Atenuatoarele Pi-pad sau π-pad sunt frecvent utilizate în liniile de transmisie cu frecvență radio și microunde și pot fi scheme echilibrate sau dezechilibrate.

Atenuatorul Pi-pad este numit astfel deoarece aspectul său de bază și schema se aseamănă cu cea a literei grecești pi (π), ceea ce înseamnă că are un rezistor serie și două rezistoare șunt paralele legate la masă, la intrare și la ieșire.

Atenuatorul "Pi-pad" este o altă rețea pur rezistivă, complet simetrică, care poate fi folosită ca un atenuator fix între impedanțe egale sau pentru adaptarea impedanței între impedanțe inegale. Configurația de circuit a atenuatorului "Pi" este dată mai jos.

Circuitul de atenuator Pi-pad

Putem vedea că atenuatorul standard Pi-pad este simetric privind la atenuator din ambele părți și acest tip de schemă a atenuatorului poate fi utilizat pentru a adapta impedanțele fie egale, fie inegale, ale liniilor de transmisie. În general, rezistoarele R1 și R3 au aceeași valoare, dar atunci când sunt proiectate să funcționeze între circuite de impedanță inegală, aceste două rezistoare pot avea valori diferite.

Atenuator Pi-pad cu impedanțe egale

Am spus anterior că atenuatorul Pi-pad este o schemă de atenuator simetric constând exclusiv din elemente rezistive pasive, făcându-l liniar în proiectarea sa, permițând ca terminalele sale de intrare și ieșire să fie transpuse între ele. Acest lucru face atenuatorul Pi-pad ideal să fie inserat între două impedanțe egale (ZS = ZL) pentru a reduce nivelele de semnal.

În acest caz, cele trei elemente rezistive sunt alese pentru a se asigura că impedanța de intrare și impedanța de ieșire se potrivesc impedanței de sarcină care face parte din rețeaua de atenuare. Deoarece impedanțele de intrare și ieșire ale Pi-pad sunt proiectate să se potrivească perfect sarcinii, această valoare se numește "impedanța caracteristică" a rețelei simetrice Pi-pad.

Atunci, ecuațiile date pentru a calcula valorile rezistoarelor unui circuit de atenuator Pi-pad utilizate pentru potrivirea impedanței la orice atenuare dorită sunt date de:

Ecuațiile atenuatorului Pi-pad

unde: K este factorul de impedanță și Z este impedanța sursei/sarcinii.

Exemplul nr. 1 de atenuator Pi-pad

Un circuit atenuator Pi-pad este necesar pentru a reduce nivelul unui semnal audio cu 10 dB în timp ce adaptează impedanța unei rețele de 75 Ω. Calculați valorile celor trei rezistoare necesare.

Folosind tabelul simplu al factorilor K, putem observa că valoarea factorului "K" pentru calculul pierderii de atenuare de -10 dB este dată de 3,1623.

Atunci, rezistoarele R1 și R3 sunt egale cu 144 Ω iar rezistorul R2 este egal cu 107 Ω, sau cele mai apropiate valori standard.

Rețineți că aceeași schemă a atenuatorului Pi-pad va avea diferite valori de rezistoare pentru una utilizată într-o rețea de 75 Ω decât pentru una care este adaptată la o rețea de 50 Ω sau 600 Ω.

Din nou, ca și cu Atenuatorul T-pad, putem produce tabele standard pentru valorile impedanțelor serie și paralel necesare pentru a construi un circuit atenuator simetric Pi-pad de 50 Ω, 75 Ω sau 600 Ω. Valorile calculate ale rezistoarelor R1, R2 și R3 sunt date de:

Valori rezistive ale atenuatorului Pi-pad

Rețineți că, atunci când cantitatea de pierdere de atenuare necesară de către circuitul Pi-pad crește, impedanța rezistorului serie R2 crește, de asemenea, în același timp, valorile impedanței șuntului paralel ale ambelor rezistoare R1 și R3 scad.

Aceasta este o caracteristică obișnuită a unui circuit simetric de atenuator Pi-pad, utilizat între impedanțe egale. De asemenea, chiar și la o atenuare de 32dB, valorile impedanței serie sunt încă destul de ridicate și nu în intervalul de unu sau doi ohmi, ca în cazul atenuatorului T-pad.

Acest lucru înseamnă că o singură rețea de atenuare Pi-pad poate atinge nivele mult mai ridicate de atenuare în comparație cu rețeaua T-pad echivalentă, deoarece impedanțele șuntului paralel nu sunt niciodată mai mici decât impedanța caracteristică a liniei de transmisie, datorită valorii extrem de mari a factorului "K". De exemplu, o linie de transmisie cu o impedanță caracteristică de 50 Ω cu o atenuare de -80 dB ar da rezistorilor șunr R1 și R3 o valoare de 50 Ω fiecare, în timp ce rezistorul serie R2 ar fi egal cu 250 KΩ.

Atenuatorul Pi-pad cu impedanțe inegale

Pe lângă faptul că folosim atenuatorul Pi-pad pentru a reduce nivelele de semnal într-un circuit care are impedanțe egale (ZS = ZL), putem folosi acest tip de atenuator și pentru adaptarea impedanțelor sursei și sarcinii inegale (ZS ≠ ZL).

Dar, pentru a face acest lucru trebuie să modificăm puțin ecuațiile anterioare pentru a lua în considerare încărcarea inegală a impedanțelor sursei și sarcinii din circuitul atenuatorului. Noile ecuații date pentru calculul elementelor rezistive ale unui atenuator Pi-pad pentru impedanțe inegale sunt:

Ecuațiile atenuatorului Pi-pad pentru impedanțe inegale

unde: K este factorul de impedanță, ZS este impedanța sursei mai mare și ZL este impedanța de sarcină mai mică.

Putem observa că ecuațiile pentru calculul celor trei valori ale rezistoarelor atenuatorului Pi-pad sunt mult mai complexe atunci când sunt conectate între impedanțe inegale, datorate efectului lor asupra rețelei rezistive. Totuși, cu un calcul atent, putem găsi valoarea celor trei rezistențe pentru orice impedanță de rețea și atenuare date, după cum urmează:

Atenuator Pi-pad. Exemplul nr. 2

Pentru a atenua un semnal cu 6 dB, între un emițător radio cu o impedanță de ieșire de 75 Ω și un contor de intensitate a semnalului de putere de impedanță 50 Ω, este necesar un circuit de atenuare nesimetric dezechilibrat Pi-pad. Calculați valorile rezistoarelor necesare.

Valoare rezistor R1

Valoare rezistor R2

Valoare rezistor R3

Dându-ne următorul circuit atenuator Pi nesimetric:

Calculele valorilor rezistoarelor unui atenuator Pi-pad, folosit între impedanțe inegale, sunt mai complexe decât cele utilizate pentru a calcula valorile între impedanțe egale. Ca atare, atenuatoarele Pi-pad tind să fie folosite mai mult pentru atenuarea semnalului de pe liniile de transmisie cu impedanțe sursă/sarcină ZS = ZL.

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

Atenuator Pi echilibrat

Atenuatorul echilibrat Pi sau „Balanced-π Atenuator“ utilizează un element rezistiv suplimentar în linia comună de masă pentru a forma o rețea rezistivă echilibrată așa cum se arată mai jos.

Circuitul de atenuare Pi echilibrat

Atenuatorul Pi echilibrat este numit și atenuator O-pad deoarece structura elementelor sale rezistive formează litera "O". Valorile rezistive ale circuitului Pi echilibrat se calculează în primul rând ca o configurație Pi-pad neechilibrată conectată între impedanțe egale ca și înainte, dar de această dată valoarea rezistorului serie R2 este înjumătățită (împărțită la doi) plasând jumătate pe fiecare linie așa cum se arată. Valoarea rezistivă calculată a celor două rezistențe paralele de șunt rămâne aceeași.

Folosind valorile calculate mai sus, pentru atenuatorul Pi-pad neechilibrat, dă rezistoarele serie R2 = 106,7 ÷ 2 = 53,4Ω și rezistoarele șunt paralele R1, R3 = 144,4 Ω la fel ca înainte.

Atenuatoarele Pi-pad sunt dintre cele mai frecvent utilizate circuite simetrice de atenuator și, ca atare, schema lor este utilizată în multe pad-uri de atenuare disponibile comercial. În timp ce atenuatorul Pi-pad poate atinge un nivel foarte ridicat de atenuare într-un singur etaj, este mai bine să construim un atenuator cu pierderi mari peste 30 dB prin legarea în cascadă a mai multor secțiuni individuale Pi-pad astfel încât nivelul final al atenuării să fie atins în trepte.

Prin legarea în cascadă a atenuatoarelor Pi-pad, numărul de elemente rezistive necesare în schemă poate fi redus deoarece rezistoarele adiacente pot fi combinate împreună. Deci, pentru Pi-pad acest lucru înseamnă pur și simplu că cele două rezistoare de șunt paralele adiacente pot fi adunate împreună.

Precizia atenuatorului Pi calculat va fi determinată de precizia rezistoarelor componente utilizate. Cum fiecare toleranță de rezistor este selectată pentru a construi un circuit de atenuator Pi, 1%, 5% sau chiar 10%, TREBUIE să fie toate rezistoare neinductive și nu tipuri bobinate. De asemenea, deoarece folosim rezistoare în rețeaua de atenuare, aceste rezistoare neinductive TREBUIE să fie capabile să disipe în siguranță cantitatea necesară de putere electrică calculată folosind Legea lui Ohm.