Przy opracowywaniu układów elektronicznych zwykle konieczne jest rozwiązanie problemu wzmacniania sygnałów - zwiększania ich amplitudy lub mocy. Ale zdarzają się sytuacje, w których poziom sygnału jest wręcz przeciwnie, osłabiony. A to zadanie nie jest tak proste, jak się wydaje na pierwszy rzut oka.
Zawartość
Co to jest tłumik i jak działa
Tłumik to urządzenie do celowego i normalnego zmniejszania amplitudy lub mocy sygnału wejściowego bez zniekształcania jego kształtu.
Zasada działania tłumików stosowanych w zakresie częstotliwości radiowych - dzielnik napięcia z rezystorami lub kondensatorami. Sygnał wejściowy jest rozdzielany pomiędzy rezystory proporcjonalnie do rezystancji. Najprostszym rozwiązaniem jest dzielnik dwóch rezystorów. Taki tłumik nazywa się w kształcie litery L (w zagranicznej literaturze technicznej - w kształcie litery L). Każda strona tego niezbalansowanego urządzenia może służyć jako wejście i wyjście.Cechą tłumika G jest niski poziom strat podczas dopasowywania wejścia i wyjścia.
Rodzaje tłumików
W praktyce tłumik G nie jest tak często używany - głównie do dopasowania rezystancji wejściowej i wyjściowej. Urządzenia typu P (w literaturze zagranicznej Pi - od łacińskiej litery π) i urządzenia typu T są stosowane znacznie szerzej do znormalizowanego tłumienia sygnałów. Ta zasada pozwala tworzyć urządzenia o tej samej impedancji wejściowej i wyjściowej (ale w razie potrzeby można użyć różnych).
Rysunek przedstawia urządzenia niesymetryczne. Źródło i obciążenie muszą być do nich podłączone liniami niesymetrycznymi - kablami koncentrycznymi itp. z dowolnego kierunku.
W przypadku linii zbalansowanych (skrętka itp.) stosuje się układy zbalansowane – czasami nazywane są tłumikami typu H i O, choć to tylko odmiany poprzednich urządzeń.
Poprzez dodanie jednego (dwóch) rezystorów tłumiki typu T- (H-) są zamieniane na mostkowe.
Tłumiki produkowane są przez przemysł w postaci kompletnych urządzeń ze złączami do podłączenia, ale mogą być również wykonane na płytce drukowanej jako część obwodu ogólnego. Tłumiki rezystancyjne i pojemnościowe mają poważny plus - nie zawierają elementów nieliniowych, co nie zniekształca sygnału i nie prowadzi do pojawienia się nowych harmonicznych w widmie i zaniku już istniejących.
Oprócz rezystancyjnych istnieją inne rodzaje tłumików. Szeroko stosowane w technologii przemysłowej:
- tłumiki graniczne i polaryzacyjne – oparte na właściwościach konstrukcyjnych falowodów;
- tłumiki pochłaniające - tłumienie sygnału powoduje pochłanianie mocy przez specjalnie dobrane materiały;
- tłumiki optyczne;
Tego typu urządzenia stosowane są w technice mikrofalowej oraz w zakresie częstotliwości światła. Na częstotliwościach niskich i radiowych stosuje się tłumiki oparte na rezystorach i kondensatorach.
Główna charakterystyka
Głównym parametrem określającym właściwości tłumików jest współczynnik tłumienia. Jest mierzony w decybelach. Aby zrozumieć, ile razy amplituda sygnału spada po przejściu przez obwód tłumiący, konieczne jest przeliczenie współczynnika z decybeli na razy. Na wyjściu urządzenia, które zmniejsza amplitudę sygnału o N decybeli, napięcie będzie M razy mniejsze:
M=10(N/20) (dla mocy — M=10(N/10)) .
Obliczenia odwrotne:
N=20⋅log10(M) (dla potęgi N=10⋅log10(M)).
Tak więc dla tłumika z Kosl \u003d -3 dB (współczynnik jest zawsze ujemny, ponieważ wartość zawsze maleje), sygnał wyjściowy będzie miał amplitudę 0,708 od oryginału. A jeśli amplituda wyjściowa jest dwa razy mniejsza niż oryginalna, to Kosl jest w przybliżeniu równy -6 dB.
Formuły są dość skomplikowane do obliczeń umysłowych, więc lepiej jest korzystać z kalkulatorów online, których jest bardzo dużo w Internecie.
W przypadku urządzeń regulowanych (stopniowych lub płynnych) wskazane są granice regulacji.
Kolejnym ważnym parametrem jest impedancja falowa (impedancja) na wejściu i wyjściu (mogą być takie same). Opór ten wiąże się z taką cechą, jak współczynnik fali stojącej (SWR) – często jest on wskazywany na produktach przemysłowych. Dla obciążenia czysto rezystancyjnego współczynnik ten oblicza się według wzoru:
- SWR=ρ/R jeśli ρ>R, gdzie R jest rezystancją obciążenia, a ρ jest impedancją falową linii.
- SWR= R/ρ jeśli ρ<R.
