Un atenuator pasiv este un tip special de circuit bidirecțional electric sau electronic, alcătuit din elemente rezistive în întregime.

Un atenuator este o rețea rezistivă cu două porturi, proiectată să slăbească sau să "atenueze" (de aici și numele) puterea furnizată de o sursă la un nivel adecvat sarcinii conectate.

Un atenuator pasiv reduce cantitatea de energie livrată la sarcina conectată fie printr-o singură cantitate fixă, fie într-o cantitate variabilă sau într-o serie de etape cunoscute care pot fi comutate. Atenuatorii sunt în general utilizați în aplicațiile radio, linii de comunicații și de transmisie pentru a slăbi un semnal mai puternic.

Atenuatorul pasiv este o rețea rezistivă pur pasivă (prin urmare, fără alimentare), care este utilizată într-o largă varietate de echipamente electronice pentru extinderea gamei dinamice a echipamentului de măsurare prin ajustarea nivelelor de semnal, pentru a asigura adaptarea impedanței oscilatoarelor sau amplificatoarelor pentru a reduce efectele terminalelor de intrare/ieșire necorespunzătoare sau pur și simplu să asigure izolarea între diferite etaje ale circuitelor în funcție de aplicarea lor, așa cum este arătat mai jos.

Conectarea atenuatorului

Rețelele simple de atenuare (cunoscute și sub denumirea de pad-uri) pot fi proiectate pentru a produce un grad fixat de "atenuare" sau pentru a da o cantitate variabilă de atenuare în etape prestabilite. Rețelele standard de atenuatoare fixe, cunoscute în general sub denumirea de "pad atenuator", sunt disponibile în valori specifice de la 0 dB la mai mult de 100 dB. Atenuatoarele variabile și comutate sunt, în principiu, rețele de rezistoare reglabile care prezintă o creștere calibrată a atenuării pentru fiecare etapă comutată, de exemplu etape de -2dB sau -6dB pe poziție de comutare.

Atunci, un atenuator este o rețea rezistivă pasivă cu patru terminale (două porturi) (sunt disponibile și tipuri active care folosesc tranzistori și circuite integrate) proiectate pentru a produce atenuare "fără distorsiuni" a semnalului electric la ieșire la toate frecvențele cu o cantitate egală fără schimbare de fază spre deosebire de o rețea de filtru RC tip pasiv și, prin urmare, pentru a realiza aceasta, atenuatoarele ar trebui să fie alcătuite din rezistențe pur neinductive și nu rezistențe bobinate, deoarece elementele reactive vor oferi o discriminare de frecvență.

Atenuatorul pasiv simplu

Atenuatoarele sunt inversele amplificatoarelor prin faptul că reduc amplificarea cu circuit rezistiv divizor de tensiune. Cantitatea de atenuare într-o rețea dată este determinată de raportul: Output/Input. De exemplu, dacă tensiunea de intrare la un circuit este de 1 volt (1 V) și tensiunea de ieșire este de 1 milivolt (1mV) atunci cantitatea de atenuare este de 1mV/1V care este egală cu 0,001 sau cu o reducere de 1.000.

Dar, folosirea rapoartelor de tensiune, curent sau chiar putere pentru a determina sau a exprima cantitatea de atenuare pe care o rețea de atenuare rezistivă o poate avea, numită factor de atenuare, poate fi confuză, astfel încât pentru atenuatorul pasiv gradul său de atenuare este exprimat în mod normal folosind o scară logaritmică care este dată în decibeli (dB), ceea ce face mai ușoară abordarea unor astfel de numere mici.

Gradul de atenuare

Performanța atenuatorului este exprimată prin numărul de decibeli cu care semnalul de intrare a scăzut pe decada de frecvență (sau octava). Decibelul, prescurtat „dB“, este în general definit ca măsura raportului de tensiuni, curenți sau putere în logaritm sau „log“ și reprezintă o zecime: 1/10 Bel (B). Cu alte cuvinte, este nevoie de 10 decibeli pentru a face un Bel. Atunci, prin definiție, raportul dintre un semnal de intrare (Vin) și un semnal de ieșire (Vout) este dat în decibeli de:

Atenuarea în decibeli

Rețineți că decibelul (dB) este un raport logaritmic și, prin urmare, nu are unități. Deci, o valoare de -140 dB reprezintă o atenuare de 1: 10.000.000 unități sau un raport de 10 milioane la 1.

În circuitele atenuatoare pasive, este adesea convenabil să se atribuie valoarea de intrare ca punct de referință de 0 dB. Aceasta înseamnă că, indiferent de valoarea efectivă a semnalului sau a tensiunii de intrare, este utilizată ca referință pentru compararea valorilor de ieșire ale atenuării și, prin urmare, este atribuită o valoare de 0 dB. Aceasta înseamnă că orice valoare a tensiunii semnalului de ieșire sub acest punct de referință va fi exprimată ca valoare dB negativă, (-dB ).

De exemplu, o atenuare de -6 dB indică faptul că valoarea este de 6 dB sub referința de intrare de 0 dB. De asemenea, dacă raportul dintre ieșire/intrare este mai mic decât unu (unitate), de exemplu 0,707, atunci acesta corespunde la 20 log (0,707) = -3 dB. Dacă raportul dintre ieșire/intrare = 0,5, atunci acesta corespunde la 20 log (0,5) = -6 dB și așa mai departe, cu tabele electrice standard de atenuare disponibile pentru a salva calculele.

Atenuatori pasivi. Exemplul nr. 1

Un circuit atenuator pasiv are o pierdere de inserție de -32 dB și o tensiune de ieșire de 50 mV. Care va fi valoarea tensiunii de intrare?

Antilogul ( log^-1) de -1,6 este dat de:

Atunci, dacă tensiunea de ieșire este produsă cu 32 de decibeli atenuare, este necesară o tensiune de intrare de 2,0 volți.

Tabelul pierderii de atenuare

și așa mai departe, producând un tabel cu atât de multe valori în decibeli decât avem nevoie pentru proiectarea atenuatorului nostru.

Această scădere a tensiunii, curentului sau puterii, exprimată în decibeli prin introducerea atenuatorului într-un circuit electric, este cunoscută sub denumirea de pierderi de inserție și modele de atenuatoare cu pierderi minime corespund circuitelor de impedanțe inegale cu o pierdere minimă în rețeaua de potrivire.

Acum, că știm ce este un atenuator pasiv, cum poate fi folosit pentru a reduce sau "atenua" nivelul de putere sau tensiune al unui semnal, introducând puțin sau deloc distorsiuni și pierderi de inserție, cu o cantitate exprimată în decibeli? Putem începe să privim la diferite modele de circuite de atenuator disponibile.

Modele de atenuatoare pasive

Există mai multe moduri în care rezistențele pot fi aranjate în circuite de atenuare, circuitul divizor de potențial fiind cel mai simplu tip de circuit atenuator pasiv. Circuitul de divizare a potențialului sau a tensiunii este cunoscut în general ca un atenuator "L-pad" deoarece schema sa de circuit seamănă cu cea a unui "L" inversat.

Există însă și alte tipuri comune de rețele de atenuare, cum ar fi atenuatorul "T-pad" și atenuatorul "Pi-pad" (π), în funcție de modul în care conectați componentele rezistive. Aceste trei tipuri comune de atenuatoare sunt prezentate mai jos.

Tipuri de atenuatoare

Schemele de circuite atenuatoarei de mai sus pot fi aranjate fie în formă "echilibrată", fie "neechilibrată", acțiunea ambelor tipuri fiind identică. Versiunea echilibrată a atenuatorului "T-pad" se numește atenuator "H-pad", în timp ce versiunea echilibrată a atenuatorului "π-pad" este numită atenuator "O-pad". Atenuatoarele de tip T-podit sunt de asemenea disponibile.

Într-un atenuator dezechilibrat, elementele rezistive sunt conectate numai la o parte a liniei de transmisie în timp ce cealaltă parte este legată la pământ pentru a preveni scurgerile la frecvențe mai mari. În general, partea împământată a rețelei de atenuare nu are elemente rezistive și, prin urmare, este numită "linia comună".

Într-o configurație de atenuator echilibrat, același număr de elemente rezistive este conectat în mod egal la fiecare parte a liniei de transmisie cu masa situată la un punct central creat de rezistențele paralele echilibrate. În general, rețelele de atenuatoare echilibrate și dezechilibrate nu pot fi conectate împreună, deoarece astfel rezultă că jumătate din rețeaua echilibrată este scurtcircuitată la masă prin configurația dezechilibrată.

Atenuatoare comutate

În loc de a avea un singur atenuator pentru a obține gradul necesar de atenuare, atenuatoarele individuale pot fi conectate împreună în cascadată, pentru a mări cantitatea de atenuare în etapele date de atenuare. Comutatoarele rotative cu ploturi multiple, întrerupătoarele rocker sau întrerupătoarele push-buton pot fi de asemenea utilizate pentru conectarea sau ocolirea rețelelor individuale de atenuatoare fixe în orice secvență dorită de la 1dB la 100dB sau mai mult, făcând ușor proiectarea și construirea rețelelor atenuatoare comutate, de asemenea cunoscute ca atenuator în trepte. Prin comutarea atenuatoarelor corespunzătoare, atenuarea poate fi mărită sau scăzută în trepte fixate, după cum se arată mai jos.

Atenuatorul comutat

Aici, există patru rețele independente de atenuatoare rezistive într-o rețea de cascadă serie cu fiecare atenuator având o valoare dublă decât cea a predecesorului său, (1-2-4-8). Fiecare rețea de atenuatoare poate fi comutată "in" sau "out" din calea semnalului, așa cum este necesar de către comutatorul asociat, producând un circuit atenuator de ajustare în trepte care poate fi comutat de la 0 dB la -15 dB în trepte de 1 dB.

Prin urmare, valoarea totală a atenuării furnizate de circuit ar fi suma tuturor celor patru rețele de atenuatoare care sunt comutate "IN". De exemplu, o atenuare de -5 dB ar necesita conectarea SW1 și SW3 și o atenuare de -12 dB ar necesita conectarea SW3 și SW4 și așa mai departe.

Rezumat Atenuator

• Un atenuator este un dispozitiv cu patru terminale care reduce amplitudinea sau puterea unui semnal fără a distorsiona forma de undă a semnalului, un atenuator introduce o anumită pierdere.

• Rețeaua de atenuare este introdusă între o sursă și un circuit de sarcină pentru a reduce amplitudinea semnalului sursă cu o cantitate cunoscută adecvată pentru sarcină.

• Atenuatoarele pot fi fixate, complet variabile sau variabile în etape cunoscute de atenuare, -0,5 dB, -1 dB, -10 dB, etc.

• Un atenuator poate fi simetric sau asimetric în formă și fie echilibrat, fie dezechilibrat.

• Atenuatoarele fixe, de asemenea cunoscute ca un "tampon" sunt folosite pentru a "potrivi" impedanțele inegale.

• Un atenuator este în realitate opusul unui amplificator. Un amplificator asigură câștig în timp ce un atenuator asigură pierderi sau câștig mai puțin de 1 (unitate).

• Atenuatoarele sunt, de obicei, dispozitive pasive realizate din rețele simple divizoare de tensiune. Comutarea între diferite rezistențe produce atenuatoare cu trepte reglabile sau reglabile continuu cu ajutorul potențiometrelor.

Pentru a simplifica proiectarea atenuatorului, se poate folosi o valoare "K" (pentru constantă). Această valoare "K" este raportul tensiunii, curentului sau puterii care corespunde unei valori date a atenuării dB și este dat de:

Putem produce un set de valori constante numite valori "K" pentru diferite valori de atenuare, așa cum sunt prezentate în tabelul următor.

Tabelul pierderii de atenuare

și așa mai departe, producând un tabel cu cât mai multe valori "K" pe care le solicităm.

Atenuatoarele cu valoare fixă, denumite "tampoane de atenuare", sunt utilizate în principal în liniile de transmisie de frecvență radio (Rf) pentru a reduce tensiunea, a disipa puterea sau pentru a îmbunătăți adaptarea impedanței între diferite circuite neadecvate.

Atenuatoarele la nivel de linie în preamplificatoare sau amplificatoare audio de putere pot fi la fel de simple ca un potențiometru de 0,5 W sau un divizor de tensiune L-pad conceput pentru a reduce amplitudinea unui semnal audio înainte de a ajunge la difuzor, reducând volumul ieșirii.

În măsurarea semnalelor, tampoanele de atenuator de mare putere sunt utilizate pentru a reduce amplitudinea semnalului cu o cantitate cunoscută pentru a permite măsurătorile sau pentru a proteja dispozitivul de măsurare de niveluri ridicate de semnal care ar putea altfel să îl deterioreze.

În următorul tutorial despre atenuatoare, vom analiza cel mai de bază tip de rețea de atenuator rezistiv numit în mod obișnuit un atenuator "L-type" sau "L-pad" care poate fi realizat folosind doar două componente rezistente. Circuitul atenuatorului "L-pad" poate fi de asemenea utilizat ca un circuit divizor de tensiune sau potențial.