เมื่อพัฒนาวงจรอิเล็กทรอนิกส์ มักจะจำเป็นต้องแก้ปัญหาการขยายสัญญาณ - เพิ่มแอมพลิจูดหรือกำลัง แต่มีบางสถานการณ์ที่จำเป็นต้องให้ระดับสัญญาณอ่อนลง และงานนี้ไม่ง่ายอย่างที่คิด
เนื้อหา
ตัวลดทอนคืออะไรและทำงานอย่างไร
ตัวลดทอนสัญญาณเป็นอุปกรณ์สำหรับลดแอมพลิจูดหรือกำลังของสัญญาณอินพุตโดยตั้งใจและโดยปกติโดยไม่บิดเบือนรูปร่าง
หลักการทำงานของตัวลดทอนสัญญาณที่ใช้ในช่วงความถี่วิทยุ - ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าพร้อมตัวต้านทานหรือตัวเก็บประจุ. สัญญาณอินพุตถูกกระจายระหว่างตัวต้านทานตามสัดส่วนของความต้านทาน ทางออกที่ง่ายที่สุดคือตัวหารของตัวต้านทานสองตัว ตัวลดทอนดังกล่าวเรียกว่ารูปตัว L (ในวรรณคดีทางเทคนิคต่างประเทศ - รูปตัว L) ด้านใดด้านหนึ่งของอุปกรณ์ที่ไม่สมดุลนี้สามารถใช้เป็นอินพุตและเอาต์พุตได้คุณสมบัติของ G-attenuator คือการสูญเสียระดับต่ำเมื่อจับคู่อินพุตและเอาต์พุต
ประเภทของตัวลดทอน
ในทางปฏิบัติ G-attenuator ไม่ได้ใช้บ่อยนัก - ส่วนใหญ่เพื่อให้ตรงกับความต้านทานอินพุตและเอาต์พุต อุปกรณ์ประเภท P (ในวรรณคดีต่างประเทศ Pi - จากอักษรละติน π) และอุปกรณ์ประเภท T ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการลดทอนสัญญาณให้เป็นมาตรฐาน หลักการนี้ช่วยให้คุณสร้างอุปกรณ์ที่มีอิมพีแดนซ์อินพุตและเอาต์พุตเหมือนกัน (แต่หากจำเป็น คุณสามารถใช้อุปกรณ์อื่นได้)
รูปแสดงอุปกรณ์ที่ไม่สมดุล แหล่งจ่ายและโหลดต้องเชื่อมต่อกับสายที่ไม่สมดุล - สายโคแอกเซียล ฯลฯ จากทิศทางใดก็ได้
สำหรับเส้นที่สมดุล (คู่บิด ฯลฯ ) วงจรสมดุลจะใช้ - บางครั้งเรียกว่าตัวลดทอนประเภท H และ O แม้ว่าจะเป็นเพียงรูปแบบต่าง ๆ ของอุปกรณ์ก่อนหน้านี้
โดยการเพิ่มตัวต้านทานหนึ่ง (สอง) ตัวลดทอนประเภท T- (H-) จะถูกแปลงเป็นตัวต้านทานแบบบริดจ์
ตัวลดทอนสัญญาณผลิตโดยอุตสาหกรรมในรูปแบบของอุปกรณ์ที่สมบูรณ์พร้อมขั้วต่อสำหรับการเชื่อมต่อ แต่สามารถทำบนแผงวงจรพิมพ์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวงจรทั่วไปได้ ตัวลดทอนแบบต้านทานและแบบคาปาซิทีฟมีข้อดีอย่างมาก - ไม่มีองค์ประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งไม่บิดเบือนสัญญาณและไม่นำไปสู่การปรากฏตัวของฮาร์มอนิกใหม่ในสเปกตรัมและการหายตัวไปของสัญญาณที่มีอยู่
นอกจากตัวต้านทานแล้ว ยังมีตัวลดทอนประเภทอื่นๆ ใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีอุตสาหกรรม:
- ลิมิตและตัวลดทอนโพลาไรซ์ - ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการออกแบบของท่อนำคลื่น
- ตัวลดทอนสัญญาณดูดซับ - การลดทอนสัญญาณทำให้เกิดการดูดซับพลังงานด้วยวัสดุที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษ
- ตัวลดทอนแสง
อุปกรณ์ประเภทนี้ใช้ในเทคโนโลยีไมโครเวฟและในช่วงความถี่แสง ที่ความถี่ต่ำและความถี่วิทยุ ตัวลดทอนสัญญาณที่ใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุจะถูกใช้
ลักษณะสำคัญ
พารามิเตอร์หลักที่กำหนดคุณสมบัติของตัวลดทอนคือค่าสัมประสิทธิ์การลดทอน มีหน่วยวัดเป็นเดซิเบล เพื่อให้เข้าใจว่าแอมพลิจูดของสัญญาณลดลงกี่ครั้งหลังจากผ่านวงจรลดทอน จำเป็นต้องคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ใหม่จากเดซิเบลเป็นครั้ง ที่เอาต์พุตของอุปกรณ์ที่ลดแอมพลิจูดของสัญญาณ N เดซิเบล แรงดันไฟฟ้าจะน้อยกว่า M เท่า:
M=10(นู๋/20) (สำหรับกำลัง — M=10(นู๋/10)) .
