Ao desenvolver circuitos eletrônicos, geralmente é necessário resolver o problema de amplificar sinais - aumentando sua amplitude ou potência. Mas há situações em que o nível do sinal é necessário, pelo contrário, enfraquecer. E essa tarefa não é tão simples quanto parece à primeira vista.
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O que é um atenuador e como ele funciona
Um atenuador é um dispositivo para reduzir intencionalmente e normalmente a amplitude ou potência de um sinal de entrada sem distorcer sua forma.
O princípio de operação dos atenuadores usados na faixa de radiofrequência - divisor de tensão com resistores ou capacitores. O sinal de entrada é distribuído entre os resistores na proporção das resistências. A solução mais simples é um divisor de dois resistores. Tal atenuador é chamado em forma de L (na literatura técnica estrangeira - em forma de L). Qualquer um dos lados deste dispositivo desbalanceado pode servir como entrada e saída.Uma característica do atenuador G é um baixo nível de perdas ao combinar a entrada e a saída.
Tipos de atenuadores
Na prática, o atenuador G não é usado com tanta frequência - principalmente para combinar as resistências de entrada e saída. Dispositivos do tipo P (na literatura estrangeira Pi - da letra latina π) e dispositivos do tipo T são usados muito mais amplamente para atenuação normalizada de sinais. Este princípio permite criar dispositivos com a mesma impedância de entrada e saída (mas, se necessário, você pode usar diferentes).
A figura mostra dispositivos desbalanceados. A fonte e a carga devem ser conectadas a eles com linhas não balanceadas - cabos coaxiais, etc. de qualquer direção.
Para linhas balanceadas (par trançado, etc.), são usados circuitos balanceados - às vezes são chamados de atenuadores do tipo H e O, embora sejam apenas variações dos dispositivos anteriores.
Ao adicionar um (dois) resistores, os tipos de atenuador T- (H-) são convertidos em pontes.
Os atenuadores são produzidos pela indústria na forma de dispositivos completos com conectores para conexão, mas também podem ser feitos em uma placa de circuito impresso como parte de um circuito geral. Os atenuadores resistivos e capacitivos têm uma vantagem séria - eles não contêm elementos não lineares, o que não distorce o sinal e não leva ao aparecimento de novos harmônicos no espectro e ao desaparecimento dos existentes.
Além dos resistivos, existem outros tipos de atenuadores. Amplamente utilizado na tecnologia industrial:
- atenuadores de limite e polarização - baseados nas propriedades de projeto dos guias de onda;
- atenuadores absorventes - a atenuação do sinal causa absorção de energia por materiais especialmente selecionados;
- atenuadores ópticos;
Esses tipos de dispositivos são usados na tecnologia de micro-ondas e na faixa de frequência da luz. Em frequências baixas e de rádio, são usados atenuadores baseados em resistores e capacitores.
Características principais
O principal parâmetro que determina as propriedades dos atenuadores é o coeficiente de atenuação. É medido em decibéis. Para entender quantas vezes a amplitude do sinal diminui após passar pelo circuito atenuador, é necessário recalcular o coeficiente de decibéis para tempos. Na saída de um dispositivo que reduz a amplitude do sinal em N decibéis, a tensão será M vezes menor:
M=10(N/20) (para potência — M=10(N/10)) .
Cálculo reverso:
N=20⋅log10(M) (para potência N=10⋅log10(M)).
Portanto, para um atenuador com Kosl \u003d -3 dB (o coeficiente é sempre negativo, pois o valor sempre diminui), o sinal de saída terá uma amplitude de 0,708 do original. E se a amplitude de saída for duas vezes menor que a original, então Kosl é aproximadamente igual a -6 dB.
As fórmulas são bastante complexas para cálculos mentais, por isso é melhor usar calculadoras online, das quais existem muitas na Internet.
Para dispositivos ajustáveis (escalonados ou suaves), os limites de ajuste são indicados.
Outro parâmetro importante é a impedância da onda (impedância) na entrada e na saída (podem ser iguais). Essa resistência está associada a uma característica como a razão de onda estacionária (SWR) - é frequentemente indicada em produtos industriais. Para uma carga puramente resistiva, este coeficiente é calculado pela fórmula:
- ROE=ρ/R se ρ>R, onde R é a resistência de carga e ρ é a impedância de onda da linha.
- ROE= R/ρ se ρ<R.
ROE é sempre maior ou igual a 1. Se R=ρ, toda a potência é transferida para a carga. Quanto mais esses valores diferem, maior a perda.Assim, com ROE = 1,2, 99% da potência atingirá a carga e com ROE = 3 - já 75%. Ao conectar um atenuador de 75 ohm a um cabo de 50 ohm (ou vice-versa), ROE = 1,5 e a perda será de 4%.
Outras características importantes a mencionar:
- faixa de frequência de operação;
- força maxima.
Também é importante um parâmetro como precisão - significa o desvio permitido da atenuação do nominal. Para atenuadores industriais, as características são aplicadas ao caso.
Em alguns casos, a potência do dispositivo é importante. A energia que não chegou ao consumidor é dissipada pelos elementos atenuadores, por isso é fundamental evitar sobrecarga.
Existem fórmulas para calcular as principais características dos atenuadores resistivos de vários projetos, mas são complicadas e contêm logaritmos. Portanto, para usá-los, você precisa de pelo menos uma calculadora. Portanto, para o auto-cálculo, é mais conveniente usar programas especiais (incluindo online).
Atenuadores ajustáveis
O coeficiente de atenuação e a ROE são afetados pelo valor de todos os elementos que compõem o atenuador, portanto, crie dispositivos baseados em resistores com regulação suave dos parâmetros é difícil. Ao alterar a atenuação, é necessário ajustar a ROE e vice-versa. Tais problemas podem ser resolvidos usando amplificadores com ganho menor que 1.
Tais dispositivos são construídos em transistores ou UO, mas há um problema de linearidade. Não é fácil criar um amplificador que não distorça a forma de onda em uma ampla faixa de frequência. A regulação passo a passo é muito mais usada - os atenuadores são conectados em série, seu enfraquecimento é somado. Os circuitos necessários são desviados (contatos de relé etc).Assim, o coeficiente de atenuação desejado é obtido sem alterar a resistência da onda.
Existem projetos de dispositivos para atenuar o sinal com ajuste suave, construídos em transformadores de banda larga (SHPT). Eles são usados em tecnologia de comunicação amadora nos casos em que os requisitos para combinar a entrada e a saída são baixos.
O ajuste suave de atenuadores construídos em guias de onda é obtido alterando as dimensões geométricas. Os atenuadores ópticos também são produzidos com controle de atenuação suave, mas esses dispositivos têm um design bastante complicado, pois contêm um sistema de lentes, filtros ópticos etc.
Area de aplicação
Se o atenuador tiver resistências de entrada e saída diferentes, além da função de atenuação, ele poderá atuar como um dispositivo de correspondência. Portanto, se você precisar conectar cabos de 75 e 50 ohms, poderá colocar um calculado adequadamente entre eles e, juntamente com a atenuação normalizada, também poderá corrigir o grau de correspondência.
Nos equipamentos receptores, são usados atenuadores para evitar sobrecarregar os circuitos de entrada com poderosa radiação espúria. Em alguns casos, atenuar o sinal interferente, mesmo ao mesmo tempo que um sinal desejado fraco, pode melhorar a qualidade da recepção reduzindo o nível de interferência de intermodulação.
Na tecnologia de medição, os atenuadores podem ser usados como desacoplamento - eles reduzem o efeito da carga na fonte do sinal de referência. Atenuadores ópticos são amplamente utilizados em equipamentos de teste de transceptor para linhas de comunicação de fibra óptica.Com a ajuda deles, a atenuação em uma linha real é modelada e as condições e os limites da comunicação estável são determinados.
Na tecnologia de áudio, os atenuadores são usados como dispositivos de controle de potência. Ao contrário dos potenciômetros, eles fazem isso com menos perda de potência. Aqui é mais fácil garantir um ajuste suave, pois a resistência da onda não é importante - apenas a atenuação importa. Nas redes de televisão por cabo, os atenuadores eliminam a sobrecarga das entradas de TV e permitem manter a qualidade da transmissão independentemente das condições de recepção.
Não sendo o dispositivo mais complexo, o atenuador encontra a mais ampla aplicação em circuitos de radiofrequência e permite solucionar diversos problemas. Nas frequências de micro-ondas e ópticas, esses dispositivos são construídos de forma diferente e são unidades industriais complexas.
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