Atenuadores

O que são atenuadores?

Atenuadores são dispositivos passivos. É conveniente discuti-los junto com os decibéis. Atenuadores enfraquecem ou atenuam a saída de alto nível de um gerador de sinal, por exemplo, para fornecer um sinal de nível inferior para algo como a entrada da antena de um receptor de rádio sensível. (figura abaixo) O atenuador pode ser embutido no gerador de sinal ou ser um dispositivo autônomo. Pode fornecer uma quantidade fixa ou ajustável de atenuação. Uma seção de atenuador também pode fornecer isolamento entre uma fonte e uma carga problemática.



O atenuador de impedância constante é compatível com a impedância da fonte ZI e a impedância de carga ZO. Para equipamento de radiofrequência, Z é 50 Ω.

No caso de um atenuador autônomo, ele deve ser colocado em série entre a fonte do sinal e a carga, abrindo o caminho do sinal conforme mostrado na figura acima. Além disso, deve corresponder à impedância da fonte Z I e a impedância de carga Z O , enquanto fornece uma quantidade especificada de atenuação. Nesta seção, consideraremos apenas o caso especial e mais comum em que as impedâncias da fonte e da carga são iguais. Não considerado nesta seção, fontes desiguais e impedâncias de carga podem ser combinadas por uma seção de atenuador. No entanto, a formulação é mais complexa.



Atenuadores de seção T e seção Π são formas comuns.

As configurações comuns são o T e Π redes mostradas na figura acima. Múltiplas seções do atenuador podem ser colocadas em cascata quando sinais ainda mais fracos são necessários, como na figura abaixo.

Uso de decibéis para atenuadores

As relações de tensão, conforme usadas no projeto de atenuadores, são frequentemente expressas em termos de decibéis. A relação de tensão deve ser derivada da atenuação em decibéis. As relações de potência expressas em decibéis são aditivas. Por exemplo, um atenuador de 10 dB seguido por um atenuador de 6 dB fornece 16 dB de atenuação geral.

10 dB + 6 db =16 dB

Mudar os níveis de som são perceptíveis aproximadamente proporcionais ao logaritmo da relação de potência (PI / PO).

nível de som =log10 (PI / PO)

Uma mudança de 1 dB no nível de som é quase imperceptível para um ouvinte, enquanto 2 dB é prontamente perceptível. Uma atenuação de 3dB corresponde a cortar a potência pela metade, enquanto um ganho de 3 db corresponde a uma duplicação do nível de potência. Um ganho de -3 dB é o mesmo que uma atenuação de +3 dB, correspondendo à metade do nível de potência original.

A mudança de potência em decibéis em termos de relação de potência é:

dB =10 log10 (PI / PO)

Assumindo que a carga RI em PI é a mesma que o resistor de carga RO em PO (RI =RO), os decibéis podem ser derivados da relação de tensão (VI / VO) ou relação de corrente (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)

Equações de decibéis

As duas formas mais utilizadas da equação de decibéis são:

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

Usaremos a última forma, pois precisamos da relação de tensão. Mais uma vez, a forma da equação da razão de tensão só é aplicável onde os dois resistores correspondentes são iguais. Ou seja, a fonte e a resistência da carga precisam ser iguais.

Exemplos usando as equações de decibéis

Exemplo: A potência de um atenuador é de 10 Watts, a saída de energia é de 1 Watt. Encontre a atenuação em dB.

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

Exemplo: Encontre a taxa de atenuação de tensão (K =(VI / VO)) para um atenuador de 10 dB.

dB =10 =20 log10 (VI / VO) 10/20 =log10 (VI / VO) 1010/20 =10log10 (VI / VO) 3,16 =(VI / VO) =​​AP (proporção)

Exemplo: A potência de um atenuador é de 100 miliwatts, a saída de potência é de 1 miliwatt. Encontre a atenuação em dB.

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

Exemplo: Encontre a taxa de atenuação de tensão (K =(VI / VO)) para um atenuador de 20 dB.

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

Atenuador de seção T

Os atenuadores T e Π devem ser conectados a um Z fonte e Z impedância de carga. O Z - (setas) apontando para longe do atenuador na figura abaixo indicam isso. O Z - (setas) apontando para o atenuador indica que a impedância vista olhando para o atenuador com uma carga Z na extremidade oposta é Z, Z =50 Ω para o nosso caso. Esta impedância é uma constante (50 Ω) com respeito à atenuação - a impedância não muda quando a atenuação é alterada.

A tabela na figura abaixo lista os valores do resistor para o T e Π atenuadores para corresponder a uma fonte / carga de 50 Ω, como é o requisito usual em trabalhos de radiofrequência.

A utilidade do telefone e outros trabalhos de áudio geralmente requerem a correspondência de 600 Ω. Multiplique todos os R valores pela proporção (600/50) para corrigir para correspondência de 600 Ω. Multiplicar por 75/50 converteria os valores da tabela para corresponder a uma fonte e carga de 75 Ω.



Fórmulas para resistores atenuadores de seção T, dados K, a razão de atenuação de tensão, e ZI =ZO =50 Ω.

A quantidade de atenuação é normalmente especificada em dB (decibéis). Porém, precisamos da relação de tensão (ou corrente) K para encontrar os valores do resistor das equações. Veja o dB / 20 termo em poder de 10 termo para calcular a relação de tensão K de dB, acima.

O T (e abaixo de Π ) configurações são mais comumente usadas, pois fornecem correspondência bidirecional. Ou seja, a entrada e a saída do atenuador podem ser trocadas ponta a ponta e ainda corresponder às impedâncias de fonte e carga, fornecendo a mesma atenuação.