SWR jest zawsze większy lub równy 1. Jeśli R=ρ, cała moc jest przekazywana do obciążenia. Im bardziej te wartości się różnią, tym większa strata.Tak więc przy SWR = 1,2 99% mocy osiągnie obciążenie, a przy SWR = 3 - już 75%. Przy podłączaniu tłumika 75 omów do kabla 50 omów (lub odwrotnie), SWR = 1,5, a strata wyniesie 4%.
Inne ważne cechy, o których warto wspomnieć:
- zakres częstotliwości pracy;
- maksymalna moc.
Ważny jest również taki parametr jak dokładność - oznacza to dopuszczalne odchylenie tłumienia od nominalnego. W przypadku tłumików przemysłowych charakterystyka dotyczy obudowy.
W niektórych przypadkach ważna jest moc urządzenia. Energia, która nie dotarła do odbiorcy, jest rozpraszana przez elementy tłumiące, dlatego bardzo ważne jest zapobieganie przeciążeniom.
Istnieją wzory do obliczania głównych cech tłumików rezystancyjnych różnych konstrukcji, ale są one nieporęczne i zawierają logarytmy. Dlatego, aby z nich skorzystać, potrzebujesz przynajmniej kalkulatora. Dlatego do samodzielnego obliczania wygodniej jest korzystać ze specjalnych programów (w tym online).
Tłumiki regulowane
Na współczynnik tłumienia i SWR wpływa wartość wszystkich elementów składających się na tłumik, więc twórz urządzenia oparte na rezystory z płynną regulacją parametrów jest utrudniony. Zmieniając tłumienie, należy dostosować SWR i odwrotnie. Takie problemy można rozwiązać stosując wzmacniacze o wzmocnieniu mniejszym niż 1.
Takie urządzenia są zbudowane na tranzystorach lub OU, ale pojawia się problem liniowości. Nie jest łatwo stworzyć wzmacniacz, który nie zniekształca przebiegu w szerokim zakresie częstotliwości. Znacznie szerzej stosowana jest regulacja skokowa - tłumiki są połączone szeregowo, ich osłabienie się sumuje. Te obwody, które są potrzebne, są bocznikowane (styki przekaźnika itp).Tak więc żądany współczynnik tłumienia uzyskuje się bez zmiany rezystancji fali.
Istnieją konstrukcje urządzeń do tłumienia sygnału z płynną regulacją, zbudowane na transformatorach szerokopasmowych (SHPT). Wykorzystywane są w amatorskiej technologii komunikacyjnej w przypadkach, gdy wymagania dotyczące dopasowania wejścia i wyjścia są niskie.
Płynne strojenie tłumików zbudowanych na falowodach uzyskuje się poprzez zmianę wymiarów geometrycznych. Tłumiki optyczne są również produkowane z płynną regulacją tłumienia, ale takie urządzenia mają dość skomplikowaną konstrukcję, ponieważ zawierają system soczewek, filtrów optycznych itp.
Obszar zastosowań
Jeśli tłumik ma różne rezystancje wejściowe i wyjściowe, to oprócz funkcji tłumienia może działać jako urządzenie dopasowujące. Jeśli więc potrzebujesz podłączyć kable 75 i 50 omów, możesz umieścić między nimi odpowiednio wyliczony jeden, a wraz ze znormalizowanym tłumieniem możesz również skorygować stopień dopasowania.
W sprzęcie odbiorczym stosuje się tłumiki, aby uniknąć przeciążenia obwodów wejściowych silnym promieniowaniem fałszywym. W niektórych przypadkach tłumienie sygnału zakłócającego, nawet w tym samym czasie, co słaby sygnał pożądany, może poprawić jakość odbioru poprzez zmniejszenie poziomu zakłóceń intermodulacyjnych.
W technice pomiarowej tłumiki mogą być stosowane jako odsprzęganie - zmniejszają wpływ obciążenia na źródło sygnału odniesienia. Tłumiki optyczne są szeroko stosowane w testowaniu urządzeń nadawczo-odbiorczych dla światłowodowych linii komunikacyjnych.Za ich pomocą modelowane jest tłumienie w linii rzeczywistej oraz określane są warunki i granice stabilnej komunikacji.
W technologii audio tłumiki są wykorzystywane jako urządzenia sterujące mocą. W przeciwieństwie do potencjometrów robią to z mniejszymi stratami mocy. Tutaj łatwiej jest zapewnić płynną regulację, ponieważ opór falowy nie jest ważny - liczy się tylko tłumienie. W telewizyjnych sieciach kablowych tłumiki eliminują przeciążenia wejść TV i pozwalają zachować jakość transmisji niezależnie od warunków odbioru.
Nie będąc najbardziej skomplikowanym urządzeniem, tłumik znajduje najszersze zastosowanie w obwodach częstotliwości radiowych i pozwala rozwiązywać różne problemy. Przy częstotliwościach mikrofalowych i optycznych urządzenia te są budowane inaczej i są złożonymi jednostkami przemysłowymi.
Podobne artykuły:
