Ступенчатый аттенюатор.

.


____При налаживании высокочастотных устройств бывает необходимо ввести калиброванное затухание в исследуемую цепь, определить относительные уровни сигналов, коэффициенты передачи каскадов и т. п. В этих и других многочисленных ситуациях неоценимую помощь конструктору окажет несложное устройство - ступенчатый аттенюатор. Он состоит из нескольких ослабляющих резистивных звеньев и переключателей. Включая последовательно определённое число звеньев с известным ослаблением, можно легко получить требуемое общее ослабление сигнала в цепи.


____Обычно ослабляющие звенья [1, 2] строятся по П-образной или Т-образной схеме (рис. 1). По своим свойствам они эквивалентны. Каждое из таких звеньев вносит в цепь требуемое затухание, если оно нагружено на вполне определённое сопротивление R_н. Любопытно, что если смотреть на звено со стороны генератора, то входное сопротивление также будет равно R_н. Иными словами, если к какому-то генератору подключить нагрузку сопротивления R_н, а затем между ними включить ослабляющее звено, то для генератора нагрузка не изменится и будет равна R_н. Это свойство можно с успехом использовать, если требуется ослабить влияние нагрузки на источник сигнала или, как ещё говорят, осуществить их взаимную развязку. Естественно, что при таком включении в самой нагрузке выделится в несколько раз меньшая мощность, а остальная часть мощности сигнала будет на резисторах ослабляющего звена. Это не следует забывать, работая с аттенюатором. Резисторы, нагреваясь, меняют своё сопротивление, а значит, и вносимое затухание. То есть при перегреве растёт погрешность.
____В настоящее время в высокочастотных цепях для передачи сигналов используют коаксиальные линии с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом. Аттенюатор также должен быть рассчитан на такое же сопротивление. Тогда в линии будет устанавливаться режим бегущей волны. Чтобы звено вносило нужное затухание, выраженное в децибелах, резисторы, входящие в его состав, должны иметь вполне определённые значения сопротивления. В таблице 1 указаны данные П- и Т-образных ослабляющих звеньев для R_н = 50 Ом. В случае если нагрузка равна 75 Ом, значения сопротивления резисторов можно получить, умножив указанные в таблице на 1,5. Если потребуется расчёт ослабляющего звена на другую величину вносимого затухания, следует обратиться к приложению 1.


____Однако нужно заметить, что шести значений затухания вполне достаточно  для построения ступенчатого аттенюатора, переключаемого в широких пределах. На рис. 2 показана принципиальная схема аттенюатора, содержащего восемь ослабляющих звеньев [3]. Легко понять, что вносимое им затухание можно менять через 1 дБ и максимальная его величина может составить 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 32 + 32 = 127 дБ. Следует сразу же оговориться, что не на всех частотах можно реализовать такое затухание. Вообще говоря, каждое звено имеет частотную характеристику, плоскую от нуля и до частот свыше 150 МГц. Но при больших затуханиях на высоких частотах часть токов достигает нагрузки по "земле", минуя звенья. Кроме того, экранирующее действие оплётки подводящего коаксиального кабеля становится соизмеримым с вносимым затуханием и часть энергии теряется на излучение. Растут потери в диэлектрике кабеля и разъёма, на переходном сопротивлении контакта. Поэтому реально достижимая величина затухания на частотах выше 30 МГц снижается до 80...90 дБ.

Скачать

____В схеме ступенчатого аттенюатора использованы П-образные звенья из предварительно отобранных резисторов типа МЛТ-0,25 (В современных реалиях можно попробовать реализовать более компактно, на SMD компонентах, но об этом ниже). Можно также применять резисторы С2-14 или С2-23 с отклонением сопротивления от номинального значения в пределах 0,5...1%. Что касается номиналов, то они могут быть и другими. Важно, чтобы общее значение сопротивления резисторов, соединённых последовательно или параллельно, было бы как можно ближе к значению, указанному в таблице 1.
____Переключение звеньев осуществляется микротумблерами МТ-3. Можно использовать тумблеры на два направления и других типов, например Т3С, ТП1-2 и т. п. (В современных реалиях, да и тогда можно было, при желании, возможно сделать переключение при помощи качественных, герметичных реле с позолоченными контактами и цифровым управлением при помощи квазисенсорного переключателя реализованного на логических элементах). При монтаже следует избегать попадания флюса внутрь корпуса, потому что это может привести к значительной погрешности или даже к отказу.
____Конструктивно ступенчатый аттенюатор собран в корпусе, спаянном из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, фольгированного с двух сторон (рас. 3). Между звеньями установлены латунные перегородки. В каждой из них предварительно сделано отверстие диаметром 3 мм в том месте, где проходит проводник, соединяющий соседние переключатели. Все швы корпуса тщательно пропаяны. На боковых стенках установлены коаксиальные разъёмы типа СР-50-73Ф. Никакой регулировки, кроме подбора резисторов, аттенюатор не требует.

Скачать

____Для проверки работы ступенчатого аттенюатора следует к одному из разъёмов подключить источник постоянного или переменного напряжения низкой частоты величиной не более 2,5 В, а к другому - резистор 51 Ом. Параллельно резистору подключают милливольтметр. При включении тумблера "1дБ" на резисторе напряжение должно уменьшиться до 0,89 первоначального значения. При поочерёдном включении только звеньев "2 дБ", "4 дБ", "8 дБ", "16 дБ" и "32 дБ" входное напряжение уменьшится соответственно до 0,79; 0,63; 0,4; 0,16 и 0,025 от величины входного напряжения.
____При работе с аттенюатором нередко возникает необходимость пересчёта введённого ослабления в соответствующее ему изменение напряжения, тока или мощности в измеряемой цепи. Для этой цели удобно пользоваться таблицей, приведённой в приложении 2.


Приложение 1.

____Расчёт сопротивления резисторов П-образных ослабляющих звеньев (рис. 2, а) производят по формулам [2]:


____Для расчёта элементов Т-образных ослабляющих звеньев (рис. 2, б) используют следующие формулы:


____В этих формулах: R1 и R2 - элементы звеньев, Ом; Z - собственное сопротивление звеньев аттенюатора (50 или 75 Ом); А - ослабление, вносимое звеном, дБ.
____Для проведения расчётов обычно применяют микрокалькулятор. Если требуется рассчитать номиналы для большого числа звеньев с разными значениями ослабления, то лучше использовать ПЭВМ. Подойдёт ПЭВМ как промышленного изготовления, так и самодельный, например "Микро-80" или "Радио-86РК". Программы на языке Бейсик имеют следующий вид:

..10 REM П-ОБРАЗНОЕ ЗВЕНО
..20 INPUT «ОСЛАБЛЕНИЕ ДБ?»; А
..30 Z = 50 : H = 75
..40 B = 0.05 * A
..50 C = 10 ^ B
..60 R1 = Z * (C + 1) / (C - 1) : P1 = H * (C + 1) / (C - 1)
..70 PRINT «R1 =»; R1, P1
..80 R2 = Z * R1 * (C - 1) / (Z + R1) : P2 = H * P1 * (C - 1) / (H + P1)
..90 PRINT «R2 =»; R2, P2
100 GOTO 20


..10 REM Т-ОБРАЗНОЕ ЗВЕНО
..20 INPUT «ОСЛАБЛЕНИЕ ДБ?»; А
..30 Z = 50 : H = 75
..40 B = 0.05 * A
..50 C = 10 ^ B
..60 R1 = Z * (C - 1) / (C + 1) : P1 = H * (C - 1) / (C + 1)
..70 PRINT «R1 =»; R1, P1
..80 R2 =(R1 + Z) / (C - 1) : P2 = (P1 + H) / (C - 1)
..90 PRINT «R2 =»; R2, P2
100 GOTO 20

____Программы обеспечивают диалоговый режим общения ПЭВМ с пользователем. На запрос «ОСЛАБЛЕНИЕ ДБ?» вводят требуемое значение величины А, и на экране практически мгновенно появляются расчётные значения номиналов резисторов R1 и R2 для аттенюаторов сопротивлением 50 и 75 Ом. В таблице П-1 приведены результаты вычислений для значений ослабления от 1 до 32 дБ.



Приложение 2.


____В радиотехнике для упрощения расчётов часто используют логарифмические величины отношений напряжения, тока и мощности - децибелы. Для отношений напряжения и тока используют формулы:

для мощности:

Значения, вычисленные по этим формулам, приведены в таблице П-2.
____Для получения других значений относительных уровней децибелы складывают или вычитают, а отношения - умножают или делят. Например, 13 дБ = 10 дБ + 3 дБ, а соответствующее отношение значений напряжений: 0,3162 * 0,7079 = 0,2238. Это же можно представить и иначе: 13 дБ = 20 дБ - 7 дБ, а 0,1000 / 0,4467 = 0,2238.


.

удалил

QUATTRO пишет:Я бы еще добавил, что подгонять резисторы можно - слегка стачивая (подтачивая) их алмазным надфилем. Посередине резистора стачивается верхний слой углерода, под краской. Можно обычным надфилем, но он очень грубый. Сопротивление изменяется в большую сторону. Я сейчас не вспомню на сколько процентов можно увеличить сопротивление (может быть до 5-10%), но так можно подгонять если нужны парные резисторы или нужен резистор с нестандартным значением.

Конечно же для такого подгона нужен точный омметр, а еще лучше использовать мостик. И место стачивания покрыть любым защитным лаком.
С первого раза может не получиться, сопротивление вообще может пропасть, будет обрыв, если переточить. Тут нужно руку набить, сила нажима, длина прохода надфиля и т.д...
В начале 90-х таким образом мы подбирали сопротивления для одной схемы защиты от К.З. Я весь день сидел и точил (подгонял) резисторы МЛТ 0,25 Вт. Сначала был изготовлен (подогнан) образцовый резистор, на нем была отлажена схема и по этому резистору, при помощи моста, подгоняли другие резисторы.

Вот вы и добавили. Так по крупицам и будет собираться полезная информация. Спасибо за озвученный и описанный совет. У меня в планах ещё много чего выложить, просто катастрофически не хватает времени. Даже этот первый пост ещё не доделан, вторая часть схемы не вычерчена и не выложена, а она желательна, особенно для новичков в электронике, для наглядности и понимания, список литературы, источник и т. д.