad Y_ {12} = Y_ {21} \,}$

Det er alltid mulig å representere en resistiv pi-pute som en toport. Representasjonen er spesielt enkel ved å bruke adgangsparametere som følger:

${\ displaystyle Y_ {21} = {\ frac {1} {R_ {z}}} \ qquad Y_ {11} = {\ frac {1} {R_ {x}}} + {\ frac {1} {R_ {z}}} \ qquad Y_ {22} = {\ frac {1} {R_ {y}}} + {\ frac {1} {R_ {z}}} \,}$

Adgangsparametere til pi-pad

De foregående ligningene er trivielt inverterbare, men hvis tapet ikke er nok, vil noen av pi-pad-komponentene ha negativ motstand.

${\ displaystyle R_ {z} = {\ frac {1} {Y_ {21}}} \ qquad R_ {x} = {\ frac {1} {Y_ {11} -Y_ {21}}} \ qquad R_ { y} = {\ frac {1} {Y_ {22} -Y_ {21}}} \,}$

Generelt tilfelle, bestemme impedansparametere ut fra krav

Fordi puten er helt laget av motstander, må den ha et visst minimumstap for å matche kilde og belastning hvis de ikke er like.

Minimumstapet er gitt av

${\ displaystyle \ mathrm {Loss_ {min}} = 20 \ log _ {10} \ left ({\ sqrt {\ rho -1}} + {\ sqrt {\ rho}} \ right) \, \ quad {\ tekst {hvor}} \ quad \ rho = {\ frac {\ max [Z_ {S}, Z _ {\ text {Load}}]} {\ min [Z_ {S}, Z _ {\ text {Load}}] }}}$

Selv om en passiv matchende toport kan ha mindre tap, vil den ikke kunne konverteres til en motstandsdempende pute hvis den gjør det.

${\ displaystyle A = 10 ^ {- \ mathrm {Loss} / 20} \ qquad Z_ {11} = Z_ {S} {\ frac {1 + A ^ {2}} {1-A ^ {2}}} \ qquad Z_ {22} = Z _ {\ text {Load}} {\ frac {1 + A ^ {2}} {1-A ^ {2}}} \ qquad Z_ {21} = 2 {\ frac {A {\ sqrt {Z_ {S} Z _ {\ text {Load}}}}} {1-A ^ {2}}}}$

Når disse parametrene er bestemt, kan de implementeres som en T- eller pi-pute som diskutert ovenfor.

Se også

• RF- og mikrobølgedempende dempere
• Optisk demper

Merknader

Referanser

• Hayt, William; Kemmerly, Jack E. (1971), Engineering Circuit Analysis (2. utg.), McGraw-Hill, ISBN   0-07-027382-0
• Valkenburg, Mac E. van (1998), Referansedata for ingeniører: Radio, elektronikk, datamaskin og kommunikasjon (åtte utgaver), Newnes, ISBN   0-7506-7064-9

Eksterne linker

• Vanlige spørsmål om gitarforsterker
• Grunnleggende dempningskretser
• Forklaring av dempertyper, impedansmatching og veldig nyttig kalkulator