În forma sa de bază, atenuatorul L-pad nu este altceva decât o rețea de divizare a tensiunii foarte simplă, utilizată în multe circuite electrice și electronice pentru a genera o tensiune mai mică.

Diferența este că acest tip de atenuator este utilizat în circuite dependente de frecvență pentru a crea pierderea (atenuarea) într-o linie de transmisie sau pentru a adapta impedanțele sursei dezechilibrate și a rețelei de sarcină.

Atenuatorul L-pad constă din două elemente pur rezistive în serie conectate la o sursă de tensiune cu raportul dintre aceste două rezistențe formând o rețea divizor de tensiune după cum se arată mai jos.

Circuitul de bază al atenuatorului L-pad

Putem vedea că schema atenuatorului L-pad este identică cu circuitul divizor de tensiune utilizat pentru a reduce tensiunea de intrare cu o anumită valoare. Cele două rezistoare sunt conectate în serie pe întreaga tensiune de intrare, în timp ce semnalul sau tensiunea de ieșire este preluat de pe o singură rezistență, cele două elemente rezistive având forma unei litere inversate "L" și, prin urmare, denumirea lor de "atenuatoare L-pad". Pentru aceste tipuri de circuite, atenuarea este dată ca Vout/Vin.

Rezistorul de intrare R1 este în serie cu ieșirea, în timp ce rezistorul R2 este în paralel cu ieșirea și, prin urmare, cu sarcina. Atunci, tensiunea de ieșire, furnizată de acest aranjament în formă de "L", este împărțită cu un factor egal cu raportul dintre aceste două valori ale rezistoarelor, așa cum este arătat.

Deoarece atenuatorul L-pad este realizat din componente pur rezistive, nu există o defazare în atenuator. Introducerea atenuatorului între sursă și sarcină nu trebuie să modifice tensiunea sursei și, prin urmare, rezistența văzută de sursă trebuie să rămână aceeași în orice moment. Deoarece cele două elemente rezistive au valori constante, dacă impedanța sarcinii nu este infinită, atenuarea este modificată și așa este impedanța acesteia. Ca urmare, atenuatorul L-pad poate furniza doar o adaptare a impedanței într-o singură direcție.

Atenuatoarele L-pad sunt utilizate în mod obișnuit în aplicațiile audio pentru a reduce semnalul mai mare sau mai puternic, în timp ce adaptează impedanța dintre sursă și sarcină pentru a asigura transferul maxim de putere. Totuși, în cazul în care impedanța sursei este diferită de impedanța sarcinii, atenuatorul L-pad poate fi făcut pentru a adapta oricare impedanță, dar nu ambele.

Acest lucru se datorează faptului că aranjarea elementelor rezistive nu produce aceeași impedanță dacă se privește în rețea din ambele direcții. Cu alte cuvinte, atenuatorul L-pad este un atenuator asimetric și, prin urmare, dacă o rețea de atenuare este necesară pentru a adapta două impedanțe inegale în ambele direcții, alte tipuri de atenuator ar trebui folosite, cum ar fi atenuatorul "T-pad" simetric sau "Pi-pad".

Atenuatorul L-pad cu impedanțe egale

După cum am menționat mai devreme, un atenuator pasiv este o rețea rezistivă proiectată pentru a reduce puterea sau nivelul unui semnal de frecvență radio sau audio fără a introduce nici o distorsiune a semnalului. Uneori, ieșirea de la un amplificator audio poate prea mare și atenuarea este necesară pentru a furniza acest semnal într-un difuzor. De exemplu, să presupunem că vrem să reducem puterea livrată de un amplificator, care are o impedanță de ieșire a sursei (ZS) de 8Ω, la un difuzor de sarcină (ZL) de 8 Ω cu 6 dB. Valorile rezistențelor R1 și R2 sunt după cum urmează.

Circuit atenuator L-pad

Ecuația pentru circuitul atenuatorului L-pad conectat între două impedanțe egale (ZS = ZL) privind în direcția impedanței sursei ZS va fi:

Pentru a simplifica proiectarea atenuatorului, o valoare "K" poate fi folosită în ecuația atenuatorului de mai sus pentru a simplifica puțin matematica. Această valoare "K" este raportul tensiunilor, curenților sau puterilor corespunzător unei valori date a atenuării. Ecuația generală pentru "K" este dată de:

Astfel, în exemplul nostru, valoarea "K" pentru o atenuare a tensiunii de 6 dB va fi de 10^6/20 = 1,9953. Înlocuirea acestei valori pentru atenuare în cele două ecuații dă:

Atunci, între două impedanțe egale care privesc în direcția impedanței sursei ZS, valoarea rezistorului serie R1 este 4 Ω și valoarea rezistorului paralel R2 este 8 Ω.

Problema cu acest tip de configurație a atenuatorului L-pad este aceea că adaptarea impedanței este în direcția rezistorului serie R1, în timp ce impedanța "neadaptată" este spre rezistorul paralel R2. Problema cu aceasta este că, pe măsură ce nivelul de atenuare este mărit, această neconcordanță devine din ce în ce mai mare și la valori ridicate de atenuare, valoarea rezistorului paralel va deveni fracțiuni ale unui ohm.

De exemplu, valorile lui R1 și R2 la o atenuare de -32 dB ar fi de 7,8 Ω și de 0,2 Ω, adică de 200 mΩ, scurtcircuitând efectiv difuzorul, ceea ce ar putea avea un efect grav asupra circuitelor de ieșire ale amplificatoarelor.

O modalitate de a crește atenuarea fără a suprasolicita sursa este adaptarea impedanței la circuit în direcția impedanței de sarcină ZL. Totuși, deoarece privim acum spre circuitul atenuator L-pad din partea rezistorului paralel, ecuațiile sunt puțin diferite. Atunci, între impedanțe egale și cu adaptarea impedanței privind de la sarcină, valorile sau rezistoarele R1 și R2 se calculează după cum urmează.

"Privind" dinspre sarcină

Dacă știm creșterea atenuării -32 dB, valoarea rezistoarelor va deveni R1 = 310 Ω și R2 = 8,2 Ω respectiv, iar aceste valori sunt suficient de sigure pentru circuitul sursă la care este conectat.

Atenuator L-pad cu impedanțe inegale

Până acum am analizat conectarea atenuatorului L-pad între impedanțe egale pentru a asigura atenuarea unui semnal. Dar putem folosi "atenuatorul L-pad" pentru a adapta impedanțelor a două circuite inegale. Această adaptare de impedanță poate fi în direcția impedanței mai mari sau mai mici, dar nu ambelor. Configurația atenuatorului va fi aceeași ca înainte, dar ecuațiile utilizate pentru adaptarea celor două impedanțe inegale sunt diferite, după cum se arată.

Între două impedanțe inegale, adaptarea impedanței este spre cea mai mică dintre cele două impedanțe, dinspre sursă.

Adaptarea impedanței spre impedanța mică

Între două impedanțe inegale, adaptarea impedanței este spre cea mai mare dintre cele două impedanțe, dinspre sarcină.

Adaptarea impedanței spre impedanța mai mare

Atenuator L-pad. Exemplu nr. 2

O linie de transmisie a semnalului care are o impedanță a sursei de 75 Ω este conectată la un contor de intensitate a semnalului de impedanță 50 Ω care are un afișaj maxim de -12 dB. Calculați valorile rezistoarelor necesare într-un circuit de atenuare L-pad pentru a acționa contorul la putere maximă.

Cu adaptarea impedanței către valoarea de 50 Ω mai mică, rezistoarele R1 și R2 se calculează după cum urmează.

Atunci, rezistorul R1 este egal cu 59,6 Ω iar R2 este egal cu 22,2 Ω, sau cele mai apropiate valori standard.

Atenuatorul L-pad poate fi folosit pentru a se potrivi perfect o impedanță cu alta oferind o cantitate fixă de atenuare, dar circuitul rezultat este „cu pierderi“. Totuși, dacă o cantitate fixă ​​de atenuare nu are importanță și este necesară doar o pierdere minimă de inserție între sursă și sarcină, atenuatorul L-pad poate fi utilizat pentru adaptarea a două impedanțe de valori inegale folosind ecuațiile următoare pentru a calcula rezistoarele R1 și R2.

Pierderea minimă de inserție

unde: rezistorul R1 este pe partea impedanței mai mari și rezistorul R2 este pe partea impedanței mai mici și în exemplul nostru de mai sus ar fi 75 Ω și respectiv 50 Ω. Pierderea minimă de inserție în decibeli a unui atenuator L-pad conectat între o sursă și o sarcină este, prin urmare, dat de:

Atenuare minimă în dB

Pentru atenuatoarele L-pad care au componente reactive, cum ar fi inductoare și condensatoare în schema lor, EEWeb au un online gratuit L-pad Attenuator online pentru calcularea valorilor componentelor la frecvența necesară.

Rezumat Atenuator L-pad

Am văzut că un circuit de atenuator L-pad este o rețea pasivă și pur rezistivă care poate fi utilizată pentru a reduce puterea unui semnal în timp ce se potrivesc impedanțele sursei și sarcinii. Atenuatoarele de tip L-pad sunt utilizate frecvent în electronica audio pentru a reduce semnalul audio produs de un amplificator livrat către un difuzor sau căști.

Dar, unul dintre principalele dezavantaje ale "atenuatorului L-pad" este acela că, deoarece atenuatorul L-pad este un dispozitiv de impedanță constantă, la setări de putere redusă, atenuatorul convertește toată energia care nu este trimisă la sarcină în căldură, care poate fi considerabilă. De asemenea, la frecvențe mult mai mari sau unde este necesar un circuit de atenuare care să potrivească perfect intrarea și ieșirea, se utilizează și alte modele îmbunătățite de atenuator.

În următorul tutorial despre Atenuatoare pasive, vom examina un alt tip de atenuator denumit Attenuatorul T-pad care folosește trei componente rezistive pentru a produce un atenuator echilibrat.