Bij het ontwikkelen van elektronische circuits is het meestal nodig om het probleem van het versterken van signalen op te lossen - het vergroten van hun amplitude of vermogen. Maar er zijn situaties waarin het signaalniveau juist moet verzwakken. En deze taak is niet zo eenvoudig als het op het eerste gezicht lijkt.
Inhoud
Wat is een verzwakker en hoe werkt het?
Een verzwakker is een apparaat voor het opzettelijk en normaal verminderen van de amplitude of het vermogen van een ingangssignaal zonder de vorm ervan te vervormen.
Het werkingsprincipe van verzwakkers die worden gebruikt in het radiofrequentiebereik - spanningsdeler met weerstanden of condensatoren. Het ingangssignaal wordt evenredig met de weerstanden over de weerstanden verdeeld. De eenvoudigste oplossing is een deler van twee weerstanden. Zo'n verzwakker wordt L-vormig genoemd (in buitenlandse technische literatuur - L-vormig). Beide zijden van dit ongebalanceerde apparaat kunnen dienen als input en output.Een kenmerk van de G-verzwakker is een laag niveau van verliezen bij het afstemmen van de input en output.
Soorten verzwakkers
In de praktijk wordt de G-verzwakker niet zo vaak gebruikt - voornamelijk om de ingangs- en uitgangsweerstanden op elkaar af te stemmen. Apparaten van het P-type (in buitenlandse literatuur Pi - van de Latijnse letter π) en apparaten van het T-type worden veel breder gebruikt voor genormaliseerde demping van signalen. Met dit principe kunt u apparaten maken met dezelfde ingangs- en uitgangsimpedantie (maar indien nodig kunt u verschillende gebruiken).
De afbeelding toont ongebalanceerde apparaten. De bron en belasting moeten ermee worden verbonden met ongebalanceerde lijnen - coaxkabels, enz. vanuit elke richting.
Voor gebalanceerde lijnen (twisted pair, enz.) worden gebalanceerde circuits gebruikt - ze worden soms H- en O-type verzwakkers genoemd, hoewel dit slechts variaties zijn op de vorige apparaten.
Door één (twee) weerstanden toe te voegen, worden de verzwakker T- (H-) typen omgezet in brugtypes.
Verzwakkers worden door de industrie geproduceerd in de vorm van complete apparaten met connectoren voor aansluiting, maar ze kunnen ook op een printplaat worden gemaakt als onderdeel van een algemeen circuit. Resistieve en capacitieve verzwakkers hebben een serieus pluspunt: ze bevatten geen niet-lineaire elementen, die het signaal niet vervormen en niet leiden tot het verschijnen van nieuwe harmonischen in het spectrum en het verdwijnen van bestaande.
Naast resistieve zijn er andere soorten verzwakkers. Veel gebruikt in industriële technologie:
- limiet- en polarisatieverzwakkers - gebaseerd op de ontwerpeigenschappen van golfgeleiders;
- absorberende verzwakkers - signaalverzwakking veroorzaakt stroomabsorptie door speciaal geselecteerde materialen;
- optische verzwakkers;
Dit soort apparaten wordt gebruikt in de microgolftechnologie en in het lichtfrequentiebereik. Bij lage en radiofrequenties worden verzwakkers gebruikt op basis van weerstanden en condensatoren.
Belangrijkste kenmerken
De belangrijkste parameter die de eigenschappen van verzwakkers bepaalt, is de verzwakkingscoëfficiënt. Het wordt gemeten in decibel. Om te begrijpen hoe vaak de signaalamplitude afneemt na het passeren van het verzwakkingscircuit, is het noodzakelijk om de coëfficiënt opnieuw te berekenen van decibel naar tijden. Aan de uitgang van een apparaat dat de signaalamplitude met N decibel vermindert, zal de spanning M keer minder zijn:
M=10(N/20) (voor vermogen — M=10(N/10)) .
Omgekeerde berekening:
N=20 (log)10(M) (voor vermogen N=10 (log)10(M)).
Dus voor een verzwakker met Kosl \u003d -3 dB (de coëfficiënt is altijd negatief, omdat de waarde altijd afneemt), zal het uitgangssignaal een amplitude hebben van 0,708 ten opzichte van het origineel. En als de uitgangsamplitude twee keer kleiner is dan de oorspronkelijke, dan is Kosl ongeveer gelijk aan -6 dB.
De formules zijn vrij complex voor mentale berekeningen, dus het is beter om online rekenmachines te gebruiken, waarvan er een groot aantal op internet te vinden zijn.
Voor instelbare apparaten (getrapt of soepel) worden instellimieten aangegeven.
Een andere belangrijke parameter is de golfimpedantie (impedantie) aan de ingang en uitgang (ze kunnen hetzelfde zijn). Deze weerstand wordt geassocieerd met een kenmerk als de staande golfverhouding (SWR) - het wordt vaak aangegeven op industriële producten. Voor een puur ohmse belasting wordt deze coëfficiënt berekend met de formule:
- SWR=ρ/R als ρ>R, waarbij R de belastingsweerstand is en ρ de golfimpedantie van de lijn.
- SWR= R/ρ als ρ<R.
SWR is altijd groter dan of gelijk aan 1. Als R=ρ wordt al het vermogen overgedragen aan de belasting. Hoe meer deze waarden verschillen, hoe groter het verlies.Dus met SWR = 1,2 bereikt 99% van het vermogen de belasting en met SWR = 3 - al 75%. Bij aansluiting van een 75 ohm verzwakker op een 50 ohm kabel (of omgekeerd), SWR = 1,5 en het verlies is 4%.
Andere belangrijke kenmerken om te vermelden:
- werkfrequentiebereik;
- maximale kracht.
Ook belangrijk is zo'n parameter als nauwkeurigheid - het betekent de toegestane afwijking van de demping van de nominale waarde. Voor industriële verzwakkers worden de kenmerken toegepast op de behuizing.
In sommige gevallen is de kracht van het apparaat belangrijk. De energie die de verbruiker niet heeft bereikt, wordt afgevoerd door de verzwakkerelementen, dus het is van cruciaal belang om overbelasting te voorkomen.
Er zijn formules voor het berekenen van de belangrijkste kenmerken van resistieve verzwakkers van verschillende ontwerpen, maar ze zijn omslachtig en bevatten logaritmen. Om ze te gebruiken, heb je dus op zijn minst een rekenmachine nodig. Daarom is het voor zelfberekening handiger om speciale programma's te gebruiken (ook online).
Verstelbare verzwakkers
De verzwakkingscoëfficiënt en SWR worden beïnvloed door de waarde van alle elementen waaruit de verzwakker bestaat, dus maak apparaten op basis van weerstanden met een soepele regeling van parameters is moeilijk. Door de demping te wijzigen is het nodig om de SWR aan te passen en vice versa. Dergelijke problemen kunnen worden opgelost door versterkers te gebruiken met een versterking van minder dan 1.
Dergelijke apparaten zijn gebouwd op transistors of OU, maar er is een probleem van lineariteit. Het is niet eenvoudig om een versterker te maken die de golfvorm niet over een breed frequentiebereik vervormt. Stapsgewijze regeling wordt veel vaker gebruikt - de verzwakkers zijn in serie geschakeld, hun verzwakking wordt opgeteld. De circuits die nodig zijn, worden overbrugd (relais contacten enz).Dus de gewenste dempingscoëfficiënt wordt verkregen zonder de golfweerstand te veranderen.
Er zijn ontwerpen van apparaten voor het verzwakken van het signaal met soepele aanpassing, gebouwd op breedbandtransformatoren (SHPT). Ze worden gebruikt in amateurcommunicatietechnologie in gevallen waar de vereisten voor het matchen van input en output laag zijn.
Een soepele afstemming van op golfgeleiders gebouwde verzwakkers wordt bereikt door de geometrische afmetingen te wijzigen. Optische verzwakkers worden ook geproduceerd met een soepele dempingsregeling, maar dergelijke apparaten hebben een nogal gecompliceerd ontwerp, omdat ze een systeem van lenzen, optische filters, enz.
Toepassingsgebied
Als de verzwakker verschillende ingangs- en uitgangsweerstanden heeft, kan deze, naast de dempingsfunctie, als een aanpassingsapparaat fungeren. Dus als u kabels van 75 en 50 ohm moet aansluiten, kunt u er een passend berekende tussen plaatsen en samen met de genormaliseerde demping kunt u ook de mate van aanpassing corrigeren.
In ontvangstapparatuur worden verzwakkers gebruikt om overbelasting van de ingangscircuits met krachtige onechte straling te voorkomen. In sommige gevallen kan het verzwakken van het storende signaal, zelfs samen met een zwak gewenst signaal, de ontvangstkwaliteit verbeteren door het niveau van intermodulatie-interferentie te verminderen.
In de meettechniek kunnen verzwakkers worden gebruikt als ontkoppeling - ze verminderen het effect van de belasting op de bron van het referentiesignaal. Optische verzwakkers worden veel gebruikt bij het testen van zendontvangerapparatuur voor glasvezelcommunicatielijnen.Met hun hulp wordt demping in een echte lijn gemodelleerd en worden de voorwaarden en grenzen van stabiele communicatie bepaald.
In de audiotechnologie worden verzwakkers gebruikt als vermogensregelaars. In tegenstelling tot potentiometers doen ze dit met minder vermogensverlies. Hier is het gemakkelijker om te zorgen voor een soepele aanpassing, omdat de golfweerstand niet belangrijk is - alleen demping is van belang. In televisiekabelnetwerken elimineren verzwakkers overbelasting van tv-ingangen en kunt u de transmissiekwaliteit behouden, ongeacht de ontvangstomstandigheden.
Omdat het niet het meest complexe apparaat is, vindt de verzwakker de breedste toepassing in radiofrequentiecircuits en kunt u verschillende problemen oplossen. Bij microgolf- en optische frequenties zijn deze apparaten anders gebouwd en zijn het complexe industriële eenheden.
Vergelijkbare artikelen:
