Что такое аттенюатор, принцип его работы и где применяется

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов  и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

• импульсные трансформаторы;
• силовые трансформаторы;
• трансформаторы тока.

Типы

Оптические аттенюаторы могут иметь различные формы и обычно классифицируются как фиксированные или регулируемые аттенюаторы. Более того, они могут быть классифицированы как LC, SC, ST, FC, MU, E2000 и т. Д. В зависимости от различных типов разъемов.

Фиксированные аттенюаторы

Фиксированные оптические аттенюаторы, используемые в волоконно-оптических системах, могут работать по разным принципам. В предпочтительных аттенюаторах используются либо легированные волокна, либо неправильно совмещенные сращивания, либо общая мощность, поскольку и то, и другое надежно и недорого.В соответствии аттенюаторы стиля включены в соединительные кабели. Альтернатива строить из Аттенюатор представляет собой небольшой переходник «папа-мама», который можно добавить к другим кабелям.

Непредпочтительные аттенюаторы часто используют потеря разрыва или отражающие принципы. Такие устройства могут быть чувствительны к: модальное распределение, длина волны, загрязнение, вибрация, температура, повреждение из-за скачков напряжения, может вызвать обратное отражение, может вызвать рассеяние сигнала и т. д.

Шлейфовые аттенюаторы

Оптоволоконный аттенюатор с обратной связью предназначен для тестирования, проектирования и приработки плат или другого оборудования. Доступен в версиях SC / UPC, SC / APC, LC / UPC, LC / APC, MTRJ, MPO для одномодового применения. Волоконный кабель 900 мкм внутри черной оболочки для типов LC и SC. Нет черной оболочки для типов MTRJ и MPO.

Встроенные регулируемые аттенюаторы

Встроенные регулируемые оптические аттенюаторы могут управляться вручную или электрически. Ручное устройство полезно для одноразовой настройки системы, оно почти эквивалентно фиксированному аттенюатору и может называться «регулируемым аттенюатором». Напротив, аттенюатор с электрическим управлением может обеспечить адаптивную оптимизацию мощности.

Достоинства устройств с электрическим управлением включают скорость отклика и предотвращение ухудшения качества передаваемого сигнала. Динамический диапазон обычно довольно ограничен, и обратная связь по мощности может означать, что долговременная стабильность является относительно незначительной проблемой. Скорость ответа – особенно серьезная проблема в динамически реконфигурируемых системах, где задержка в одну миллионную секунды может привести к потере больших объемов передаваемых данных. Типичные технологии, используемые для быстрого отклика, включают: жидкокристаллический регулируемый аттенюатор (LCVA) или ниобат лития устройств. Существует класс встроенных аттенюаторов, которые технически неотличимы от тестовых аттенюаторов, за исключением того, что они упакованы для монтажа в стойку и не имеют тестового дисплея.

Регулируемые оптические испытательные аттенюаторы

В регулируемых оптических испытательных аттенюаторах обычно используется фильтр с регулируемой нейтральной плотностью. Несмотря на относительно высокую стоимость, эта конструкция имеет преимущества в том, что она стабильна, нечувствительна к длине волны, нечувствительна к модам и предлагает большой динамический диапазон. Другие схемы, такие как ЖК-дисплей, регулируемый воздушный зазор и т. Д., Были опробованы на протяжении многих лет, но без особого успеха.

Они могут иметь ручное или моторное управление. Управление двигателем дает обычным пользователям явное преимущество в производительности, поскольку часто используемые последовательности испытаний могут выполняться автоматически.

Калибровка аттенюатора – серьезная проблема. Обычно пользователю нужен абсолютный порт для калибровки порта. Кроме того, калибровка обычно должна проводиться на нескольких длинах волн и уровнях мощности, поскольку устройство не всегда является линейным. Однако ряд инструментов на самом деле не предлагают этих основных функций, предположительно в попытке снизить стоимость. Самые точные приборы с регулируемым аттенюатором имеют тысячи точек калибровки, что обеспечивает превосходную общую точность при использовании.

Узнаём необходимое затухание

Для начала, определим уровень сигнала из ресивера. У него есть два выхода. Один мониторный — для наушников звукооператора, второй — output. Он то нас и интересует. Сигнал на нём ниже, чем на мониторном. Я буду передавать синусоидальный сигнал по радиоканалу, благо на трансмиттере есть возможность подключения line сигнала. В гнездо ресивера вставим кабель, и подключим мультиметр. Мультиметр я выставил на измерение переменного напряжения с пределом 200 мВ. У меня отобразилось 90 мВ. Это вполне сопоставимо с тем, что написано в документации: Audio output level: 120 mV

Но это не соответствует стандартным уровням

Хотя нам это не важно, главное правильно подобрать номиналы сопротивлений в аттенюаторе.

Я нашёл просто бесценный сайт (uneeda-audio.com), на котором очень много полезной информации, как раз то, что мне было нужно. Откроем документик, в котором сопоставлены значения dBu, dBv и вольтажей

.

Наше значение — 90мВ, нужно получить 1мВ. То есть уменьшить значение напряжения в 90 раз. Если это перевести в децибелы, получится x=10 lg(90/1)=19,54 dB. Грубо говоря, нам нужно собрать аттенюатор на 20децибел.

Аттенюаторы радиодиапазона[ | код]

Резисторные и ёмкостные аттенюаторы | код

Аттенюаторы разной мощности

Сигнал в резисторных и ёмкостных аттенюаторах ослабляется с помощью соответственно резистивного или ёмкостного делителя.

• Назначение: аттенюаторы высокой точности, как правило, низкочастотные.
• Примеры: Д1-13А, Д2-14.

Поляризационные аттенюаторы | код

Поляризационный аттенюатор представляет собой отрезок волновода круглого сечения с помещённой внутри поглощающей пластиной, угол поворота которой относительно направления поляризации сигнала можно менять.

• Назначение: точный аттенюатор в СВЧ цепях.
• Примеры: Д3-27, Д3-33А, Д3-19, Д3-38, Д3-36, АП-19, АП-20.

Предельные аттенюаторы | код

Аттенюатор Д4-3

Принцип действия предельных аттенюаторов основан на затухании электромагнитных волн внутри волновода при длине волны больше критической.

• Назначение: относительно узкополосные аттенюаторы средней точности дециметрового диапазона.
• Примеры: Д4-3.

Поглощающие аттенюаторы | код

Аттенюатор Д5-21

Принцип действия поглощающего аттенюатора основан на затухании электромагнитных волн в поглощающих материалах.

• Назначение: развязывающие аттенюаторы в СВЧ измерениях.
• Примеры: Д5-20, Д5-21, АР-06, АР-07, АР-15.

Основные нормируемые характеристики радиоизмерительных аттенюаторов | код

• Диапазон рабочих частот
• Номинальное значение ослабления или диапазон значений
• Допустимые погрешности в диапазоне рабочих частот
• Коэффициент стоячей волны по входу и выходу
• Максимальная поглощаемая мощность

Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Под преобразованием частоты понимают перемещение спектра сигнала по шкале частот без изменения соотношений между его компонентами.

Основными устройствами, где применяется преобразование частоты, являются радиоприемные устройства, в которых осуществляется перенос спектра в область более низких частот в целях повышения эффективности фильтрации помех. Также преобразование частоты производится и во входных каскадах ретрансляторов радиорелейных линий связи для обеспечения фильтрации помех, после чего в их выходных каскадах реализуется восстановление передаваемого сигнала посредством преобразования его частоты до значения входного сигнала.

Рассмотрим преобразование частоты с помощью параметрической цепи, ток в которой определяется выражением

Данному соотношению соответствует схема, содержащая параметрический резистивный элемент с проводимостью (Формула), изменяющейся пропорционально сигналу u2 (рис. 3.11).

Здесь могут применяться нелинейные элементы (полупроводниковые диоды, транзисторы), которые при воздействии сильного сигнала изменяют свои параметры. В качестве такого сигнала используют гармоническое колебание, получаемое от отдельного генератора. (В радиоприемниках такой генератор называется гетеродином.)

Рис. 3.11. Схема параметрической цепи с резистивным элементом

Рис. 3.12. Функциональная схема преобразователя частоты

Пусть на вход преобразователя, функциональная схема которого показана на рис. 3.12, поступает сигнал (Формула), и гетеродин формирует гармоническое колебание (Формула).

Подставив эти выражения в формулу тока, получим

Для выделения любого из этих колебаний на выходе преобразователя частоты включается полосовой фильтр, настроенный либо на разностную, либо на суммарную частоту. В первом случае выполняется преобразование вниз, а во втором — преобразование вверх (рис. 3.13).

Отдельно остановимся на случае, когда частота колебания гетеродина больше частоты входного сигнала, т. е. (Формула) или (Формула). Отрицательное значение частоты физического смысла не имеет, поэтому данное колебание, поскольку косинус — четная функция, представляют в следующем виде:

Рис. 3.13. Спектры сигналов: а — исходного; б — преобразованных вверх и вниз

Рис. 3.14. Инверсия спектра в процессе преобразования частоты

Рис. 3.15. Схема фазокомпенсационного преобразователя частоты

Рассмотрим также метод преобразования частоты, соответствующий случаю, когда частотные составляющие на выходе нельзя разделить с помощью фильтра.

Схема соответствующего преобразователя показана на рис. 3.15. Здесь фазовращатель — элемент, поворачивающий фазу на 90° (π/2), фактически реализует преобразование Гильберта. Такая схема называется фазокомпенсационным преобразователем, а в некоторых источниках ее называют оптимальным преобразователем.

Аудио аттенюаторы

Аттенюатор линейного уровня в предусилителе или аттенюатор мощности после того, как усилитель мощности использует электрическое сопротивление для уменьшения амплитуды сигнала, который достигает динамика, уменьшая громкость на выходе. Аттенюатор линейного уровня имеет более низкую потребляемую мощность, например, 1/2 Вт. потенциометр или же делитель напряжения и управляет сигналами уровня предусилителя, тогда как аттенюатор мощности имеет более высокую пропускную способность, например 10 Вт или более, и используется между усилителем мощности и динамиком.

• Аттенюатор мощности (гитара)
• Гитарный усилитель

Основные характеристики

ОУ, как и другие радиодетали, имеют ТХ, которые можно разделить на типы:

1. Усилительные.
2. Входные.
3. Выходные.
4. Энергетические.
5. Дрейфовые.
6. Частотные.
7. Быстродействие.

Коэффициент усиления является основной характеристикой ОУ. Он характеризуется отношением выходного сигнала ко входному. Его еще называют амплитудной, или передаточной ТХ, которая представлена в виде графиков зависимости. К входным относятся все величины для входа ОУ: Rвх, токи смещения (Iсм) и сдвига (Iвх), дрейф и максимальное входное дифференциальное U (Uдифмакс). Iсм служит для работы ОУ на входах. Iвх нужен для функционирования входного каскада ОУ. Iвх сдвига — разность Iсм для 2 входных полупроводников ОУ.

Во время построения схем нужно учитывать эти I при подключении резисторов. Если Iвх не учитывать, то это может привести к созданию дифференциального U, которое приведет к некорректной работе ОУ. Uдифмакс — U, которое подается между входами ОУ. Его величина характеризует исключение повреждения полупроводников каскада дифференциального исполнения.

Для надежной защиты между входами ОУ подключаются встречно-параллельно 2 диода и стабилитрона. Дифференциальное входное R характеризуется R между двумя входами, а синфазное входное R — величина между 2 входами ОУ, которые объединены, и массой (земля). К выходным параметрам ОУ относятся выходное R (Rвых), максимальное выходное U и I. Параметр Rвых должен быть меньшим по значению для обеспечения лучших характеристик усиления.

Для достижения маленького Rвых нужно применять эмиттерный повторитель. Iвых изменяется при помощи коллекторного I. Энергетические ТХ оцениваются максимальной мощностью, которую потребляет ОУ. Причина некорректной работы ОУ — разброс ТХ полупроводников дифференциального усилительного каскада, зависящего от температурных показателей (температурный дрейф). Частотные параметры ОУ являются основными. Они способствуют усилению гармонических и импульсных сигналов (быстродействие).

В ИМС ОУ общего и специального вида включается конденсатор, предотвращающий генерацию высокочастотных сигналов. На частотах с низким значением схемы обладают большим коэффициентом Kу без обратной связи (ОС). При ОС используется неинвертирующее включение. Кроме того, в некоторых случаях, например при изготовлении инвертирующего усилителя, ОС не используется. Кроме того, у ОУ есть динамические характеристики:

1. Скорость нарастания Uвых (СН Uвых).
2. Время установления Uвых (реакция ОУ при скачке U).

Аттенюаторы с плавной регулировкой ослабления

В таблице 1 приведены параметры аттенюаторов, выпускаемых пятью предприятиями России.

ФГУП «ННИПИ «Кварц» выпускает аттенюаторы 20 наименований в диапазоне частот от 0,01 до 26 ГГц

Это единственное предприятие, которое сообщает о важном параметре аттенюаторов — неравномерности АЧХ-аттенюаторов при ослаблении 30, 60, 90 и 110 дБ. Другие предприятия такие данные не приводят. Диапазон рабочих температур: 5–40 °С

Изделия 2.260.231 и 2.260.230 (рабочий диапазон частот 0,25–2 и 2–8 ГГц соответственно) имеют ослабление 110 дБ. Максимальная входная предельная мощность составляет 1 Вт (кроме 2.260.241-05). Разъем по СВЧ типа SMA. По требованию заказчика аттенюаторы могут поставляться с разъемами 3,5/1,52 мм. ФГУП «НПП «Исток» выпускает 3 типа аттенюаторов, работающих в диапазоне температур: –60…70 °С. В диапазоне частот 8–12 и 12–18 ГГц они выполнены в бескорпусном варианте с микрополосковыми (МПЛ) выводами и волновым сопротивлением 50 Ом; возможна также поставка этих изделий в корпусе с коаксиальными выводами 3,5/1,52 мм. Таганрогский РТУ разработал аттенюаторы пяти наименований. По сравнению с другими аттенюаторами данной группы изделие диапазона частот 1–2 ГГц имеет быстродействие (время переключения) 100 нс и выполнено на поликоровой плате размером 48×30 мм. Аттенюаторы ЗАО «ВЧТехнологии» (три наименования) узкополосные и имеют начальные потери 0,4 дБ. Разъем по СВЧ коаксиальный, сечение 7/3,04 мм. «НПФ «Микран» разработаны аттенюаторы с полосой пропускания 30% в любом участке диапазона частот 1–18 ГГц и с ослаблением 25–30 дБ. Неравномерность АЧХ в диапазоне частот равна 1 дБ. Как и на ряд других своих изделий, предприятие не приводит единое наименование с разбивкой по диапазонам; также нет данных по максимально допустимой входной мощности, типу СВЧ-разъема, габаритам и массе

Диапазон рабочих температур: 5–40 °С. Изделия 2.260.231 и 2.260.230 (рабочий диапазон частот 0,25–2 и 2–8 ГГц соответственно) имеют ослабление 110 дБ. Максимальная входная предельная мощность составляет 1 Вт (кроме 2.260.241-05). Разъем по СВЧ типа SMA. По требованию заказчика аттенюаторы могут поставляться с разъемами 3,5/1,52 мм. ФГУП «НПП «Исток» выпускает 3 типа аттенюаторов, работающих в диапазоне температур: –60…70 °С. В диапазоне частот 8–12 и 12–18 ГГц они выполнены в бескорпусном варианте с микрополосковыми (МПЛ) выводами и волновым сопротивлением 50 Ом; возможна также поставка этих изделий в корпусе с коаксиальными выводами 3,5/1,52 мм. Таганрогский РТУ разработал аттенюаторы пяти наименований. По сравнению с другими аттенюаторами данной группы изделие диапазона частот 1–2 ГГц имеет быстродействие (время переключения) 100 нс и выполнено на поликоровой плате размером 48×30 мм. Аттенюаторы ЗАО «ВЧТехнологии» (три наименования) узкополосные и имеют начальные потери 0,4 дБ. Разъем по СВЧ коаксиальный, сечение 7/3,04 мм. «НПФ «Микран» разработаны аттенюаторы с полосой пропускания 30% в любом участке диапазона частот 1–18 ГГц и с ослаблением 25–30 дБ. Неравномерность АЧХ в диапазоне частот равна 1 дБ. Как и на ряд других своих изделий, предприятие не приводит единое наименование с разбивкой по диапазонам; также нет данных по максимально допустимой входной мощности, типу СВЧ-разъема, габаритам и массе.

Таблица 1. Аттенюаторы с плавной регулировкой ослабления

Классификация и разновидности

Специалисты выделяют несколько ключевых характеристик, позволяющих разделить устройства на несколько типов. Вот самые распространенные параметры:

• Напряжение и мощность аттенюатора.
• Частотный диапазон.
• Разновидность применяемых в конструкции элементов.
• Итоговое количество уровней выходного сигнала.

По уровню напряжения выделяют низковольтные и высоковольтные устройства. По рабочему частотному диапазону от постоянного тока до светового сигнала. Разновидности использованных элементов очень разнятся: от простых по конструкции катушек, конденсаторов и резисторов до более сложных оптоволоконных приборов или СВЧ.

В процессе эксплуатации важно регулярно проводить поверку аттенюаторов, ведь только полностью исправный прибор защитит приемник от серьезных перегрузок. В ассортименте специализированных магазинов можно встретить специальные универсальные устройства, у которых предусмотрен фиксированный показатель затухания

Не меньшей популярностью пользуются и регулируемые аналоги, где пользователь выставляет рабочие параметры самостоятельно.

• Ключевой элемент конструкции аттенюатора с фиксированным показателем затухания воздушный зазор, легированный светодиод или стеклянный фильтр. Опытный специалист легко сделает специальные изгиб для оптического светодиода передающего кабеля. Такая разновидность чаще всего монтируется в корпуса розеток.
• Аттенюаторы с регулируемым затуханием применяются для корректной работы измерительного оборудования. Установить необходимые параметры можно двумя способами: внесением механических поправок в воздушный зазор или воздействием только на ту часть кабеля, которая отвечает за передачу сигнала.

Для удобства производители используют маркировки, позволяющие быстро классифицировать используемое устройство. Вот несколько популярных категорий:

• Модели, принцип работы которых основан на дискретных радиоэлементах.
• Эталонные устройства и поверочные установки.
• Аттенюаторы с поглощением энергии.
• Поляризационные модели.
• Устройства, управляемые в электронном режиме.
• Предельные устройства.

Важно! Эталонные и поверочные модели нашли применение в работе экспертов, которые отвечают за проведение метрологической оценки используемых на практике аттенюаторов. Предельные устройства защищают от прохождения через систему сигналов, у которых частота ниже допустимого предела

Применение – аттенюатор

Схема связи линии с нагрузкой.| Блок-схема установки.

На рис. 11 – 1 – 9 показаны схемы калибровки плавно-переменных предельных аттенюаторов без применения эталонных аттенюаторов: одноканальная а, двухка-нальная б и трехканальная в. При схеме а требуется стабильность работы генератора и монитора ( выходного усилителя с индикатором) и линейность характеристики монитора. При схеме б требуется стабильность работы генератора и монитора, но линейность монитора не требуется. При схеме в особых требований к стабильности работы генератора и монитора не предъявляется.
 

Приборы с большим динамическим диапазоном ( 20 дБ и более) позволяют правильно оценивать соотношение амплитуд сигналов на экране ЭЛТ даже без применения аттенюатора.
 

Схема термоэлектрического приемного преобразователя.| Структурная схема термоэлектрического ваттметра.

К достоинствам термоэлектрического метода относятся: широкий диапазон частот; малое время измерения; малая зависимость показаний от температуры окружающей среды; широкие пределы измеряемой мощности, которые можно расширить применением внешних аттенюаторов и направленных ответвителей на входе преобразователя и высокочувствительных усилителей постоянного тока на выходе.
 

