Bei der Entwicklung elektronischer Schaltungen ist es normalerweise notwendig, das Problem der Signalverstärkung zu lösen - ihre Amplitude oder Leistung zu erhöhen. Es gibt jedoch Situationen, in denen der Signalpegel im Gegenteil abgeschwächt werden muss. Und diese Aufgabe ist nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick scheint.
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Was ist ein Dämpfungsglied und wie funktioniert es?
Ein Dämpfungsglied ist ein Gerät zum absichtlichen und normalen Reduzieren der Amplitude oder Leistung eines Eingangssignals, ohne seine Form zu verzerren.
Das Funktionsprinzip von Dämpfungsgliedern, die im Hochfrequenzbereich verwendet werden - Spannungsteiler mit Widerständen oder Kondensatoren. Das Eingangssignal wird proportional zu den Widerständen auf die Widerstände verteilt. Die einfachste Lösung ist ein Teiler aus zwei Widerständen. Ein solches Dämpfungsglied wird L-förmig genannt (in der ausländischen Fachliteratur - L-förmig). Jede Seite dieses unsymmetrischen Geräts kann als Ein- und Ausgang dienen.Der G-Dämpfer zeichnet sich durch geringe Verluste bei der Anpassung von Ein- und Ausgang aus.
Arten von Dämpfungsgliedern
In der Praxis wird der G-Attenuator nicht so oft verwendet - hauptsächlich um die Eingangs- und Ausgangswiderstände anzupassen. P-Typ-Geräte (in der ausländischen Literatur Pi - vom lateinischen Buchstaben π) und T-Typ-Geräte werden viel häufiger zur normalisierten Dämpfung von Signalen verwendet. Dieses Prinzip ermöglicht es Ihnen, Geräte mit der gleichen Eingangs- und Ausgangsimpedanz zu erstellen (aber bei Bedarf können Sie unterschiedliche verwenden).
Die Abbildung zeigt unsymmetrische Geräte. Quelle und Last müssen mit unsymmetrischen Leitungen - Koaxialkabeln usw. - an sie angeschlossen werden. aus jeder Richtung.
Für symmetrische Leitungen (Twisted Pair usw.) werden symmetrische Schaltungen verwendet - sie werden manchmal als H- und O-Dämpfungsglieder bezeichnet, obwohl dies nur Variationen der vorherigen Geräte sind.
Durch Hinzufügen von einem (zwei) Widerständen werden die Abschwächer T- (H-) Typen in Brückentypen umgewandelt.
Dämpfungsglieder werden von der Industrie in Form von kompletten Geräten mit Steckverbindern zum Anschluss hergestellt, sie können aber auch als Teil einer allgemeinen Schaltung auf einer Leiterplatte hergestellt werden. Widerstands- und kapazitive Dämpfungsglieder haben ein ernstes Plus - sie enthalten keine nichtlinearen Elemente, was das Signal nicht verzerrt und nicht zum Auftreten neuer Harmonischer im Spektrum und zum Verschwinden vorhandener führt.
Neben resistiven gibt es noch andere Arten von Dämpfungsgliedern. Weit verbreitet in der Industrietechnik:
- Begrenzungs- und Polarisationsdämpfer - basierend auf den Konstruktionseigenschaften von Wellenleitern;
- absorbierende Dämpfungsglieder - Signaldämpfung verursacht Leistungsabsorption durch speziell ausgewählte Materialien;
- optische Dämpfungsglieder;
Derartige Geräte werden in der Mikrowellentechnik und im Lichtfrequenzbereich eingesetzt. Bei niedrigen und Hochfrequenzen werden Dämpfungsglieder auf Basis von Widerständen und Kondensatoren verwendet.
Hauptmerkmale
Der Hauptparameter, der die Eigenschaften von Dämpfungsgliedern bestimmt, ist der Dämpfungskoeffizient. Sie wird in Dezibel gemessen. Um zu verstehen, wie oft die Signalamplitude nach dem Durchgang durch die Dämpfungsschaltung abnimmt, muss der Koeffizient von Dezibel in Zeiten umgerechnet werden. Am Ausgang eines Geräts, das die Signalamplitude um N Dezibel reduziert, ist die Spannung M-mal geringer:
M=10(N/20) (für Macht — M=10(N/10)) .
Rückrechnung:
N=20⋅log10(M) (für Leistung N=10⋅log10(M)).
Bei einem Dämpfungsglied mit Kosl \u003d -3 dB (der Koeffizient ist immer negativ, da der Wert immer abnimmt) hat das Ausgangssignal eine Amplitude von 0,708 gegenüber dem Original. Und wenn die Ausgangsamplitude zweimal kleiner als die ursprüngliche ist, dann ist Kosl ungefähr gleich -6 dB.
Die Formeln sind für Kopfrechnungen recht komplex, daher ist es besser, Online-Rechner zu verwenden, von denen es im Internet sehr viele gibt.
Bei einstellbaren Geräten (gestuft oder stufenlos) sind Einstellgrenzen angegeben.
Ein weiterer wichtiger Parameter ist der Wellenwiderstand (Impedanz) am Ein- und Ausgang (sie können gleich sein). Dieser Widerstand ist mit einer Eigenschaft wie dem Stehwellenverhältnis (SWR) verbunden - es wird häufig auf Industrieprodukten angegeben. Für eine rein ohmsche Last wird dieser Koeffizient nach folgender Formel berechnet:
- SWR=ρ/R wenn ρ>R, wobei R der Lastwiderstand und ρ der Wellenwiderstand der Leitung ist.
- SWR= R/ρ falls ρ<R.
