衰减器是在指定的频率范围内,一种用以引入一预定衰减的电路,一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆
数来标明。 衰减器广泛地应用于电子设备中,它的主要用途是:
(1)调整电路中信号的大小;(2)改善阻抗匹配,若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时,则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器,能够缓冲阻抗的变化。
通常,衰减器接于信号源和负载之间,衰减器是由电阻元件组成的二端口网络,它的特性阻抗、衰减量都是与频率无关的常数,相移等于零。
1、固定衰减器的设计
常用的固定衰减器有对称型的T型、∏型、桥T型和倒L型(不对称型)等几种结构,其电路形式和计算公式如下。
图1. T型衰减器
图2. ∏型衰减器
图3. 桥T型衰减器
图4. 倒L型衰减器
式中,Rc为二端口网络的特性阻抗(对称时),即输入输出阻抗,Rc1和Rc2两侧特性阻抗,分别为非对称衰减器的输入输出阻抗;,为输入电压与输出电压之比,A为衰减的分贝数。 电压比分贝:dB=20lg(Uo/Ui)
以上衰减器中,T型、∏型、桥T型属于对称衰减器,主要用于衰减。而倒L型属于不对称衰减器,主要用于阻抗匹配。
倒L型不对称衰减器构成阻抗匹配器,与对称衰减器所不同的是,不能指定衰减量,其输入输出阻抗确定后,其衰减量也就确定了。其衰减值见下表。
表1 倒L型衰减器衰减值与输入输出阻抗比的关系
Rc1/Rc2 | 20 | 15 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
衰减量 | 39.49 | 29.49 | 柔性霓虹灯 19.49 | 17.48 | 15.48 | 13.48 | 11.48 | 9.47 | 7.46 | 5.45 | 3.41 | 0 |
| | | | | | | | | | | | |
值得注意的是,桥T型衰减器中,有两个电阻的值即为特性阻抗(输入输出电阻),且计
算公式简洁,用于组成可调衰减器非常方便。
例1:设计一衰减器,匹配于信号源内阻RS=800欧与负载电阻RL=150欧之间,其衰减量为30dB。
解:因为RS、RL不相等,所以选用一节倒L型和一节对称T型构成衰减器,如图5所示。
(1)倒L型电路计算:
(2)T型电路计算:
由于总衰减量A=30dB,N=10^(30/20)=31.62;所以桥T型衰减量N2为
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N2=N/N1=31.62/10.14=3.1184
计算R1和R2
(3)电路及仿真结果
图5. 由倒L-T型构成的800-150 30dB衰减器
(仿真电路:衰减器L-T 800-150 30dB.ewb)
例2. 设计一衰减器,匹配于信号源内阻RS-600欧与负载电阻RL=75欧之间,其衰减量为30
dB。
选用一节倒L型和一节对称桥T型组成衰减器,如图6所示。
(1)倒L型电路计算:
(2)桥T型电路计算:
由于总衰减量A=30dB,N=10^(30/20)=31.62;所以桥T型衰减量N2为
N2=N/N1=31.62/15.48=2.04
计算R1和R2
R1=Rc(N2-1)=75×(2.04-1)=78.18Ω
R2=Rc/(N2-1)=75/(2.04-1)=71.95Ω
(3)电路及仿真结果
图6. 由倒L和桥T型组成的 600-75 30dB衰减器
(仿真电路:衰减器L-BrgT 600-75 30dB)
2、可变衰减器的设计
可变衰减器,一般是指特性阻抗值恒定的,而它的衰减值是可变的衰减器,由桥T型衰减器构成比较方便。
可变桥T型衰减器的电路结构如图7所示。
图7 可变T型衰减器
采用这种可变衰减器电路的优点是,电路中只有两个可变化部分,而可变T型或可变∏型衰减将有三个可变部分),而且R为固定电阻,可以避免因旋钮换档时,由于旋钮触点接触不良而引起电路中断现象。
例:设计一个可变桥T型衰减器。各档衰减值分别为10、20、30dB,特性阻抗Rc=600欧。
解: 计算各档电阻值
(1)10dB N1=3.162
Rs1=Rc*(N1-1)=600*(3.162-1)=1297.37Ω
Rp1=Rc/(N1-1)=600/(3.162-1)=277.49Ω
(2) 20dB N2=10
Rs2耐老化测试=Rc*(N2-1)=600*(10-1)=5400Ω
Rp2=Rc/(N2-1)=600/(10-1)=66.67Ω
(3)30dB N3=31.62
Rs3=Rc*(N3mmbbs-1)=600*(31.62-1)=18373.67Ω
Rp3=Rc/(N3-1)=600/(31.62-1)=19.59Ω
(4) 计算各档电阻值
R11=Rs1=1297.37Ω
R12=Rs2鞋帮-Rs1=5400-1297.37=4102.63Ω
R13=Rs3-Rs2=18373.67-5400=12973.67Ω
R23=Rp3=19.59Ω
R22=Rp透风窗2-Rp3=66.67-19.59=47.08 Ω
R21=Rp1-Rp2=277.49-66.67=210.82Ω
(5) 电路及仿真结果
图8 由桥T型衰减器构成的可变(0,10,20,30dB)衰减器
(仿真电路:衰减器brg-T 600可调.ewb)