Desconectando a fonte e olhando para a direita em V I , precisamos ver uma combinação paralela em série de R 1 , R 2 , R 1 , e Z parecendo uma resistência equivalente a Z IN , o mesmo que a fonte / impedância de carga Z:(uma carga de Z é conectada à saída.)

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

Por exemplo, substitua os valores de 10 dB da tabela do atenuador de 50 Ω por R 1 e R 2 conforme mostrado na figura abaixo.

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

Isso nos mostra que vemos 50 Ω olhando diretamente para o atenuador de exemplo (figura abaixo) com uma carga de 50 Ω.

Substituindo o gerador de fonte, desconectando a carga Z em V O , e olhando para a esquerda, deve nos dar a mesma equação acima para a impedância em V O , devido à simetria. Além disso, os três resistores devem ser valores que forneçam a atenuação necessária da entrada à saída. Isso é realizado pelas equações para R 1 e R 2 acima, conforme aplicado ao T -attenuator abaixo.

Atenuador de seção PI

A tabela na figura abaixo lista os valores do resistor para o Π atenuador correspondendo a uma fonte / carga de 50 Ω em alguns níveis de atenuação comuns. Os resistores correspondentes a outros níveis de atenuação podem ser calculados a partir das equações.



Fórmulas para resistores atenuadores de seção Π, dados K, a razão de atenuação de tensão, e ZI =ZO =50 Ω.

O acima se aplica ao atenuador π abaixo.

Quais valores de resistor seriam necessários para o Π atenuadores para 10 dB de atenuação combinando com uma fonte e carga de 50 Ω?



Exemplo de atenuador de seção Π de 10 dB para combinar uma fonte e carga de 50 Ω.

Os 10 dB corresponde a uma razão de atenuação de tensão de K =3,16 na penúltima linha da tabela acima. Transfira os valores do resistor nessa linha para os resistores no diagrama esquemático da figura acima.

Atenuador de seção L

A tabela na figura abaixo lista os valores do resistor para o L atenuadores para corresponder a uma fonte / carga de 50 Ω. A tabela na figura abaixo também lista os valores do resistor para uma forma alternativa. Observe que os valores do resistor não são os mesmos.



Tabela de atenuador de seção L para fonte de 50 Ω e impedância de carga.

O acima se aplica ao L atenuador abaixo.



Tabela de atenuador de seção L de forma alternativa para fonte de 50 Ω e impedância de carga.

Atenuador T em ponte

A tabela na figura abaixo lista os valores do resistor para o T em ponte atenuadores para corresponder a uma fonte e carga de 50 Ω. O atenuador T em ponte não é usado com frequência. Por que não?



Fórmulas e tabela abreviada para a seção do atenuador T em ponte, Z =50 Ω.

Seções em cascata

As seções do atenuador podem ser colocadas em cascata como na figura abaixo para obter mais atenuação do que pode estar disponível em uma única seção. Por exemplo, dois atenuadores de 10 db podem ser colocados em cascata para fornecer 20 dB de atenuação, sendo os valores de dB aditivos. A relação de atenuação de tensão K ou V I / V O para uma seção de atenuador de 10 dB é 3,16. A razão de atenuação de tensão para as duas seções em cascata é o produto dos dois K s ou 3,16x3,16 =10 para as duas seções em cascata.



Seções do atenuador em cascata:a atenuação em dB é aditiva.

A atenuação variável pode ser fornecida em etapas discretas por um atenuador comutado. O exemplo na figura abaixo, mostrado na posição 0 dB, é capaz de 0 a 7 dB de atenuação por comutação aditiva de nenhuma, uma ou mais seções.



Atenuador comutado:a atenuação é variável em passos discretos.

O atenuador de múltiplas seções típico tem mais seções do que mostra a figura acima. A adição de uma seção de 3 ou 8 dB acima permite que a unidade cubra até 10 dB e além. Níveis de sinal mais baixos são alcançados pela adição de seções de 10 dB e 20 dB, ou uma seção múltipla binária de 16 dB.

Atenuadores de RF

Para trabalho de radiofrequência (RF) (<1000 Mhz), as seções individuais devem ser montadas em compartimentos blindados para impedir o acoplamento capacitivo se níveis de sinal mais baixos forem alcançados nas frequências mais altas. As seções individuais dos atenuadores comutados na seção anterior são montadas em seções blindadas. Medidas adicionais podem ser tomadas para estender a faixa de frequência para além de 1000 Mhz. Isso envolve a construção de elementos resistivos sem chumbo com formatos especiais.



Um atenuador de seção T coaxial consistindo de hastes resistivas e um disco resistivo é mostrado na figura acima. Esta construção pode ser usada por alguns gigahertz. A versão coaxial Π teria uma haste resistiva entre dois discos resistivos na linha coaxial como na figura abaixo.



Os conectores RF, não mostrados, são fixados nas extremidades dos atenuadores T e Π acima. Os conectores permitem que atenuadores individuais sejam colocados em cascata, além de conectar entre uma fonte e carga. Por exemplo, um atenuador de 10 dB pode ser colocado entre uma fonte de sinal problemática e uma entrada de analisador de espectro cara. Mesmo que não precisemos da atenuação, o caro equipamento de teste é protegido da fonte atenuando qualquer sobretensão.

Resumo:Atenuadores

• Um atenuador reduz um sinal de entrada para um nível inferior.
• A quantidade de atenuação é especificada em decibéis (dB). Os valores de decibéis são aditivos para as seções do atenuador em cascata.
• dB da relação de potência:dB =10 log10 (PI / PO)
• dB da relação de tensão:dB =20 log10 (VI / VO)
• T e Π atenuadores de seção são as configurações de circuito mais comuns.

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