Das SWR ist immer größer oder gleich 1. Wenn R = ρ, wird die gesamte Leistung an die Last übertragen. Je mehr sich diese Werte unterscheiden, desto größer ist der Verlust.Bei SWR = 1,2 kommen also 99 % der Leistung an der Last an, bei SWR = 3 schon 75 %. Wenn ein 75-Ohm-Dämpfungsglied an ein 50-Ohm-Kabel (oder umgekehrt) angeschlossen wird, beträgt das SWR = 1,5 und der Verlust beträgt 4 %.
Weitere wichtige Funktionen, die zu erwähnen sind:
- Betriebsfrequenzbereich;
- maximale Leistung.
Wichtig ist auch ein Parameter wie Genauigkeit - es bedeutet die zulässige Abweichung der Dämpfung vom Nennwert. Bei industriellen Dämpfungsgliedern werden die Kennlinien auf das Gehäuse angewendet.
In einigen Fällen ist die Leistung des Geräts wichtig. Die Energie, die den Verbraucher nicht erreicht hat, wird durch die Dämpfungselemente abgebaut, daher ist es wichtig, eine Überlastung zu vermeiden.
Es gibt Formeln zur Berechnung der Haupteigenschaften von Widerstandsdämpfern verschiedener Bauart, aber sie sind umständlich und enthalten Logarithmen. Um sie zu verwenden, benötigen Sie daher mindestens einen Taschenrechner. Daher ist es für die Selbstberechnung bequemer, spezielle Programme (auch online) zu verwenden.
Einstellbare Dämpfungsglieder
Der Dämpfungskoeffizient und das SWR werden durch den Wert aller Elemente beeinflusst, aus denen das Dämpfungsglied besteht, also erstellen Sie Geräte basierend auf Widerstände mit glatter Regulierung der Parameter ist schwierig. Durch die Änderung der Dämpfung muss das SWR angepasst werden und umgekehrt. Solche Probleme können durch die Verwendung von Verstärkern mit einer Verstärkung von weniger als 1 gelöst werden.
Solche Geräte sind auf Transistoren aufgebaut oder OU, aber es gibt ein Problem der Linearität. Es ist nicht einfach, einen Verstärker zu bauen, der die Wellenform über einen weiten Frequenzbereich nicht verzerrt. Viel weiter verbreitet ist die Stufenregelung - die Dämpfungsglieder werden in Reihe geschaltet, ihre Schwächung wird aufsummiert. Die benötigten Stromkreise werden überbrückt (Relaiskontakte usw).So wird der gewünschte Dämpfungskoeffizient erreicht, ohne den Wellenwiderstand zu verändern.
Es gibt Konstruktionen von Geräten zur Dämpfung des Signals mit sanfter Anpassung, die auf Breitbandtransformatoren (SHPT) aufgebaut sind. Sie werden in der Amateurkommunikationstechnik dort eingesetzt, wo die Anforderungen an die Anpassung von Eingang und Ausgang gering sind.
Eine sanfte Abstimmung von Dämpfungsgliedern, die auf Wellenleitern aufgebaut sind, wird durch Ändern der geometrischen Abmessungen erreicht. Optische Dämpfer werden auch mit sanfter Dämpfungssteuerung hergestellt, aber solche Geräte haben ein ziemlich kompliziertes Design, da sie ein System aus Linsen, optischen Filtern usw. enthalten.
Anwendungsgebiet
Besitzt das Dämpfungsglied unterschiedliche Eingangs- und Ausgangswiderstände, kann es neben der Dämpfungsfunktion auch als Anpasseinrichtung fungieren. Wenn Sie also Kabel mit 75 und 50 Ohm anschließen müssen, können Sie ein entsprechend berechnetes dazwischenlegen und zusammen mit der normalisierten Dämpfung auch den Anpassungsgrad korrigieren.
In Empfangsgeräten werden Dämpfungsglieder verwendet, um eine Überlastung der Eingangskreise durch starke Störstrahlung zu vermeiden. In einigen Fällen kann die Dämpfung des Störsignals, sogar gleichzeitig mit einem schwachen Nutzsignal, die Empfangsqualität verbessern, indem der Pegel der Intermodulationsstörung reduziert wird.
In der Messtechnik können Dämpfungsglieder zur Entkopplung eingesetzt werden – sie reduzieren den Einfluss der Last auf die Quelle des Referenzsignals. Optische Dämpfungsglieder werden häufig beim Testen von Transceiver-Geräten für faseroptische Kommunikationsleitungen verwendet.Mit ihrer Hilfe wird die Dämpfung in einer realen Leitung modelliert und die Bedingungen und Grenzen einer stabilen Kommunikation ermittelt.
In der Audiotechnik werden Dämpfungsglieder als Leistungssteuergeräte eingesetzt. Im Gegensatz zu Potentiometern tun sie dies mit weniger Verlustleistung. Hier ist es einfacher, eine reibungslose Anpassung zu gewährleisten, da der Wellenwiderstand nicht wichtig ist, sondern nur die Dämpfung zählt. In Fernsehkabelnetzen eliminieren Dämpfungsglieder eine Überlastung der TV-Eingänge und ermöglichen es Ihnen, die Übertragungsqualität unabhängig von den Empfangsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Da das Dämpfungsglied nicht das komplexeste Gerät ist, findet es die breiteste Anwendung in Hochfrequenzschaltungen und ermöglicht es Ihnen, verschiedene Probleme zu lösen. Bei Mikrowellen- und optischen Frequenzen sind diese Geräte anders aufgebaut und sie sind komplexe industrielle Einheiten.
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