Схема термоэлектрического приемного преобразователя.| Структурная схема тер. моэлектрического ваттметра.

К достоинствам термоэлектрического метода относятся: широкий диапазон частот; малое время измерения; малая зависимость показаний от температуры окружающей среды; широкие пределы измеряемой мощности, которые можно расширить применением внешних аттенюаторов и направленных ответвителей иа входе преобразователя и высокочувствительных усилителей постоянного тока на выходе.
 

Блок-схема устройства для измерения к. о. на частоте 35 Ггц с панорамной индикацией.

Калибровка всего устройства выполняется путем создания отраженного сигнала с известными потерями отражения с помощью подвижного короткозамыкателя и прецизионного ( [ точность 0 1 дб) переменного аттенюатора. Например, при применении аттенюатора 7 дб потери отражения равны 14 дб, что соответствует к. Подвижность короткозамыкателя дает возможность малый сигнал, отраженный от входа в аттенюатор, сфазировать в квадратуре относительно главного отраженного сигнала.
 

Зависимость стандартного уровня чувствительности от чувствительности. Параметр семейства кривых. Вн – сопротивление нагрузки.

Приведенные величины соответствуют звуковому давлению 100 Па ( 134 дБ) и рассчитаны на чувствительность, на 6 дБ большую чувствительности микрофона. Требование перегрузки обычно удовлетворяется применением регулируемого аттенюатора, встроенного а предварительный усилитель и предшествующего регулятору усиления.
 

Важная характеристика усилителя – его динамический диапазон, т.е. отношение амплитуд максимального и минимального сигналов, усиливаемых и наблюдаемых на экране без искажения. Приборы с большим динамическим диапазоном 20 дБ позволяют правильно оценивать соотношение амплитуд сигналов на экране даже без применения аттенюатора.
 

Аттенюаторы радиодиапазона

Резисторные и емкостные аттенюаторы

Аттенюаторы разной мощности

Сигнал в резисторных и емкостных аттенюаторах ослабляется с помощью соответственно резистивного или емкостного делителя.

• Назначение: аттенюаторы высокой точности, как правило, низкочастотные.
• Примеры: Д1-13А, Д2-14.

Поляризационные аттенюаторы

Поляризационный аттенюатор представляет собой отрезок волновода круглого сечения с помещенной внутри поглощающей пластиной, угол поворота которой относительно направления поляризации сигнала можно менять.

• Назначение: точный аттенюатор в СВЧ цепях.
• Примеры: Д3-27, Д3-33А, Д3-19, Д3-38, Д3-36, АП-19, АП-20.

Предельные аттенюаторы

Аттенюатор Д4-3

Принцип действия предельных аттенюаторов основан на затухании электромагнитных волн внутри волновода при длине волны больше критической.

• Назначение: относительно узкополосные аттенюаторы средней точности дециметрового диапазона.
• Примеры: Д4-3.

Поглощающие аттенюаторы

Аттенюатор Д5-21

Принцип действия поглощающего аттенюатора основан на затухании электромагнитных волн в поглощающих материалах.

• Назначение: развязывающие аттенюаторы в СВЧ измерениях.
• Примеры: Д5-20, Д5-21, АР-06, АР-07, АР-15.

Основные нормируемые характеристики радиоизмерительных аттенюаторов

• Диапазон рабочих частот
• Номинальное значение ослабления или диапазон значений
• Допустимые погрешности в диапазоне рабочих частот
• Коэффициент стоячей волны по входу и выходу
• Максимальная поглощаемая мощность

Цепи аттенюатора

Схема несимметричного аттенюатора π-типа

Схема симметричного аттенюатора π-типа

Схема несимметричного аттенюатора Т-типа

Схема симметричного аттенюатора Т-типа

Основные схемы, используемые в аттенюаторах: пи-площадки (π-тип) и Т-образные подушки. Может потребоваться, чтобы они были сбалансированными или несбалансированными сетями в зависимости от того, является ли геометрия линии, с которой они будут использоваться, сбалансированной или несбалансированной. Например, аттенюаторы, используемые с коаксиальные линии будет несбалансированной формой, а аттенюаторы для использования с витая пара должны быть сбалансированной формы.

На рисунках слева представлены четыре принципиальные схемы аттенюатора. Поскольку схема аттенюатора состоит исключительно из элементов пассивного резистора, она является линейной и линейной. взаимный. Если схема также сделана симметричной (обычно это так, поскольку обычно требуется, чтобы входное и выходное сопротивление Z₁ и Z₂ равны), то входные и выходные порты не различаются, но по соглашению левая и правая стороны схем называются входом и выходом соответственно.

Доступны различные таблицы и калькуляторы, которые позволяют определить соответствующие значения резисторов для достижения конкретных значений потерь. Один из первых был опубликован NAB в 1960 году для потерь от 1/2 до 40 дБ для использования в цепях с сопротивлением 600 Ом.

Инвертирующий усилитель с однополярным питанием

В некоторых случаях нам даже иногда нужно переместить нулевой уровень на более высокий «пьедестал», чтобы мы могли полностью усиливать сигнал, если дело касается однополярного питания. Работать с однополярным питанием всегда проще и удобнее, чем с двухполярным. Поэтому, в этом случае надо поднять нулевой уровень на некоторый пьедестал, чтобы полностью усиливать переменный сигнал. То есть добавить постоянную составляющую в сигнал. В этом случае схема примет чуть-чуть другой вид:

Как можно увидеть, сейчас мы питаем наш ОУ однополярным питанием. Что будет, если мы НЕинвертирующий выход посадим на землю?

То есть мы получили базовую схему инвертирующего усилителя, но только с однополярным питанием. Давайте ппросимулируем такую схему. Коэффициент усиления в данном случае будет равен-10, так как мы взяли соотношение резисторов 10 килоом и 1 килоом. Загоняю на вход сигнал амплитудой в 1 В.

Что имеем в итоге на виртуальном осциллографе?

Как вы видите, в этом случае усиленная полуволна сигнала вырезается полностью. Оно и понятно, так как напряжение питания у нас однополярное и проломить «пол» нулевого потенциала невозможно. Но можно сделать одну хитрость: поднять «уровень пола» и дать сигналу место для размаха.

В этом случае нам надо добавить Uсм , для того, чтобы поднять сигнал над уровнем «пола». Но не все так просто, дорогие друзья!

Здесь уже будет использоваться более хитрая формула, а не просто вольтдобавка. Приблизительная формула выглядит вот так:

Итак, мы хотим усилить наш сигнал полностью без среза. Какое же должно быть значение Uвых ? Оно должно иметь значение половины Uпит , чтобы сигнал ходил туда-сюда без срезов. Но также надо учитывать и коэффициент усиления, иначе получится насыщение выхода, о чем мы писали выше.

В нашем случае мы хотим увеличить сигнал амплитудой в 1 В в 10 раз. То есть Uпит должно быть как минимум 20 Вольт. Так как ОУ поддерживают однополярное питание до 32 В, то давайте для красоты выставим Uпит = 30 В. Рассчитываем Uсм :

Проверяем симуляцию, все ок!

Как здесь можно увидеть, желтый выходной сигнал поднялся над нулевым уровнем и усилился без искажений. В данном случае желтый сигнал — это сумма постоянного напряжения и переменного синусоидального сигнала.

То есть получилось что-то типа вот этого:

Хорошо это или плохо, когда в переменном сигнале есть постоянная составляющая, то есть постоянное напряжение? В некоторых случаях это плохо, потому как такой сигнал трудно использовать, и поэтому чаще всего его прогоняют через конденсатор, так как он пропускает через себя только переменный ток и блокирует прохождение постоянного тока. А еще лучше поставить фильтр из дифференцирующей цепи, с помощью которого можно отсекать лишние частоты.

Область применения

Если аттенюатор имеет различные входные и выходные сопротивления, то, кроме функции ослабления, он может выполнять роль согласующего устройства. Так, если надо соединить кабели 75 и 50 Ом, между ними можно поставить рассчитанный соответствующим образом, и вместе с нормированным затуханием можно поправить и степень согласования.

