Verzwakkers

Wat zijn verzwakkers?

Verzwakkers zijn passieve apparaten. Het is handig om ze samen met decibellen te bespreken. Verzwakkers verzwakken of verzwakken de high-level output van een signaalgenerator, bijvoorbeeld om een ​​lager signaal te leveren voor zoiets als de antenne-ingang van een gevoelige radio-ontvanger. (figuur hieronder) De verzwakker kan worden ingebouwd in de signaalgenerator of een op zichzelf staand apparaat zijn. Het kan een vaste of instelbare hoeveelheid demping bieden. Een verzwakkersectie kan ook zorgen voor isolatie tussen een bron en een lastige belasting.

De verzwakker met constante impedantie is afgestemd op de bronimpedantie ZI en de belastingsimpedantie ZO. Voor radiofrequentieapparatuur is Z 50 Ω.

In het geval van een stand-alone verzwakker, moet deze in serie worden geplaatst tussen de signaalbron en de belasting door het signaalpad open te breken zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Bovendien moet het overeenkomen met zowel de bronimpedantie Z Ik en de belastingsimpedantie Z O , terwijl een gespecificeerde hoeveelheid demping wordt geboden. In deze sectie zullen we alleen het speciale en meest voorkomende geval beschouwen waarin de bron- en belastingsimpedanties gelijk zijn. In deze sectie wordt hier geen rekening mee gehouden, ongelijke bron- en belastingsimpedanties kunnen worden gecompenseerd door een verzwakkersectie. De formulering is echter complexer.

T-sectie en Π sectie verzwakkers zijn veelvoorkomende vormen.

Veelvoorkomende configuraties zijn de T en Π netwerken weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Meerdere verzwakkersecties kunnen in cascade worden geplaatst wanneer zelfs zwakkere signalen nodig zijn, zoals in de onderstaande afbeelding.

Gebruik van decibel voor verzwakkers

Spanningsverhoudingen, zoals gebruikt bij het ontwerp van verzwakkers, worden vaak uitgedrukt in decibel. De spanningsverhouding moet worden afgeleid uit de demping in decibel. Vermogensverhoudingen uitgedrukt in decibel zijn additief. Een verzwakker van 10 dB gevolgd door een verzwakker van 6 dB levert bijvoorbeeld in totaal 16 dB demping.

10 dB + 6 db =16 dB

Veranderende geluidsniveaus zijn waarneembaar ongeveer evenredig met de logaritme van de vermogensverhouding (PI / PO).

geluidsniveau =log10(PI / PO)

Een verandering van 1 dB in geluidsniveau is nauwelijks waarneembaar voor een luisteraar, terwijl 2 db goed waarneembaar is. Een demping van 3 dB komt overeen met de helft van het snijvermogen, terwijl een versterking van 3 dB overeenkomt met een verdubbeling van het vermogen. Een versterking van -3 dB is hetzelfde als een demping van +3 dB, wat overeenkomt met de helft van het oorspronkelijke vermogensniveau.

De vermogensverandering in decibel in termen van vermogensverhouding is:

dB =10 log10(PI / PO)

Ervan uitgaande dat de belasting RI bij PI gelijk is aan de belastingsweerstand RO bij PO(RI =RO), kunnen de decibellen worden afgeleid uit de spanningsverhouding (VI / VO) of stroomverhouding (II / IO):

PO =VO IO =VO2 / R =IO2 R PI =VI II =VI2 / R =II2 R dB =10 log10(PI / PO) =10 log10(VI2 / VO2) =20 log10(VI/VO) dB =10 log10(PI / PO) =10 log10(II2 / IO2) =20 log10(II/IO)

Decibelvergelijkingen

De twee meest gebruikte vormen van de decibelvergelijking zijn:

dB =10 log10(PI / PO) of dB =20 log10(VI / VO)

We zullen de laatste vorm gebruiken, omdat we de spanningsverhouding nodig hebben. Nogmaals, de spanningsverhoudingsvorm van vergelijking is alleen van toepassing wanneer de twee corresponderende weerstanden gelijk zijn. Dat wil zeggen dat de bron- en belastingsweerstand gelijk moeten zijn.

