Lors du développement de circuits électroniques, il est généralement nécessaire de résoudre le problème de l'amplification des signaux - en augmentant leur amplitude ou leur puissance. Mais il existe des situations où le niveau du signal doit, au contraire, s'affaiblir. Et cette tâche n'est pas aussi simple qu'il y paraît à première vue.
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Qu'est-ce qu'un atténuateur et comment ça marche
Un atténuateur est un dispositif destiné à réduire intentionnellement et normalement l'amplitude ou la puissance d'un signal d'entrée sans déformer sa forme.
Le principe de fonctionnement des atténuateurs utilisés dans la gamme des fréquences radio - diviseur de tension avec résistances ou condensateurs. Le signal d'entrée est réparti entre les résistances proportionnellement aux résistances. La solution la plus simple est un diviseur de deux résistances. Un tel atténuateur est appelé en forme de L (dans la littérature technique étrangère - en forme de L). Chaque côté de cet appareil asymétrique peut servir d'entrée et de sortie.Une caractéristique de l'atténuateur G est un faible niveau de pertes lors de l'adaptation de l'entrée et de la sortie.
Types d'atténuateurs
En pratique, l'atténuateur G n'est pas utilisé si souvent - principalement pour faire correspondre les résistances d'entrée et de sortie. Les appareils de type P (dans la littérature étrangère Pi - de la lettre latine π) et les appareils de type T sont beaucoup plus largement utilisés pour l'atténuation normalisée des signaux. Ce principe vous permet de créer des appareils avec la même impédance d'entrée et de sortie (mais, si nécessaire, vous pouvez en utiliser des différents).
La figure montre des appareils déséquilibrés. La source et la charge doivent y être connectées avec des lignes asymétriques - câbles coaxiaux, etc. de n'importe quelle direction.
Pour les lignes symétriques (paire torsadée, etc.), des circuits équilibrés sont utilisés - ils sont parfois appelés atténuateurs de type H et O, bien qu'il ne s'agisse que de variantes des appareils précédents.
En ajoutant une (deux) résistances, les atténuateurs de type T- (H-) sont convertis en ponts.
Les atténuateurs sont produits par l'industrie sous la forme de dispositifs complets avec des connecteurs pour la connexion, mais ils peuvent également être réalisés sur une carte de circuit imprimé dans le cadre d'un circuit général. Les atténuateurs résistifs et capacitifs ont un sérieux avantage - ils ne contiennent pas d'éléments non linéaires, ce qui ne déforme pas le signal et n'entraîne pas l'apparition de nouvelles harmoniques dans le spectre et la disparition de celles existantes.
En plus des résistifs, il existe d'autres types d'atténuateurs. Largement utilisé dans la technologie industrielle :
- atténuateurs de limite et de polarisation - basés sur les propriétés de conception des guides d'ondes ;
- atténuateurs absorbants - l'atténuation du signal provoque une absorption de puissance par des matériaux spécialement sélectionnés ;
- atténuateurs optiques;
Ces types d'appareils sont utilisés dans la technologie des micro-ondes et dans le domaine des fréquences lumineuses. Aux fréquences basses et radio, des atténuateurs basés sur des résistances et des condensateurs sont utilisés.
Caractéristiques principales
Le paramètre principal qui détermine les propriétés des atténuateurs est le coefficient d'atténuation. Elle se mesure en décibels. Pour comprendre combien de fois l'amplitude du signal diminue après avoir traversé le circuit d'atténuation, il est nécessaire de recalculer le coefficient de décibels en fois. A la sortie d'un appareil qui réduit l'amplitude du signal de N décibels, la tension sera M fois moindre :
M=10(N/20) (pour la puissance — M=10(N/10)) .
Calcul inverse :
N=20⋅log10(M) (pour puissance N=10⋅log10(M)).
Ainsi, pour un atténuateur avec Kosl \u003d -3 dB (le coefficient est toujours négatif, puisque la valeur diminue toujours), le signal de sortie aura une amplitude de 0,708 par rapport à l'original. Et si l'amplitude de sortie est deux fois inférieure à celle d'origine, alors Kosl est approximativement égal à -6 dB.
Les formules sont assez complexes pour les calculs mentaux, il est donc préférable d'utiliser des calculatrices en ligne, dont il existe un grand nombre sur Internet.
Pour les appareils réglables (pas à pas ou lisses), les limites de réglage sont indiquées.
Un autre paramètre important est l'impédance d'onde (impédance) à l'entrée et à la sortie (elles peuvent être identiques). Cette résistance est associée à une caractéristique telle que le rapport d'onde stationnaire (SWR) - elle est souvent indiquée sur les produits industriels. Pour une charge purement résistive, ce coefficient est calculé par la formule :
- SWR=ρ/R si ρ>R, où R est la résistance de charge et ρ est l'impédance d'onde de la ligne.
