Al desarrollar circuitos electrónicos, generalmente es necesario resolver el problema de amplificar las señales, aumentando su amplitud o potencia. Pero hay situaciones en las que se requiere que el nivel de la señal, por el contrario, se debilite. Y esta tarea no es tan simple como parece a primera vista.
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¿Qué es un atenuador y cómo funciona?
Un atenuador es un dispositivo para reducir intencional y normalmente la amplitud o potencia de una señal de entrada sin distorsionar su forma.
El principio de funcionamiento de los atenuadores utilizados en el rango de radiofrecuencia. divisor de tensión con resistencias o condensadores. La señal de entrada se distribuye entre las resistencias en proporción a las resistencias. La solución más simple es un divisor de dos resistencias. Tal atenuador se llama en forma de L (en la literatura técnica extranjera, en forma de L). Cualquiera de los lados de este dispositivo no balanceado puede servir como entrada y salida.Una característica del atenuador G es un bajo nivel de pérdidas al igualar la entrada y la salida.
Tipos de atenuadores
En la práctica, el atenuador G no se usa con tanta frecuencia, principalmente para igualar las resistencias de entrada y salida. Los dispositivos de tipo P (en la literatura extranjera Pi - de la letra latina π) y los dispositivos de tipo T se usan mucho más para la atenuación normalizada de señales. Este principio le permite crear dispositivos con la misma impedancia de entrada y salida (pero, si es necesario, puede usar otras diferentes).
La figura muestra dispositivos desequilibrados. La fuente y la carga deben estar conectadas a ellos con líneas no balanceadas: cables coaxiales, etc. desde cualquier dirección.
Para líneas balanceadas (par trenzado, etc.), se utilizan circuitos balanceados; a veces se les llama atenuadores de tipo H y O, aunque estos son solo variaciones de los dispositivos anteriores.
Al agregar una (dos) resistencias, los tipos de atenuador T- (H-) se convierten en puente.
Los atenuadores son producidos por la industria en forma de dispositivos completos con conectores para la conexión, pero también pueden fabricarse en una placa de circuito impreso como parte de un circuito general. Los atenuadores resistivos y capacitivos tienen una gran ventaja: no contienen elementos no lineales, lo que no distorsiona la señal y no provoca la aparición de nuevos armónicos en el espectro y la desaparición de los existentes.
Además de los resistivos, existen otros tipos de atenuadores. Ampliamente utilizado en tecnología industrial:
- atenuadores de límite y polarización - basados en las propiedades de diseño de las guías de ondas;
- atenuadores absorbentes: la atenuación de la señal provoca la absorción de energía por parte de materiales especialmente seleccionados;
- atenuadores ópticos;
Este tipo de dispositivos se utilizan en la tecnología de microondas y en el rango de frecuencia de la luz. En frecuencias bajas y de radio, se utilizan atenuadores basados en resistencias y condensadores.
Características principales
El principal parámetro que determina las propiedades de los atenuadores es el coeficiente de atenuación. Se mide en decibelios. Para comprender cuántas veces disminuye la amplitud de la señal después de pasar por el circuito atenuador, es necesario volver a calcular el coeficiente de decibelios a veces. A la salida de un dispositivo que reduce la amplitud de la señal en N decibeles, el voltaje será M veces menor:
METRO=10(norte/20) (para potencia — M=10(norte/10)) .
Cálculo inverso:
N=20⋅registro10(M) (para potencia N=10⋅log10(METRO)).
Entonces, para un atenuador con Kosl \u003d -3 dB (el coeficiente siempre es negativo, ya que el valor siempre disminuye), la señal de salida tendrá una amplitud de 0.708 con respecto al original. Y si la amplitud de salida es dos veces menor que la original, Kosl es aproximadamente igual a -6 dB.
Las fórmulas son bastante complejas para los cálculos mentales, por lo que es mejor usar calculadoras en línea, de las cuales hay muchísimas en Internet.
Para dispositivos ajustables (escalonados o suaves), se indican los límites de ajuste.
Otro parámetro importante es la impedancia de onda (impedancia) en la entrada y la salida (pueden ser iguales). Esta resistencia está asociada con una característica como la relación de onda estacionaria (SWR): a menudo se indica en productos industriales. Para una carga puramente resistiva, este coeficiente se calcula mediante la fórmula:
- SWR=ρ/R si ρ>R, donde R es la resistencia de carga y ρ es la impedancia de onda de la línea.
- ROE= R/ρ si ρ<R.
SWR siempre es mayor o igual a 1. Si R=ρ, toda la potencia se transfiere a la carga. Cuanto más difieren estos valores, mayor es la pérdida.Entonces, con SWR = 1.2, el 99% de la potencia llegará a la carga, y con SWR = 3, ya el 75%. Al conectar un atenuador de 75 ohmios a un cable de 50 ohmios (o viceversa), SWR = 1,5 y la pérdida será del 4%.
Otras características importantes a mencionar:
- rango de frecuencia de operación;
- poder maximo.
También es importante un parámetro como la precisión: significa la desviación permitida de la atenuación de la nominal. Para atenuadores industriales, las características se aplican al caso.
En algunos casos, la potencia del dispositivo es importante. La energía que no ha llegado al consumidor es disipada por los elementos atenuadores, por lo que es fundamental evitar sobrecargas.
Existen fórmulas para calcular las características principales de los atenuadores resistivos de varios diseños, pero son engorrosas y contienen logaritmos. Por lo tanto, para usarlos, necesita al menos una calculadora. Por lo tanto, para el autocálculo es más conveniente usar programas especiales (incluso en línea).
Atenuadores ajustables
El coeficiente de atenuación y la ROE se ven afectados por el valor de todos los elementos que componen el atenuador, por lo que se deben crear dispositivos basados en resistencias con una regulación suave de los parámetros es difícil. Al cambiar la atenuación, es necesario ajustar la SWR y viceversa. Estos problemas se pueden resolver utilizando amplificadores con una ganancia inferior a 1.
Tales dispositivos están construidos sobre transistores o UNED, pero hay un problema de linealidad. No es fácil crear un amplificador que no distorsione la forma de onda en un amplio rango de frecuencias. La regulación por pasos se usa mucho más: los atenuadores se conectan en serie y se suma su debilitamiento. Los circuitos que se necesitan se derivan (contactos de relé etc).Por lo tanto, se obtiene el coeficiente de atenuación deseado sin cambiar la resistencia de la onda.
Existen diseños de dispositivos para atenuar la señal con ajuste suave, construidos sobre transformadores de banda ancha (SHPT). Se utilizan en la tecnología de comunicación de aficionados en los casos en que los requisitos para hacer coincidir la entrada y la salida son bajos.
El ajuste suave de los atenuadores construidos sobre guías de ondas se logra cambiando las dimensiones geométricas. Los atenuadores ópticos también se fabrican con control de atenuación suave, pero estos dispositivos tienen un diseño bastante complicado, ya que contienen un sistema de lentes, filtros ópticos, etc.
Área de aplicación
Si el atenuador tiene diferentes resistencias de entrada y salida, además de la función de atenuación, puede actuar como un dispositivo de adaptación. Así, si necesita conectar cables de 75 y 50 ohmios, puede interponer uno debidamente calculado entre ellos, y junto con la atenuación normalizada, también puede corregir el grado de coincidencia.
En los equipos de recepción se utilizan atenuadores para evitar sobrecargar los circuitos de entrada con potentes radiaciones espurias. En algunos casos, la atenuación de la señal de interferencia, incluso al mismo tiempo que una señal deseada débil, puede mejorar la calidad de recepción al reducir el nivel de interferencia de intermodulación.
En la tecnología de medición, los atenuadores se pueden utilizar como desacoplamiento: reducen el efecto de la carga en la fuente de la señal de referencia. Los atenuadores ópticos se utilizan ampliamente en la prueba de equipos transceptores para líneas de comunicación de fibra óptica.Con su ayuda, se modela la atenuación en una línea real y se determinan las condiciones y los límites de una comunicación estable.
En tecnología de audio, los atenuadores se utilizan como dispositivos de control de potencia. A diferencia de los potenciómetros, hacen esto con menos pérdida de potencia. Aquí es más fácil garantizar un ajuste suave, ya que la resistencia de la onda no es importante, solo importa la atenuación. En las redes de cable de televisión, los atenuadores eliminan la sobrecarga de las entradas de TV y le permiten mantener la calidad de transmisión independientemente de las condiciones de recepción.
Al no ser el dispositivo más complejo, el atenuador encuentra la aplicación más amplia en los circuitos de radiofrecuencia y le permite resolver varios problemas. En frecuencias ópticas y de microondas, estos dispositivos se construyen de manera diferente y son unidades industriales complejas.
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