Voorbeelden met de decibelvergelijkingen

Voorbeeld: Het vermogen in een verzwakker is 10 Watt, het uitgangsvermogen is 1 Watt. Zoek de demping in dB.

dB =10 log10(PI / PO) =10 log10 (10 /1) =10 log10 (10) =10 (1) =10 dB

Voorbeeld: Zoek de spanningsverzwakkingsverhouding (K=(VI / VO)) voor een verzwakker van 10 dB.

dB =10=20 log10(VI / VO) 10/20 =log10(VI / VO) 1010/20 =10log10(VI / VO) 3.16 =(VI / VO) =​​AP(ratio)

Voorbeeld: Het vermogen in een verzwakker is 100 milliwatt, het uitgangsvermogen is 1 milliwatt. Zoek de demping in dB.

dB =10 log10(PI / PO) =10 log10 (100 /1) =10 log10 (100) =10 (2) =20 dB

Voorbeeld: Zoek de spanningsverzwakkingsverhouding (K=(VI / VO)) voor een verzwakker van 20 dB.

dB =20=20 log10(VI / VO ) 1020/20 =10 log10(VI / VO) 10 =(VI / VO) =​​K

T-sectie verzwakker

De T- en Π-verzwakkers moeten worden aangesloten op een Z bron en Z belasting impedantie. De Z -(pijlen) die van de verzwakker af wijzen in onderstaande figuur geven dit aan. De Z - (pijlen) die naar de verzwakker wijzen, geeft aan dat de impedantie die wordt gezien in de verzwakker met een belasting Z aan het andere uiteinde, Z is, Z =50 Ω voor ons geval. Deze impedantie is een constante (50 ) met betrekking tot verzwakking - de impedantie verandert niet wanneer de verzwakking wordt gewijzigd.

De tabel in de onderstaande afbeelding bevat weerstandswaarden voor de T en Π verzwakkers die passen bij een bron/belasting van 50 Ω, zoals gebruikelijk is bij radiofrequentiewerk.

Telefoonhulpprogramma's en ander audiowerk vereisen vaak afstemming op 600 Ω. Vermenigvuldig alle R waarden door de verhouding (600/50) om te corrigeren voor 600 Ω-overeenkomst. Vermenigvuldigen met 75/50 zou tabelwaarden converteren om overeen te komen met een 75 Ω bron en laden.

Formules voor T-sectie verzwakkerweerstanden, gegeven K, de spanningsverzwakkingsverhouding en ZI =ZO =50 Ω.

De mate van demping wordt gewoonlijk aangegeven in dB (decibel). We hebben echter de spanning (of stroom) verhouding K . nodig om de weerstandswaarden uit vergelijkingen te vinden. Zie de dB/20 term in de macht van 10 term voor het berekenen van de spanningsverhouding K van dB, hierboven.

De T (en onder Π ) configuraties worden het meest gebruikt omdat ze bidirectionele matching bieden. Dat wil zeggen, de ingang en uitgang van de verzwakker kunnen eind voor eind worden verwisseld en nog steeds overeenkomen met de bron- en belastingsimpedanties terwijl dezelfde demping wordt geleverd.

De bron loskoppelen en naar rechts kijken bij V Ik , we moeten een serie parallelle combinatie zien van R 1 , R 2 , R 1 , en Z ziet eruit als een equivalente weerstand van Z IN , hetzelfde als de bron/belastingsimpedantie Z:(een belasting van Z is aangesloten op de uitgang.)

ZIN =R1 + (R2 ||(R1 + Z))

Vervang bijvoorbeeld de 10 dB-waarden uit de 50 Ω verzwakkertabel voor R 1 en R 2 zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

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

Dit laat ons zien dat we 50 Ω recht in de voorbeeldverzwakker (figuur hieronder) zien kijken met een belasting van 50 Ω.

De brongenerator vervangen, belasting loskoppelen Z bij V O , en als we naar links kijken, zouden we dezelfde vergelijking moeten geven als hierboven voor de impedantie bij V O , vanwege symmetrie. Bovendien moeten de drie weerstanden waarden zijn die de vereiste demping van ingang naar uitgang leveren. Dit wordt bereikt door de vergelijkingen voor R 1 en R 2 hierboven zoals toegepast op de T -verzwakker hieronder.

PI-sectie verzwakker

De tabel in de onderstaande afbeelding bevat weerstandswaarden voor de Π verzwakker die overeenkomt met een bron/belasting van 50 Ω op een aantal gebruikelijke dempingsniveaus. De weerstanden die overeenkomen met andere dempingsniveaus kunnen worden berekend uit de vergelijkingen.

Formules voor Π-sectie verzwakkerweerstanden, gegeven K, de spanningsverzwakkingsverhouding en ZI =ZO =50 Ω.

Het bovenstaande is van toepassing op de onderstaande π-verzwakker.

Welke weerstandswaarden zijn vereist voor zowel de Π verzwakkers voor 10 dB demping die overeenkomt met een 50 Ω bron en belasting?

10 dB Π-sectie verzwakker voorbeeld voor het matchen van een 50 Ω bron en belasting.