В приемной технике аттенюаторы применяются для исключения перегрузки входных цепей мощными побочными излучениями. В некоторых случаях ослабление мешающего сигнала даже одновременно со слабым полезным сигналом может улучшить качество приема за счёт снижения уровня интермодуляционных помех.

В измерительной технике аттенюаторы могут применяться в качестве развязки — они уменьшают влияние нагрузки на источник эталонного сигнала. Оптические аттенюаторы широко применяются при тестировании приёмо-передающей аппаратуры для волоконно-оптических линий связи. С их помощью моделируют затухание в реальной линии и определяют условия и границы устойчивой связи.

В аудиотехнике аттенюаторы применяются в качестве устройств регулирования мощности. В отличие от потенциометров, они делают это с меньшими потерями энергии

Здесь проще обеспечить плавную регулировку, так как волновое сопротивление не важно – имеет значение лишь ослабление. В телевизионных кабельных сетях аттенюаторы исключают перегрузку входов телевизоров и позволяют сохранить качество передачи независимо от условий приема

Являясь не самым сложным устройством, аттенюатор находит самое широкое применение в радиочастотных цепях и позволяет решить различные задачи. На СВЧ и оптических частотах эти приборы строят по-другому, и они являются сложными промышленными узлами.

Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы

Что такое резистор и для чего он нужен?

Что такое оптрон, как работает, основные характеристики и где применяется

Что такое коаксиальный кабель, основные характеристики и где используется

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Что такое операционный усилитель?

Дифференциальный усилитель на ОУ. Принцип работы

Иногда возникает необходимость вычесть два сигнала. Классическим примером является измерение тока на резисторе, которое практикуется в различных источниках питания и инверторах, при чтении температуры с термопары или напряжения моста Уитстона.

Самый простой способ использовать схему вычитания так называемый дифференциальный усилитель (не путать с дифференциатором!). Если нам необходимо вычислить разницу между двумя сигналами, то достаточно будет одного операционного усилителя и четырех одинаковых резисторов:

Но зачастую мы имеем дело с очень слабыми сигналами, так что не мешало бы, помимо вычитания, усилить полученную разницу. Для этого используем слегка измененную схему, которая отличается значениями резисторов:

Электрический паяльник с регулировкой температуры

Мощность: 60/80 Вт, температура: 200’C-450’C, высококачествен…

Подробнее

Ничто нам не мешает еще больше изменить значения резисторов, однако, мы не видели, чтобы кто-то использовал подобную схему, как показано ниже:

Несмотря на то, что третья схема уже довольно сильно запутана, это все еще также рабочая схема. Резисторы R3 и R4 образуют обычный делитель напряжения. Напряжение на неинвертирующем входе усилителя (+) такое же, как и на инвертирующем входе (-), поскольку работа операционного усилителя основана на 3 основных правилах:

Если мы знаем, входное напряжение U1 и напряжение на инвертирующем входе (-), то значит, мы знаем и напряжение на резисторе R1. Далее, из закона Ома, вычислим, какой ток течет через него (R1), и этот же ток течет далее через резистор R2. Зная сопротивление R2, вычислим падение напряжения на этом резисторе, а это даст нам конечный результат.

Дифференциальный усилитель имеет, к сожалению, два серьезных недостатка, которые перечеркивают его во многих ситуациях:

• Первый недостаток — низкое входное сопротивление, которое зависит от величины резистора (как и в инвертирующим усилителе). В случае, когда мы измеряем очень слабый сигнал с термопары или моста Уитстона, то усилитель даст существенную ошибку в измерительную систему.
• Второй недостаток — нелегко изменить коэффициент усиления. Чтобы это сделать, нужно одновременно изменить значение двух резисторов, что на практике очень сложно. Нужно иметь спаренный потенциометр или ввести систему аналоговых мультиплексоров, что значительно усложнит схему.

Таким образом, дифференциальный усилитель является простой схемой, но его практическое применение довольно сильно ограничено. Лучше использовать чуть более сложную, но качественную схему измерительного усилителя.