การคำนวณย้อนกลับ:
N=20⋅บันทึก10(M) (สำหรับกำลัง N=10⋅log10(ม)).
ดังนั้นสำหรับตัวลดทอนสัญญาณที่มี Kosl \u003d -3 dB (สัมประสิทธิ์เป็นลบเสมอเนื่องจากค่าลดลงเสมอ) สัญญาณเอาต์พุตจะมีแอมพลิจูด 0.708 จากต้นฉบับ และถ้าแอมพลิจูดเอาต์พุตน้อยกว่าค่าเดิมสองเท่า Kosl จะเท่ากับ -6 dB โดยประมาณ
สูตรค่อนข้างซับซ้อนสำหรับการคำนวณทางจิต ดังนั้นจึงควรใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์ซึ่งมีอยู่มากมายบนอินเทอร์เน็ต
สำหรับอุปกรณ์ที่ปรับได้ (แบบขั้นบันไดหรือแบบเรียบ) จะมีการระบุขีดจำกัดการปรับ
พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคืออิมพีแดนซ์คลื่น (อิมพีแดนซ์) ที่อินพุตและเอาต์พุต (สามารถเหมือนกันได้) ความต้านทานนี้สัมพันธ์กับคุณลักษณะเช่นอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) ซึ่งมักระบุไว้ในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม สำหรับโหลดความต้านทานอย่างหมดจด ค่าสัมประสิทธิ์นี้คำนวณโดยสูตร:
- SWR=ρ/R ถ้า ρ>R โดยที่ R คือความต้านทานโหลด และ ρ คืออิมพีแดนซ์คลื่นของเส้น
- SWR= R/ρ ถ้า ρ<R.
SWR มากกว่าหรือเท่ากับ 1 เสมอ ถ้า R=ρ กำลังทั้งหมดจะถูกถ่ายโอนไปยังโหลด ยิ่งค่าเหล่านี้ต่างกันมากเท่าไร การสูญเสียก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้นดังนั้น ด้วย SWR = 1.2 กำลัง 99% จะถึงโหลด และด้วย SWR = 3 - แล้ว 75% เมื่อเชื่อมต่อตัวลดทอน 75 โอห์มกับสายเคเบิล 50 โอห์ม (หรือกลับกัน) SWR = 1.5 และการสูญเสียจะเป็น 4%
คุณสมบัติที่สำคัญอื่น ๆ ที่จะกล่าวถึง:
- ช่วงความถี่ในการทำงาน
- พลังงานสูงสุด
สิ่งสำคัญคือพารามิเตอร์เช่นความแม่นยำ - มันหมายถึงค่าเบี่ยงเบนที่อนุญาตของการลดทอนจากค่าเล็กน้อย สำหรับตัวลดทอนสัญญาณทางอุตสาหกรรม คุณลักษณะจะถูกนำไปใช้กับเคส
ในบางกรณี พลังของอุปกรณ์มีความสำคัญ พลังงานที่ยังไม่ถึงผู้บริโภคจะสูญเสียไปโดยองค์ประกอบลดทอน ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะป้องกันการโอเวอร์โหลด
มีสูตรสำหรับคำนวณคุณสมบัติหลักของตัวลดทอนความต้านทานของการออกแบบต่างๆ แต่มีความยุ่งยากและมีลอการิทึม ดังนั้นหากต้องการใช้งาน คุณต้องมีเครื่องคิดเลขเป็นอย่างน้อย ดังนั้นสำหรับการคำนวณด้วยตนเองจะสะดวกกว่าในการใช้โปรแกรมพิเศษ (รวมถึงออนไลน์)
ตัวลดทอนสัญญาณแบบปรับได้
ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนและ SWR ได้รับผลกระทบจากค่าขององค์ประกอบทั้งหมดที่ประกอบขึ้นเป็นตัวลดทอน ดังนั้นให้สร้างอุปกรณ์ตาม ตัวต้านทาน ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์ที่ราบรื่นเป็นเรื่องยาก โดยการเปลี่ยนการลดทอน จำเป็นต้องปรับ SWR และในทางกลับกัน ปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขได้โดยใช้เครื่องขยายเสียงที่มีอัตราขยายน้อยกว่า 1
อุปกรณ์ดังกล่าวสร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์หรือ OUแต่มีปัญหาเรื่องลิเนียริตี้ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะสร้างแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่บิดเบือนรูปคลื่นในช่วงความถี่กว้าง การควบคุมแบบเป็นขั้นตอนนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น - ตัวลดทอนเชื่อมต่อแบบอนุกรมและมีการอ่อนตัวลง วงจรเหล่านั้นที่จำเป็นจะถูกแบ่ง (หน้าสัมผัสรีเลย์ เป็นต้น)ดังนั้นจะได้ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนที่ต้องการโดยไม่ต้องเปลี่ยนความต้านทานคลื่น
มีการออกแบบอุปกรณ์สำหรับลดทอนสัญญาณด้วยการปรับที่ราบรื่นซึ่งสร้างขึ้นจากหม้อแปลงบรอดแบนด์ (SHPT) ใช้ในเทคโนโลยีการสื่อสารสมัครเล่นในกรณีที่ข้อกำหนดสำหรับการจับคู่อินพุตและเอาต์พุตต่ำ
การปรับจูนตัวลดทอนสัญญาณที่สร้างขึ้นบนท่อนำคลื่นอย่างราบรื่นทำได้โดยการเปลี่ยนขนาดทางเรขาคณิต ตัวลดทอนแบบออปติคัลยังผลิตขึ้นด้วยการควบคุมการลดทอนที่ราบรื่น แต่อุปกรณ์ดังกล่าวมีการออกแบบที่ค่อนข้างซับซ้อน เนื่องจากมีระบบของเลนส์ ฟิลเตอร์ออปติคัล ฯลฯ
พื้นที่สมัคร
หากตัวลดทอนมีความต้านทานอินพุตและเอาต์พุตต่างกัน นอกเหนือจากฟังก์ชันการลดทอนแล้ว มันยังทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์จับคู่ได้อีกด้วย ดังนั้น หากคุณต้องการเชื่อมต่อสายเคเบิลที่มีขนาด 75 และ 50 โอห์ม คุณสามารถใส่สายเคเบิลที่คำนวณได้อย่างเหมาะสมระหว่างสายเคเบิลเหล่านั้น และเมื่อใช้ร่วมกับการลดทอนแบบปกติ คุณยังสามารถแก้ไขระดับการจับคู่ได้
ในการรับอุปกรณ์ ตัวลดทอนจะใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการโอเวอร์โหลดวงจรอินพุตที่มีการแผ่รังสีปลอมอันทรงพลัง ในบางกรณี การลดทอนสัญญาณรบกวน แม้ในเวลาเดียวกับสัญญาณที่ต้องการอ่อน สามารถปรับปรุงคุณภาพการรับสัญญาณโดยการลดระดับของการรบกวน
ในเทคโนโลยีการวัด ตัวลดทอนสามารถใช้เป็นตัวแยกสัญญาณได้ ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบของโหลดที่แหล่งกำเนิดของสัญญาณอ้างอิง ตัวลดทอนแบบออปติคัลใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดสอบอุปกรณ์รับส่งสัญญาณสำหรับสายสื่อสารใยแก้วนำแสงด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา การลดทอนในบรรทัดจริงจะถูกจำลอง และกำหนดเงื่อนไขและขอบเขตของการสื่อสารที่เสถียร
ในเทคโนโลยีเสียง ตัวลดทอนสัญญาณจะใช้เป็นอุปกรณ์ควบคุมกำลังไฟฟ้า ต่างจากโพเทนชิโอมิเตอร์ตรงที่มีการสูญเสียพลังงานน้อยกว่า ที่นี่ง่ายกว่าที่จะปรับให้เรียบ เนื่องจากความต้านทานคลื่นไม่สำคัญ - เฉพาะการลดทอนเท่านั้นที่สำคัญ ในเครือข่ายเคเบิลทีวี ตัวลดทอนสัญญาณจะกำจัดอินพุตทีวีที่โอเวอร์โหลด และช่วยให้คุณรักษาคุณภาพการส่งสัญญาณโดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไขการรับสัญญาณ
เนื่องจากไม่ใช่อุปกรณ์ที่ซับซ้อนที่สุด ตัวลดทอนจึงค้นหาแอปพลิเคชั่นที่กว้างที่สุดในวงจรความถี่วิทยุ และช่วยให้คุณแก้ปัญหาต่างๆ ได้ ที่ความถี่ไมโครเวฟและออปติคัล อุปกรณ์เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นแตกต่างกัน และเป็นหน่วยอุตสาหกรรมที่ซับซ้อน
บทความที่คล้ายกัน:
