Dämpfer

Was sind Dämpfungsglieder?

Dämpfungsglieder sind passive Geräte. Es ist praktisch, sie zusammen mit Dezibel zu besprechen. Dämpfungsglieder schwächen oder dämpfen B. den High-Level-Ausgang eines Signalgenerators, um ein Signal mit niedrigerem Pegel für so etwas wie den Antenneneingang eines empfindlichen Funkempfängers bereitzustellen. (Abbildung unten) Das Dämpfungsglied könnte in den Signalgenerator eingebaut oder ein eigenständiges Gerät sein. Es könnte einen festen oder einstellbaren Dämpfungsbetrag bereitstellen. Ein Dämpfungsabschnitt kann auch eine Isolierung zwischen einer Quelle und einer störenden Last bereitstellen.

Das Dämpfungsglied mit konstanter Impedanz ist an die Quellenimpedanz ZI und die Lastimpedanz ZO angepasst. Für Hochfrequenzgeräte beträgt Z 50 Ω.

Im Fall eines eigenständigen Dämpfungsglieds muss es in Reihe zwischen der Signalquelle und der Last platziert werden, indem der Signalpfad aufgebrochen wird, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Außerdem muss sie sowohl der Quellimpedanz Z . entsprechen Ich und die Lastimpedanz Z O , während ein bestimmter Dämpfungsbetrag bereitgestellt wird. In diesem Abschnitt betrachten wir nur den speziellen und häufigsten Fall, bei dem die Quell- und Lastimpedanz gleich sind. In diesem Abschnitt nicht berücksichtigt, können ungleiche Quellen- und Lastimpedanzen durch einen Dämpfungsabschnitt angepasst werden. Die Formulierung ist jedoch komplexer.

T-Abschwächer und Π-Abschwächer sind gängige Formen.

Gängige Konfigurationen sind die T und Π in der Abbildung oben gezeigte Netzwerke. Mehrere Dämpfungsglieder können kaskadiert werden, wenn noch schwächere Signale benötigt werden, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Verwendung von Dezibel für Dämpfungsglieder

Spannungsverhältnisse, wie sie bei der Konstruktion von Dämpfungsgliedern verwendet werden, werden oft in Dezibel ausgedrückt. Das Spannungsverhältnis muss aus der Dämpfung in Dezibel abgeleitet werden. In Dezibel ausgedrückte Leistungsverhältnisse sind additiv. Ein 10-dB-Dämpfer gefolgt von einem 6-dB-Dämpfer bietet beispielsweise eine Gesamtdämpfung von 16dB.

10 dB + 6 dB =16 dB

Sich ändernde Schallpegel sind etwa proportional zum Logarithmus des Leistungsverhältnisses (PI / PO) wahrnehmbar.

Schallpegel =log10(PI / PO)

Eine Schallpegeländerung von 1 dB ist für den Hörer kaum wahrnehmbar, während 2 dB gut wahrnehmbar sind. Eine Dämpfung von 3 dB entspricht einer Halbierung der Leistung, während eine Verstärkung von 3 dB einer Verdoppelung des Leistungspegels entspricht. Eine Verstärkung von -3 dB entspricht einer Dämpfung von +3 dB, was der Hälfte des ursprünglichen Leistungspegels entspricht.

Die Leistungsänderung in Dezibel in Bezug auf das Leistungsverhältnis beträgt:

dB =10 log10(PI / PO)

Unter der Annahme, dass die Last RI bei PI gleich dem Lastwiderstand RO bei PO ist (RI =RO), können die Dezibel aus dem Spannungsverhältnis (VI / VO) oder Stromverhältnis (II / IO) abgeleitet werden:

PO =VO IO =VO2 / R =IO2 R PI =VI II =VI2 / R =II2 R dB =10 log10(PI / PO) =10 log10(VI2 / VO2) =20 log10(VI/VO) dB =10 log10(PI / PO) =10 log10(II2 / IO2) =20 log10(II/IO)

Dezibel-Gleichungen

Die zwei am häufigsten verwendeten Formen der Dezibelgleichung sind:

dB =10 log10(PI / PO) oder dB =20 log10(VI / VO)

Wir verwenden die letztere Form, da wir das Spannungsverhältnis benötigen. Auch hier ist die Spannungsverhältnis-Gleichungsform nur anwendbar, wenn die beiden entsprechenden Widerstände gleich sind. Das heißt, der Quellen- und Lastwiderstand müssen gleich sein.

Beispiele mit Dezibel-Gleichungen

Beispiel: Die Leistung in einen Abschwächer beträgt 10 Watt, die Leistung beträgt 1 Watt. Ermitteln Sie die Dämpfung in dB.

dB =10 log10(PI / PO) =10 log10 (10 /1) =10 log10 (10) =10 (1) =10 dB

Beispiel: Finden Sie das Spannungsdämpfungsverhältnis (K=(VI / VO)) für ein 10 dB Dämpfungsglied.

dB =10=20 log10(VI / VO) 10/20 =log10(VI / VO) 1010/20 =10log10(VI / VO) 3,16 =(VI / VO) =​​AP(Verhältnis)

Beispiel: Die Leistung in einen Abschwächer beträgt 100 Milliwatt, die Leistung beträgt 1 Milliwatt. Ermitteln Sie die Dämpfung in dB.

dB =10 log10(PI / PO) =10 log10 (100 /1) =10 log10 (100) =10 (2) =20 dB

Beispiel: Finden Sie das Spannungsdämpfungsverhältnis (K=(VI / VO)) für einen 20-dB-Dämpfer.

dB =20=20 log10(VI / VO ) 1020/20 =10 log10(VI / VO ) 10 =(VI / VO ) =K

T-Profil-Dämpfer

Die Dämpfungsglieder T und Π müssen an ein Z . angeschlossen werden Quelle und Z Lastimpedanz. Das Z -(Pfeile), die in der Abbildung unten vom Dämpfungsglied weg zeigen, weisen darauf hin. Das Z -(Pfeile), die in Richtung des Dämpfungsglieds zeigen, zeigt an, dass die Impedanz beim Blick in das Dämpfungsglied mit einer Last Z am gegenüberliegenden Ende Z beträgt, Z =50 Ω für unseren Fall. Diese Impedanz ist eine Konstante (50 Ω) in Bezug auf die Dämpfung – die Impedanz ändert sich nicht, wenn die Dämpfung geändert wird.

Die Tabelle in der Abbildung unten listet Widerstandswerte für den T . auf und Π Dämpfungsglieder zur Anpassung an eine 50--Quelle/-Last, wie es bei Hochfrequenzarbeiten üblich ist.

Telefondienst und andere Audioarbeiten erfordern oft eine Anpassung an 600 Ω. Multiplizieren Sie alle R Werte durch das Verhältnis (600/50), um eine 600--Anpassung zu korrigieren. Eine Multiplikation mit 75/50 würde Tabellenwerte so umwandeln, dass sie einer 75--Quelle und -Last entsprechen.

Formeln für T-Profil-Dämpfungswiderstände bei gegebenem K, dem Spannungsdämpfungsverhältnis und ZI =ZO =50 Ω.

Die Dämpfung wird üblicherweise in dB (Dezibel) angegeben. Allerdings brauchen wir das Spannungs- (oder Strom-) Verhältnis K um die Widerstandswerte aus Gleichungen zu finden. Siehe dB/20 Begriff in der Potenz von 10 Begriff zur Berechnung des Spannungsverhältnisses K ab dB, oben.

Das T (und darunter Π )-Konfigurationen werden am häufigsten verwendet, da sie eine bidirektionale Anpassung ermöglichen. Das heißt, der Eingang und der Ausgang des Dämpfungsglieds können Ende für Ende vertauscht werden und dennoch an die Quell- und Lastimpedanzen angepasst werden, während die gleiche Dämpfung bereitgestellt wird.

Trennen Sie die Quelle und schauen Sie nach rechts auf V Ich , wir brauchen eine seriell parallele Kombination von R 1 , R 2 , R 1 , und Z sieht aus wie ein äquivalenter Widerstand von Z IN , das gleiche wie die Quell-/Lastimpedanz Z:(eine Last von Z ist mit dem Ausgang verbunden.)

ZIN =R1 + (R2 ||(R1 + Z))

Ersetzen Sie beispielsweise die 10-dB-Werte aus der 50-Ω-Dämpfungstabelle für R 1 und R 2 wie in der Abbildung unten gezeigt.

ZIN =25,97 + (35,14 ||(25,97 + 50)) ZIN =25,97 + (35,14 || 75,97 ) ZIN =25,97 + 24,03 =50

Dies zeigt uns, dass wir 50 Ω sehen, wenn wir direkt in das Beispiel-Dämpfungsglied (Abbildung unten) mit einer 50 Ω-Last schauen.

Quellengenerator ersetzen, Last trennen Z um V O , und ein Blick nach links sollte uns die gleiche Gleichung wie oben für die Impedanz bei V . ergeben O , wegen Symmetrie. Außerdem müssen die drei Widerstände Werte sein, die die erforderliche Dämpfung vom Eingang zum Ausgang liefern. Dies wird durch die Gleichungen für R . erreicht 1 und R 2 oben in Bezug auf das T -Dämpfer unten.

PI-Sektions-Abschwächer

Die Tabelle in der Abbildung unten listet die Widerstandswerte für das Π . auf Dämpfungsglied, das einer 50--Quelle/-Last bei einigen üblichen Dämpfungspegeln entspricht. Die Widerstände, die anderen Dämpfungspegeln entsprechen, können aus den Gleichungen berechnet werden.

Formeln für Dämpfungswiderstände mit Π-Abschnitt, gegebenen K, dem Spannungsdämpfungsverhältnis und ZI =ZO =50 Ω.

Das obige gilt für den -Dämpfer unten.

Welche Widerstandswerte wären für beide Π . erforderlich? Dämpfungsglieder für 10 dB Dämpfung passend zu einer 50 Ω Quelle und Last?

10 dB -Abschwächer-Beispiel für die Anpassung einer 50--Quelle und -Last.

Die 10 dB entspricht einem Spannungsdämpfungsverhältnis von K=3,16 in der vorletzten Zeile der obigen Tabelle. Übertragen Sie die Widerstandswerte in dieser Zeile auf die Widerstände im Schaltplan in der obigen Abbildung.

L-Profil-Abschwächer

Die Tabelle in der Abbildung unten listet Widerstandswerte für den L . auf Dämpfungsglieder zur Anpassung an eine 50--Quelle/-Last. Die Tabelle in der Abbildung unten listet auch Widerstandswerte für eine alternative Form auf. Beachten Sie, dass die Widerstandswerte nicht gleich sind.

L-Profil-Dämpfungstabelle für 50 Ω Quell- und Lastimpedanz.

Das oben Gesagte gilt für die L Abschwächer unten.

Abschwächertabelle in alternativer Form für 50 Ω Quellen- und Lastimpedanz.

Überbrückter T-Dämpfer

Die Tabelle in der Abbildung unten listet Widerstandswerte für das überbrückte T . auf Dämpfungsglieder zur Anpassung an eine 50--Quelle und -Last. Der gebrückte T-Abschwächer wird nicht oft verwendet. Warum nicht?

Formeln und Abkürzungstabelle für gebrückten T-Abschwächerabschnitt, Z =50 Ω.

Kaskadierte Abschnitte

Dämpfungsabschnitte können wie in der folgenden Abbildung kaskadiert werden, um mehr Dämpfung zu erzielen, als möglicherweise von einem einzelnen Abschnitt verfügbar ist. Zum Beispiel können zwei 10 dB Dämpfungsglieder kaskadiert werden, um 20 dB Dämpfung bereitzustellen, wobei die dB-Werte additiv sind. Das Spannungsdämpfungsverhältnis K oder V Ich /V O für eine 10 dB Dämpfungssektion beträgt 3,16. Das Spannungsdämpfungsverhältnis für die beiden kaskadierten Abschnitte ist das Produkt der beiden K s oder 3,16x3,16=10 für die beiden kaskadierten Abschnitte.

Kaskadierte Dämpfungsglieder:dB-Dämpfung addiert sich.

Eine variable Dämpfung kann in diskreten Schritten durch ein geschaltetes Dämpfungsglied bereitgestellt werden. Das Beispiel in der Abbildung unten, gezeigt in der 0-dB-Position, ist in der Lage, 0 bis 7 dB Dämpfung durch additive Umschaltung von keinem, einem oder mehreren Abschnitten zu erreichen.

Geschaltetes Dämpfungsglied:Die Dämpfung ist in diskreten Schritten variabel.

Der typische Abschwächer mit mehreren Abschnitten hat mehr Abschnitte, als die obige Abbildung zeigt. Das Hinzufügen eines 3 oder 8 dB Abschnitts oben ermöglicht es dem Gerät, bis zu 10 dB und darüber hinaus abzudecken. Niedrigere Signalpegel werden durch das Hinzufügen von 10 dB- und 20-dB-Abschnitten oder einem binären 16-dB-Abschnitt erreicht.

HF-Dämpfer

Für Hochfrequenz (HF)-Arbeiten (<1000 Mhz) müssen die einzelnen Abschnitte in abgeschirmten Fächern montiert werden, um eine kapazitive Kopplung zu verhindern, wenn bei den höchsten Frequenzen niedrigere Signalpegel erreicht werden sollen. Die einzelnen Abschnitte der geschalteten Dämpfungsglieder im vorherigen Abschnitt sind in geschirmten Abschnitten montiert. Zusätzliche Maßnahmen können ergriffen werden, um den Frequenzbereich über 1000 MHz hinaus zu erweitern. Dies beinhaltet eine Konstruktion aus speziell geformten bleifreien Widerstandselementen.

Ein koaxiales T-Profil-Dämpfungsglied bestehend aus Widerstandsstäben und einer Widerstandsscheibe ist in der obigen Abbildung dargestellt. Diese Konstruktion ist bis zu einigen Gigahertz nutzbar. Die koaxiale Π-Version würde einen Widerstandsstab zwischen zwei Widerstandsscheiben in der Koaxialleitung haben, wie in der Abbildung unten gezeigt.

An den Enden der obigen T- und -Dämpfer sind nicht dargestellte HF-Anschlüsse angebracht. Die Anschlüsse ermöglichen die Kaskadierung einzelner Dämpfungsglieder zusätzlich zur Verbindung zwischen Quelle und Last. Zum Beispiel kann ein 10 dB Dämpfungsglied zwischen einer störenden Signalquelle und einem teuren Spektrumanalysatoreingang platziert werden. Auch wenn wir die Dämpfung möglicherweise nicht benötigen, ist das teure Testgerät durch Dämpfung jeglicher Überspannung vor der Quelle geschützt.

Zusammenfassung:Dämpfungsglieder

• Ein Dämpfer reduziert ein Eingangssignal auf einen niedrigeren Pegel.
• Der Grad der Dämpfung wird in Dezibel angegeben (dB). Dezibelwerte addieren sich für kaskadierte Abschwächerabschnitte.
• dB vom Leistungsverhältnis:dB =10 log10(PI / PO)
• dB vom Spannungsverhältnis:dB =20 log10(VI / VO)
• T und Π Abschnittsdämpfungsglieder sind die gängigsten Schaltungskonfigurationen.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für Dezibelmessungen