- TOS= R/ρ si ρ<R.
SWR est toujours supérieur ou égal à 1. Si R=ρ, toute la puissance est transférée à la charge. Plus ces valeurs diffèrent, plus la perte est importante.Ainsi, avec SWR = 1,2, 99% de la puissance atteindra la charge, et avec SWR = 3 - déjà 75%. Lors de la connexion d'un atténuateur de 75 ohms à un câble de 50 ohms (ou vice versa), SWR = 1,5 et la perte sera de 4 %.
Autres caractéristiques importantes à mentionner :
- plage de fréquences de fonctionnement ;
- Puissance maximum.
Un paramètre tel que la précision est également important - cela signifie l'écart admissible de l'atténuation par rapport à la valeur nominale. Pour les atténuateurs industriels, les caractéristiques sont appliquées au cas.
Dans certains cas, la puissance de l'appareil est importante. L'énergie qui n'a pas atteint le consommateur est dissipée par les éléments atténuateurs, il est donc essentiel d'éviter les surcharges.
Il existe des formules pour calculer les principales caractéristiques des atténuateurs résistifs de différentes conceptions, mais elles sont lourdes et contiennent des logarithmes. Par conséquent, pour les utiliser, vous avez besoin d'au moins une calculatrice. Par conséquent, pour l'auto-calcul, il est plus pratique d'utiliser des programmes spéciaux (y compris en ligne).
Atténuateurs réglables
Le coefficient d'atténuation et le SWR sont affectés par la valeur de tous les éléments qui composent l'atténuateur, alors créez des appareils basés sur résistances avec une régulation en douceur des paramètres est difficile. En changeant l'atténuation, il est nécessaire d'ajuster le SWR et vice versa. De tels problèmes peuvent être résolus en utilisant des amplificateurs avec un gain inférieur à 1.
Ces dispositifs sont construits sur des transistors ou UO, mais il y a un problème de linéarité. Il n'est pas facile de créer un amplificateur qui ne déforme pas la forme d'onde sur une large gamme de fréquences. La régulation pas à pas est beaucoup plus largement utilisée - les atténuateurs sont connectés en série, leur affaiblissement est additionné. Les circuits nécessaires sont shuntés (contact relais etc).Ainsi, le coefficient d'atténuation souhaité est obtenu sans modifier la résistance de l'onde.
Il existe des conceptions de dispositifs d'atténuation du signal avec un réglage en douceur, construits sur des transformateurs à large bande (SHPT). Ils sont utilisés dans la technologie de communication amateur dans les cas où les exigences d'adaptation de l'entrée et de la sortie sont faibles.
Le réglage en douceur des atténuateurs construits sur des guides d'ondes est obtenu en modifiant les dimensions géométriques. Les atténuateurs optiques sont également produits avec un contrôle d'atténuation en douceur, mais de tels dispositifs ont une conception assez compliquée, car ils contiennent un système de lentilles, de filtres optiques, etc.
Champ d'application
Si l'atténuateur a des résistances d'entrée et de sortie différentes, alors, en plus de la fonction d'atténuation, il peut agir comme un dispositif d'adaptation. Ainsi, si vous devez connecter des câbles de 75 et 50 ohms, vous pouvez en mettre un calculé de manière appropriée entre eux et, avec l'atténuation normalisée, vous pouvez également corriger le degré d'adaptation.
Dans les équipements de réception, des atténuateurs sont utilisés pour éviter de surcharger les circuits d'entrée avec un rayonnement parasite puissant. Dans certains cas, l'atténuation du signal brouilleur, même en même temps qu'un signal utile faible, peut améliorer la qualité de réception en réduisant le niveau d'interférence d'intermodulation.
Dans la technologie de mesure, les atténuateurs peuvent être utilisés comme découplage - ils réduisent l'effet de la charge sur la source du signal de référence. Les atténuateurs optiques sont largement utilisés pour tester les équipements émetteurs-récepteurs pour les lignes de communication à fibre optique.Avec leur aide, l'atténuation dans une ligne réelle est modélisée et les conditions et les limites d'une communication stable sont déterminées.
Dans la technologie audio, les atténuateurs sont utilisés comme dispositifs de contrôle de puissance. Contrairement aux potentiomètres, ils le font avec moins de perte de puissance. Ici, il est plus facile d'assurer un réglage en douceur, car la résistance aux ondes n'est pas importante - seule l'atténuation compte. Dans les réseaux câblés de télévision, les atténuateurs éliminent la surcharge des entrées TV et vous permettent de maintenir la qualité de transmission quelles que soient les conditions de réception.
N'étant pas l'appareil le plus complexe, l'atténuateur trouve l'application la plus large dans les circuits radiofréquences et vous permet de résoudre divers problèmes. Aux fréquences micro-ondes et optiques, ces dispositifs sont construits différemment, et ce sont des unités industrielles complexes.
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