De 10 dB komt overeen met een spanningsverzwakkingsverhouding van K=3,16 in de voorlaatste regel van de bovenstaande tabel. Breng de weerstandswaarden in die lijn over naar de weerstanden op het schema in de bovenstaande afbeelding.

L-sectie verzwakker

De tabel in de onderstaande afbeelding bevat weerstandswaarden voor de L verzwakkers die passen bij een bron/belasting van 50 Ω. De tabel in de onderstaande afbeelding bevat ook weerstandswaarden voor een alternatieve vorm. Merk op dat de weerstandswaarden niet hetzelfde zijn.

L-sectie verzwakkertabel voor 50 Ω bron en belastingsimpedantie.

Het bovenstaande is van toepassing op de L verzwakker hieronder.

Alternatieve vorm L-sectie verzwakkertafel voor 50 Ω bron en belastingsimpedantie.

Overbrugde demper

De tabel in de onderstaande afbeelding bevat weerstandswaarden voor de overbrugde T verzwakkers om overeen te komen met een 50 Ω bron en belasting. De overbrugde-T verzwakker wordt niet vaak gebruikt. Waarom niet?

Formules en verkorte tabel voor overbrugde T-verzwakkersectie, Z =50 Ω.

Getrapte secties

Verzwakkersecties kunnen worden gecascadeerd zoals in de onderstaande afbeelding voor meer demping dan mogelijk is met een enkele sectie. Er kunnen bijvoorbeeld twee verzwakkers van 10 db in cascade worden geplaatst om een ​​demping van 20 dB te verschaffen, waarbij de dB-waarden additief zijn. De spanningsverzwakkingsverhouding K of V Ik /V O voor een 10 dB verzwakkersectie is 3.16. De spanningsverzwakkingsverhouding voor de twee gecascadeerde secties is het product van de twee K s of 3.16x3.16=10 voor de twee getrapte secties.

Gecascadeerde verzwakkersecties:dB-verzwakking is additief.

Variabele demping kan in discrete stappen worden verschaft door een geschakelde verzwakker. Het voorbeeld in de onderstaande afbeelding, weergegeven in de 0 dB-positie, is in staat tot demping van 0 tot 7 dB door additief schakelen van geen, een of meer secties.

Geschakelde verzwakker:demping is variabel in discrete stappen.

De typische verzwakker met meerdere secties heeft meer secties dan de bovenstaande afbeelding laat zien. De toevoeging van een sectie van 3 of 8 dB hierboven stelt het apparaat in staat om tot 10 dB en meer te dekken. Lagere signaalniveaus worden bereikt door de toevoeging van 10 dB en 20 dB secties, of een binair meervoudig 16 dB sectie.

RF-verzwakkers

Voor radiofrequent (RF) werk (<1000 Mhz), moeten de afzonderlijke secties in afgeschermde compartimenten worden gemonteerd om capacitieve koppeling te dwarsbomen als lagere signaalniveaus bij de hoogste frequenties moeten worden bereikt. De afzonderlijke secties van de geschakelde dempers in de vorige sectie zijn gemonteerd in afgeschermde secties. Er kunnen aanvullende maatregelen worden genomen om het frequentiebereik uit te breiden tot meer dan 1000 Mhz. Dit omvat een constructie van speciaal gevormde loodvrije weerstandselementen.

Een coaxiale T-sectie verzwakker bestaande uit resistieve staven en een resistieve schijf wordt getoond in de bovenstaande afbeelding. Deze constructie is bruikbaar tot enkele gigahertz. De coaxiale Π-versie zou één resistieve staaf hebben tussen twee resistieve schijven in de coaxiale lijn, zoals in de onderstaande afbeelding.

RF-connectoren, niet weergegeven, zijn bevestigd aan de uiteinden van de bovenstaande T- en Π-verzwakkers. De connectoren maken het mogelijk om individuele verzwakkers in cascade te schakelen, naast een verbinding tussen een bron en een belasting. Er kan bijvoorbeeld een 10 dB verzwakker worden geplaatst tussen een lastige signaalbron en een dure spectrumanalysatoringang. Ook al hebben we de demping misschien niet nodig, de dure testapparatuur wordt beschermd tegen de bron door eventuele overspanning te dempen.

Samenvatting:verzwakkers

• Een verzwakker reduceert een ingangssignaal naar een lager niveau.
• De hoeveelheid demping wordt gespecificeerd in decibel (dB). Decibelwaarden zijn additief voor gecascadeerde verzwakkersecties.
• dB van vermogensverhouding:dB =10 log10(PI / PO)
• dB van spanningsverhouding:dB =20 log10(VI / VO)
• T en Π sectieverzwakkers zijn de meest voorkomende circuitconfiguraties.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad decibelmetingen