Электроника:Полупроводники/Усилители и активные устройства/Аттенюаторы: различия между версиями

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Нет описания правки
Нет описания правки
Строка 7: Строка 7:
== Что такое аттенюаторы? ==
== Что такое аттенюаторы? ==


Хотя аттенюаторы – устройства пассивные, при этом их уместно рассмотреть в контексте темы про децибелы. Аттенюаторы ослабляют (''аттенюируют'') выходной высокоуровневый сигнал генератора, обеспечивая низкоуровневый сигнал для чего-либо, вроде антенного входа чувствительного радиоприемника (рисунок 1). Аттенюатор может быть частью самого генератора или же работать автономно. Величина затухания сигнала может быть как фиксированной, так и регулируемой. Секция аттенюатора в схеме также может играть роль изоляции между источником и проблемной нагрузкой.
Хотя [[аттенюатор]]ы – устройства пассивные, при этом их уместно рассмотреть в контексте темы про [[децибел]]ы. [[Аттенюатор]]ы ослабляют (''[[аттенюируют]]'') выходной высокоуровневый сигнал генератора, обеспечивая низкоуровневый сигнал для чего-либо, вроде антенного входа чувствительного [[радиоприемник]]а (рисунок 1). [[Аттенюатор]] может быть частью самого генератора или же работать автономно. Величина затухания сигнала может быть как фиксированной, так и регулируемой. Секция аттенюатора в схеме также может играть роль изоляции между источником и проблемной нагрузкой.


[[File:III-01-7-1.png|650px|thumb|center|Рис. 1. Аттенюатор с постоянным сопротивлением согласован с импедансом источника Z<sub>Вход</sub> и импедансом нагрузки Z<sub>Выход</sub>.  Для радиочастотного оборудования Z стандартно составляет 50 Ом.]]
[[File:III-01-7-1.png|650px|thumb|center|'''Рис. 1.''' [[Аттенюатор]] с постоянным сопротивлением согласован с импедансом источника Z<sub>Вход</sub> и импедансом нагрузки Z<sub>Выход</sub>.  Для радиочастотного оборудования Z стандартно составляет 50 Ом.|alt=Рис. 1. Аттенюатор с постоянным сопротивлением согласован с импедансом источника Z<sub>Вход</sub> и импедансом нагрузки Z<sub>Выход</sub>.  Для радиочастотного оборудования Z стандартно составляет 50 Ом.]]


Если аттенюатор автономен, то путь прохождения сигнала размыкается и в этом месте аттенюатор последовательно устанавливается между источником сигнала и нагрузкой, как показано в правой части рисунка 1. Кроме того, он должен соответствовать как импедансу источника Z<sub>Вход</sub>, так и импедансу нагрузки Z<sub>Выход</sub>, обеспечивая при этом заданную величину затухания. В этом разделе мы рассмотрим только частный и наиболее распространённый случай, когда импедансы источника питания и нагрузки равны. Неравные импедансы источника и нагрузки могут быть согласованы с помощью секции аттенюатора, но в сегодняшней теме эти случаи рассматривать не станем. Там всё несколько сложнее.
Если [[аттенюатор]] автономен, то путь прохождения сигнала размыкается и в этом месте аттенюатор последовательно устанавливается между источником сигнала и нагрузкой, как показано в правой части рисунка 1. Кроме того, он должен соответствовать как импедансу источника Z<sub>Вход</sub>, так и импедансу нагрузки Z<sub>Выход</sub>, обеспечивая при этом заданную величину затухания. В этом разделе мы рассмотрим только частный и наиболее распространённый случай, когда импедансы источника питания и нагрузки равны. Неравные импедансы источника и нагрузки могут быть согласованы с помощью секции [[аттенюатор]]а, но в сегодняшней теме эти случаи рассматривать не станем. Там всё несколько сложнее.


[[File:III-01-7-2.png|650px|thumb|center|Рис. 2. Наибольшее распространение получили аттенюаторы Т- и Π-типа.]]
[[File:III-01-7-2.png|650px|thumb|center|'''Рис. 2.''' Наибольшее распространение получили [[аттенюатор]]ы Т- и Π-типа.|alt=Рис. 2. Наибольшее распространение получили аттенюаторы Т- и Π-типа.]]




Стандартно используемые конфигурации – аттенюаторные системы T- и Π-типа. Зачастую несколько секций с аттенюаторами соединяются каскадно, если нужно ещё более ослабить сигнал.
Стандартно используемые конфигурации – аттенюаторные системы T- и Π-типа. Зачастую несколько секций с [[аттенюатор]]ами соединяются каскадно, если нужно ещё более ослабить сигнал.


== Использование децибел для аттенюаторов ==
== Использование децибел для аттенюаторов ==


Коэффициенты напряжения, используемые при проектировании аттенюаторов, часто выражаются в децибелах. Коэффициент напряжения должен быть получен из затухания, выраженного в децибелах. Коэффициенты мощности, выраженные в децибелах, складываются. Например, если в схеме после аттенюатора на 10 дБ следует аттенюатор на 6 дБ, то общее затухание составит 16 дБ.
Коэффициенты напряжения, используемые при проектировании [[аттенюатор]]ов, часто выражаются в децибелах. Коэффициент напряжения должен быть получен из затухания, выраженного в децибелах. Коэффициенты мощности, выраженные в децибелах, складываются. Например, если в схеме после аттенюатора на 10 дБ следует аттенюатор на 6 дБ, то общее затухание составит 16 дБ.


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Строка 42: Строка 42:
|}
|}


Предполагая, что нагрузка RВход для PВход такая же, как сопротивление нагрузки RВыход для PВыход (то есть, RВход = RВыход), децибелы могут быть получены как из отношения напряжений (VВход/VВыход) так и из отношения сил тока (IВход/IВыход):
Предполагая, что нагрузка R<sub>Вход</sub> для P<sub>Вход</sub> такая же, как сопротивление нагрузки R<sub>Выход</sub> для P<sub>Выход</sub> (то есть, R<sub>Вход</sub> = R<sub>Выход</sub>), децибелы могут быть получены как из отношения напряжений (V<sub>Вход</sub>/V<sub>Выход</sub>) так и из отношения сил тока (I<sub>Вход</sub>/I<sub>Выход</sub>):


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Строка 51: Строка 51:
== Уравнения децибел ==
== Уравнения децибел ==


Двумя наиболее часто используемыми уравнениями децибел являются:
Двумя наиболее часто используемыми уравнениями [[децибел]] являются:


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Строка 69: Строка 69:
|}
|}


'''Пример:''' Найдите коэффициент ослабления напряжения (K = (V<sub>Вход</sub>/V<sub>Выход</sub>)) для аттенюатора 10 дБ.
'''Пример:''' Найдите коэффициент ослабления напряжения (K = (V<sub>Вход</sub>/V<sub>Выход</sub>)) для [[аттенюатор]]а 10 дБ.


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Строка 76: Строка 76:
|}
|}


'''Пример:''' мощность аттенюатора составляет 100 милливатт, выходная мощность – 1 милливатт. Найдите затухание в дБ.
'''Пример:''' мощность [[аттенюатор]]а составляет 100 милливатт, выходная мощность – 1 милливатт. Найдите затухание в дБ.


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Строка 90: Строка 90:
|}
|}


== Т-образный аттенюатор ==
== [[Т-образный аттенюатор]] ==


Аттенюаторы Т- и П-типа подключаются к импедансам Z<sub>Источник</sub> и  Z<sub>Нагрузка</sub>. На это указывают Z-стрелки, направленные со стороны аттенюатора (на рисунке 3). Что касается Z-стрелок, направленных в сторону аттенюатора, то они указывает на то, что с противоположной стороны к аттенюатору подключена Z<sub>Нагрузка</sub>, в нашем случае Z = 50 Ом. Этот импеданс является постоянным (он равен 50 Ом) по отношению к затуханию – полное сопротивление не меняется при изменении ослабления.
[[Аттенюатор]]ы Т- и П-типа подключаются к импедансам Z<sub>Источник</sub> и  Z<sub>Нагрузка</sub>. На это указывают Z-стрелки, направленные со стороны аттенюатора (на рисунке 3). Что касается Z-стрелок, направленных в сторону аттенюатора, то они указывает на то, что с противоположной стороны к аттенюатору подключена Z<sub>Нагрузка</sub>, в нашем случае Z = 50 Ом. Этот импеданс является постоянным (он равен 50 Ом) по отношению к затуханию – полное сопротивление не меняется при изменении ослабления.


Чуть ниже в таблице приведены значения номиналов резисторов для аттенюаторов Т- и П-типа, чтобы выполнялось соответствие импедансу 50 Ом источника питания и нагрузки (обычно это используется для приборов, работающих с радиочастотами).
Чуть ниже в таблице приведены значения номиналов резисторов для аттенюаторов Т- и П-типа, чтобы выполнялось соответствие импедансу 50 Ом источника питания и нагрузки (обычно это используется для приборов, работающих с радиочастотами).
Строка 98: Строка 98:
Что касается телефонных сетей и других приложений, где передаётся звук, то там часто требуют согласования с сопротивлением 600 Ом. Чтобы скорректировать с учётом 600 Ом, в приведённой таблице умножьте все значения R на соотношение (600/50). А если, к примеру, значения в таблице умножить на 75/50, то это приведёт в соответствие с источником питания и нагрузкой на 75 Ом.
Что касается телефонных сетей и других приложений, где передаётся звук, то там часто требуют согласования с сопротивлением 600 Ом. Чтобы скорректировать с учётом 600 Ом, в приведённой таблице умножьте все значения R на соотношение (600/50). А если, к примеру, значения в таблице умножить на 75/50, то это приведёт в соответствие с источником питания и нагрузкой на 75 Ом.


[[File:III-01-7-3.png|650px|thumb|center|Рис. 3. Формулы для резисторов Т-образного аттенюатора для заданных K (коэффициентов ослабления напряжения) и Z<sub>Вход</sub> = Z<sub>Выход</sub> = 50 Ом.]]
[[File:III-01-7-3.png|650px|thumb|center|'''Рис. 3.''' Формулы для [[резистор]]ов [[Т-образного аттенюатора]] для заданных K (коэффициентов ослабления напряжения) и Z<sub>Вход</sub> = Z<sub>Выход</sub> = 50 Ом.|alt=Рис. 3. Формулы для резисторов Т-образного аттенюатора для заданных K (коэффициентов ослабления напряжения) и Z<sub>Вход</sub> = Z<sub>Выход</sub> = 50 Ом.]]


Величина ослабления обычно указывается в дБ (децибелах). Тем не менее, нам нужно отношение напряжений (или сил тока) K, чтобы найти номиналы резисторов из уравнений. Чтобы найти K, нужно вычислить показатель степени дБ/20 для основания 10 (формула сверху-слева на рисунке 3).
Величина ослабления обычно указывается в дБ ([[децибел]]ах). Тем не менее, нам нужно отношение напряжений (или сил тока) K, чтобы найти номиналы [[резистор]]ов из уравнений. Чтобы найти K, нужно вычислить показатель степени дБ/20 для основания 10 (формула сверху-слева на рисунке 3).


Т-, и разбираемая ниже П-, конфигурации используются чаще всего, поскольку именно они обеспечивают двунаправленное соответствие. То есть вход и выход аттенюатора можно поменять местами с одного конца на другой, и система по-прежнему будет соответствовать импедансам источника питания и нагрузки, обеспечивая при этом одинаковое ослабление.
Т-, и разбираемая ниже П-, конфигурации используются чаще всего, поскольку именно они обеспечивают двунаправленное соответствие. То есть вход и выход [[аттенюатор]]а можно поменять местами с одного конца на другой, и система по-прежнему будет соответствовать импедансам источника питания и нагрузки, обеспечивая при этом одинаковое ослабление.


Если отключить источник питания и на схеме посмотреть вправо от V<sub>Вход</sub>, то увидим последовательно-параллельную комбинацию из R<sub>1</sub>, R<sub>2</sub>, R<sub>1</sub> и Z, которую можно рассматривать как эквивалентное сопротивление Z<sub>Вход</sub>, оно будет таким же, как сопротивление Z источника питания или нагрузки (ведь мы отключили только источник питания, но на выходе Z<sub>Нагрузка</sub> до сих пор подключено).
Если отключить источник питания и на схеме посмотреть вправо от V<sub>Вход</sub>, то увидим последовательно-параллельную комбинацию из R<sub>1</sub>, R<sub>2</sub>, R<sub>1</sub> и Z, которую можно рассматривать как эквивалентное сопротивление Z<sub>Вход</sub>, оно будет таким же, как сопротивление Z источника питания или нагрузки (ведь мы отключили только источник питания, но на выходе Z<sub>Нагрузка</sub> до сих пор подключено).
Строка 111: Строка 111:
|}
|}


Например, если заменить значения 10 дБ из таблицы аттенюатора 50 Ом на R1 и R2 (схема приведена на рисунке 4), то:
Например, если заменить значения 10 дБ из таблицы [[аттенюатор]]а 50 Ом на R<sub>1</sub> и R<sub>2</sub> (схема приведена на рисунке 4), то:


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Строка 120: Строка 120:
Это демонстрирует, что со стороны входа на аттенюаторе будет наблюдаться 50 Ом (рисунок 4 ниже) при нагрузке 50 Ом.
Это демонстрирует, что со стороны входа на аттенюаторе будет наблюдаться 50 Ом (рисунок 4 ниже) при нагрузке 50 Ом.


Давайте сделаем наоборот: вернём источник питания и отключим Z<sub>Нагрузка</sub> на V<sub>Выход</sub>. Из-за симметрии конфигурации если смотреть справа-налево, то получим то же самое уравнение для импеданса на V<sub>Выход</sub>. Кроме того, три резистора будут иметь номиналы, обеспечивающие требуемое затухание от входа к выходу. Это достигается если приведённые выше уравнения для R<sub>1</sub> и R<sub>2</sub> применить к Т-аттенюатору.
Давайте сделаем наоборот: вернём источник питания и отключим Z<sub>Нагрузка</sub> на V<sub>Выход</sub>. Из-за симметрии конфигурации если смотреть справа-налево, то получим то же самое уравнение для импеданса на V<sub>Выход</sub>. Кроме того, три [[резистор]]а будут иметь номиналы, обеспечивающие требуемое затухание от входа к выходу. Это достигается если приведённые выше уравнения для R<sub>1</sub> и R<sub>2</sub> применить к [[Т-аттенюатор]]у.


[[File:III-01-7-4.png|650px|thumb|center|Рис. 4. Если отключить или источник питания или нагрузку, то входное или выходное сопротивление на 10-дБ аттенюаторе составит 50 Ом.]]
[[File:III-01-7-4.png|650px|thumb|center|'''Рис. 4.''' Если отключить или источник питания или нагрузку, то входное или выходное сопротивление на 10-дБ аттенюаторе составит 50 Ом.|alt=Рис. 4. Если отключить или источник питания или нагрузку, то входное или выходное сопротивление на 10-дБ аттенюаторе составит 50 Ом.]]


== П-образный аттенюатор ==
== П-образный аттенюатор ==


В таблице на рисунке 5 ниже приведены значения резистора для аттенюатора Π-типа, соответствующего источнику/нагрузке 50 Ом при некоторых общих уровнях затухания. Резисторы, соответствующие другим уровням затухания, можно рассчитать по уравнениям, опираясь на эту таблицу.
В таблице на рисунке 5 ниже приведены значения [[резистор]]а для [[аттенюатора Π-типа]], соответствующего источнику/нагрузке 50 Ом при некоторых общих уровнях затухания. [[Резистор]]ы, соответствующие другим уровням затухания, можно рассчитать по уравнениям, опираясь на эту таблицу.


[[File:III-01-7-5.png|650px|thumb|center|Рис. 5. Формулы для резисторов аттенюатора Π-типа для заданных K (коэффициента ослабления напряжения) и Z<sub>Вход</sub> = Z<sub>Выход</sub> = 50 Ом.]]
[[File:III-01-7-5.png|650px|thumb|center|'''Рис. 5.''' Формулы для резисторов аттенюатора Π-типа для заданных K (коэффициента ослабления напряжения) и Z<sub>Вход</sub> = Z<sub>Выход</sub> = 50 Ом.|alt=Рис. 5. Формулы для резисторов аттенюатора Π-типа для заданных K (коэффициента ослабления напряжения) и Z<sub>Вход</sub> = Z<sub>Выход</sub> = 50 Ом.]]


Какие значения сопротивления будут необходимы для обоих П-аттенюаторов на 10 дБ затухания соответствующих 50 Ом источника питания и нагрузки?
Какие значения сопротивления будут необходимы для обоих [[П-аттенюатор]]ов на 10 дБ затухания соответствующих 50 Ом источника питания и нагрузки?


[[File:III-01-7-6.png|650px|thumb|center|Рис. 6. Пример аттенюатора П-типа 10 дБ, согласованного с источником питания и нагрузкой на 50 Ом.]]
[[File:III-01-7-6.png|650px|thumb|center|'''Рис. 6.''' Пример аттенюатора П-типа 10 дБ, согласованного с источником питания и нагрузкой на 50 Ом.|alt=Рис. 6. Пример аттенюатора П-типа 10 дБ, согласованного с источником питания и нагрузкой на 50 Ом.]]


10 дБ соответствует коэффициенту ослабления напряжения K = 3,16 (предпоследняя строка в таблице). В схему перенесены номинальные значения резисторов из этой строки.
10 дБ соответствует коэффициенту ослабления напряжения K = 3,16 (предпоследняя строка в таблице). В схему перенесены номинальные значения [[резистор]]ов из этой строки.


== L-образный аттенюатор ==
== L-образный аттенюатор ==


В таблице ниже приведены значения резисторов для   L-аттенюаторов, соответствующие источнику/нагрузке 50 Ом. Также указаны номиналы резисторов для альтернативной («перевёрнутой») схемы аттенюатора. Обратите внимание, что номиналы резисторов для обоих случаев не совпадают.
В таблице ниже приведены значения [[резистор]]ов для [[L-аттенюатор]]ов, соответствующие источнику/нагрузке 50 Ом. Также указаны номиналы [[резистор]]ов для альтернативной («перевёрнутой») схемы [[аттенюатор]]а. Обратите внимание, что номиналы резисторов для обоих случаев не совпадают.


[[File:III-01-7-7.png|650px|thumb|center|Рис. 7. Таблица для аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.]]
[[File:III-01-7-7.png|650px|thumb|center|'''Рис. 7.''' Таблица для [[аттенюаторов L-типа]] для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.|alt=Рис. 7. Таблица для аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.]]


[[File:III-01-7-8.png|650px|thumb|center|Рис. 8. Таблица для альтернативной схемы аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.]]
[[File:III-01-7-8.png|650px|thumb|center|'''Рис. 8.''' Таблица для альтернативной схемы [[аттенюаторов L-типа]] для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.|alt=Рис. 8. Таблица для альтернативной схемы аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.]]


== Мостовой Т-образный аттенюатор ==
== Мостовой Т-образный аттенюатор ==


В следующей таблице приведены значения резисторов для мостовых T-аттенюаторов, которые соответствуют источнику питания и нагрузке на 50 Ом. Т-образный мостовой аттенюатор используется нечасто. С чего бы это?
В следующей таблице приведены значения [[резистор]]ов для мостовых [[T-аттенюатор]]ов, которые соответствуют источнику питания и нагрузке на 50 Ом. [[Т-образный мостовой аттенюатор]] используется нечасто. С чего бы это?


[[File:III-01-7-9.png|650px|thumb|center|Рис. 9. Формулы и сокращённая таблица для секции мостового аттенюатора Т-типа, Z = 50 Ом.]]
[[File:III-01-7-9.png|650px|thumb|center|'''Рис. 9.''' Формулы и сокращённая таблица для секции мостового [[аттенюатора Т-типа]], Z = 50 Ом.|alt=Рис. 9. Формулы и сокращённая таблица для секции мостового аттенюатора Т-типа, Z = 50 Ом.]]


== Каскадные аттенюаторы ==
== Каскадные аттенюаторы ==


Секции отдельных аттенюаторов можно соединить каскадом, как показано на рисунке 10 ниже, для большего ослабления, чем может обеспечить единичная секция. Например, два аттенюатора на 10 дБ можно подключить каскадом для обеспечения ослабления 20 дБ, в подобных случаях значения в дБ складываются. Коэффициент ослабления напряжения K или соотношение V<sub>Вход</sub>/V<sub>Выход</sub> для секции аттенюатора 10 дБ составляет 3,16. Коэффициент затухания напряжения для двух каскадных секций является произведением двух K, то есть 3,16 × 3,16 = 10.
Секции отдельных [[аттенюатор]]ов можно соединить каскадом, как показано на рисунке 10 ниже, для большего ослабления, чем может обеспечить единичная секция. Например, два [[аттенюатор]]а на 10 дБ можно подключить каскадом для обеспечения ослабления 20 дБ, в подобных случаях значения в дБ складываются. Коэффициент ослабления напряжения K или соотношение V<sub>Вход</sub>/V<sub>Выход</sub> для секции [[аттенюатор]]а 10 дБ составляет 3,16. Коэффициент затухания напряжения для двух каскадных секций является произведением двух K, то есть 3,16 × 3,16 = 10.


[[File:III-01-7-10.png|650px|thumb|center|Рис. 10. Секции каскадного аттенюатора: затухание в дБ аддитивно (т.е. складывается).]]
[[File:III-01-7-10.png|650px|thumb|center|'''Рис. 10.''' Секции каскадного аттенюатора: затухание в дБ аддитивно (т.е. складывается).|alt=Рис. 10. Секции каскадного аттенюатора: затухание в дБ аддитивно (т.е. складывается).]]


Переменное затухание можно обеспечить с помощью переключаемого аттенюатора (отключение отдельных секций позволит дискретно менять общий коэффициент). На рисунке 11 ниже показано установленное значение 0 дБ, при этом ослабление можно варьировать в пределах от 0 до 7 дБ путем аддитивного переключения (можно подключить одну или нескольких секций или не подключать ни одной).
Переменное затухание можно обеспечить с помощью переключаемого [[аттенюатор]]а (отключение отдельных секций позволит дискретно менять общий коэффициент). На рисунке 11 ниже показано установленное значение 0 дБ, при этом ослабление можно варьировать в пределах от 0 до 7 дБ путем аддитивного переключения (можно подключить одну или нескольких секций или не подключать ни одной).


[[File:III-01-7-11.png|650px|thumb|center|Рис. 11. Коммутируемый аттенюатор: уровень затухания регулируется дискретными шагами.]]
[[File:III-01-7-11.png|650px|thumb|center|'''Рис. 11.''' [[Коммутируемый аттенюатор]]: уровень затухания регулируется дискретными шагами.|alt=Рис. 11. Коммутируемый аттенюатор: уровень затухания регулируется дискретными шагами.]]


Типичный многосекционный аттенюатор имеет гораздо больше секций, чем показано на этом рисунке. Добавление секций на 3 или 8 дБ позволяет устройству охватывать диапазон значений до 10 дБ и более. Ещё более низкие уровни сигнала достигаются путём добавления секций на 10 дБ и 20 дБ. Чтобы дополнительно ослабить сигнал добавляют секции аттенюаторов кратных 16 дБ.
Типичный [[многосекционный аттенюатор]] имеет гораздо больше секций, чем показано на этом рисунке. Добавление секций на 3 или 8 дБ позволяет устройству охватывать диапазон значений до 10 дБ и более. Ещё более низкие уровни сигнала достигаются путём добавления секций на 10 дБ и 20 дБ. Чтобы дополнительно ослабить сигнал добавляют секции аттенюаторов кратных 16 дБ.


== Высокочатотные (радиочастотные) аттенюаторы ==
== Высокочатотные (радиочастотные) аттенюаторы ==


Для работы с радиочастотами (<1000 МГц) отдельные секции аттенюаторов устанавливаются в экранированных отсеках, что предотвращает паразитную ёмкостную «связь», если более низкие уровни сигнала должны быть достигнуты на самых высоких частотах. Отдельные секции коммутируемых (переключаемых) аттенюаторов монтируются в экранированных секциях. Можно приложить дополнительные усилия для расширения частотного диапазона за пределы 1000 МГц. В частности, используются резистивные элементы специальной формы, не содержащие свинец.
Для работы с радиочастотами (<1000 МГц) отдельные секции [[аттенюатор]]ов устанавливаются в экранированных отсеках, что предотвращает [[паразитную ёмкостную «связь»]], если более низкие уровни сигнала должны быть достигнуты на самых высоких частотах. Отдельные секции коммутируемых (переключаемых) [[аттенюатор]]ов монтируются в экранированных секциях. Можно приложить дополнительные усилия для расширения частотного диапазона за пределы 1000 МГц. В частности, используются резистивные элементы специальной формы, не содержащие свинец.


[[File:III-01-7-12.png|650px|thumb|center|Рис. 12. Экранированный отсек для отдельных секций аттенюаторов исключает ёмкостную «связь» с другими секциями. Это позволяет работать с высокими частотами до 1000 Мгц.]]
[[File:III-01-7-12.png|650px|thumb|center|'''Рис. 12.''' Экранированный отсек для отдельных секций аттенюаторов исключает ёмкостную «связь» с другими секциями. Это позволяет работать с высокими частотами до 1000 Мгц.|alt=Рис. 12. Экранированный отсек для отдельных секций аттенюаторов исключает ёмкостную «связь» с другими секциями. Это позволяет работать с высокими частотами до 1000 Мгц.]]


Коаксиальный Т-образный аттенюатор, состоящий из резистивных стержней и резистивных дисков, см. рисунок 13 ниже. Эта конструкция позволяет обрабатывать частоты в нескольких гигагерц. Коаксиальная Π-версия будет иметь один резистивный стержень между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии:
Коаксиальный [[Т-образный аттенюатор]], состоящий из резистивных стержней и резистивных дисков, см. рисунок 13 ниже. Эта конструкция позволяет обрабатывать частоты в нескольких гигагерц. Коаксиальная Π-версия будет иметь один резистивный стержень между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии:


[[File:III-01-7-13.png|650px|thumb|center|Рис. 13. Коаксиальный аттенюатор. Один резистивный стержень между двумя резистивными дисками указывает, что это аттенюатор Π-типа.]]
[[File:III-01-7-13.png|650px|thumb|center|'''Рис. 13.''' [[Коаксиальный аттенюатор]]. Один резистивный стержень между двумя резистивными дисками указывает, что это [[аттенюатор Π-типа]].|alt=Рис. 13. Коаксиальный аттенюатор. Один резистивный стержень между двумя резистивными дисками указывает, что это аттенюатор Π-типа.]]


Радиочастотные разъёмы (на рисунках не показаны), прикреплены к концам упомянутых выше аттенюаторов T- и Π-типа. Разъёмы позволяют каскадно подключать отдельные дополнительные аттенюаторы между источником питания и нагрузкой. Например, аттенюатор на 10 дБ можно поместить между проблемным источником сигнала и входом дорогостоящего анализатора спектра. Хотя страховочное ослабление может и не понадобиться, дорогостоящее испытательное оборудование на всякий случай защищено от перепадов напряжения в источнике питания путём ослабления любого перенапряжения.
Радиочастотные разъёмы (на рисунках не показаны), прикреплены к концам упомянутых выше [[аттенюатор]]ов T- и Π-типа. Разъёмы позволяют каскадно подключать отдельные дополнительные [[аттенюатор]]ы между источником питания и нагрузкой. Например, [[аттенюатор]] на 10 дБ можно поместить между проблемным источником сигнала и входом дорогостоящего анализатора спектра. Хотя страховочное ослабление может и не понадобиться, дорогостоящее испытательное оборудование на всякий случай защищено от перепадов напряжения в источнике питания путём ослабления любого перенапряжения.


== Итог: ==
== Итог: ==


* ''Аттенюатор'' уменьшает (ослабляет) входной сигнал до более низкого уровня.
* ''[[Аттенюатор]]'' уменьшает (ослабляет) входной сигнал до более низкого уровня.
* Величина затухания (ослабления) указывается в ''децибелах'' (дБ). Для секций каскадного аттенюатора значения в децибелах аддитивны (складываются).
* Величина затухания (ослабления) указывается в ''[[децибел]]ах'' (дБ). Для секций каскадного [[аттенюатор]]а значения в децибелах аддитивны (складываются).
* Отношения мощностей в дБ: дБ = 10 log<sub>10</sub>(P<sub>Вход</sub>/P<sub>Выход</sub>)
* Отношения мощностей в дБ: дБ = 10 log<sub>10</sub>(P<sub>Вход</sub>/P<sub>Выход</sub>)
* Отношения напряжений в дБ: дБ = 20 log<sub>10</sub>(V<sub>Вход</sub>/V<sub>Выход</sub>)  
* Отношения напряжений в дБ: дБ = 20 log<sub>10</sub>(V<sub>Вход</sub>/V<sub>Выход</sub>)  
* Аттенюаторы ''T''- и ''Π''-типа являются наиболее распространёнными конфигурациями в схемах.
* [[Аттенюатор]]ы ''T''- и ''Π''-типа являются наиболее распространёнными конфигурациями в схемах.
 


=См.также=
=См.также=

Версия от 14:07, 2 ноября 2021

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Аттенюаторы[1]

Что такое аттенюаторы?

Хотя аттенюаторы – устройства пассивные, при этом их уместно рассмотреть в контексте темы про децибелы. Аттенюаторы ослабляют (аттенюируют) выходной высокоуровневый сигнал генератора, обеспечивая низкоуровневый сигнал для чего-либо, вроде антенного входа чувствительного радиоприемника (рисунок 1). Аттенюатор может быть частью самого генератора или же работать автономно. Величина затухания сигнала может быть как фиксированной, так и регулируемой. Секция аттенюатора в схеме также может играть роль изоляции между источником и проблемной нагрузкой.

Рис. 1. Аттенюатор с постоянным сопротивлением согласован с импедансом источника ZВход и импедансом нагрузки ZВыход. Для радиочастотного оборудования Z стандартно составляет 50 Ом.
Рис. 1. Аттенюатор с постоянным сопротивлением согласован с импедансом источника ZВход и импедансом нагрузки ZВыход. Для радиочастотного оборудования Z стандартно составляет 50 Ом.

Если аттенюатор автономен, то путь прохождения сигнала размыкается и в этом месте аттенюатор последовательно устанавливается между источником сигнала и нагрузкой, как показано в правой части рисунка 1. Кроме того, он должен соответствовать как импедансу источника ZВход, так и импедансу нагрузки ZВыход, обеспечивая при этом заданную величину затухания. В этом разделе мы рассмотрим только частный и наиболее распространённый случай, когда импедансы источника питания и нагрузки равны. Неравные импедансы источника и нагрузки могут быть согласованы с помощью секции аттенюатора, но в сегодняшней теме эти случаи рассматривать не станем. Там всё несколько сложнее.

Рис. 2. Наибольшее распространение получили аттенюаторы Т- и Π-типа.
Рис. 2. Наибольшее распространение получили аттенюаторы Т- и Π-типа.


Стандартно используемые конфигурации – аттенюаторные системы T- и Π-типа. Зачастую несколько секций с аттенюаторами соединяются каскадно, если нужно ещё более ослабить сигнал.

Использование децибел для аттенюаторов

Коэффициенты напряжения, используемые при проектировании аттенюаторов, часто выражаются в децибелах. Коэффициент напряжения должен быть получен из затухания, выраженного в децибелах. Коэффициенты мощности, выраженные в децибелах, складываются. Например, если в схеме после аттенюатора на 10 дБ следует аттенюатор на 6 дБ, то общее затухание составит 16 дБ.

10 дБ + 6 дБ = 16 дБ

Изменение уровня звука примерно пропорционально логарифму отношения мощностей (PВход/PВыход).

Уровень звука = log10(PВход/PВыход)

Изменение уровня звука на 1 дБ практически незаметно для слушателя, чего уже не скажешь про 2 дБ. Ослабление на 3 дБ соответствует падению мощности вдвое, а усиление на 3 дБ соответствует удвоению мощности. Иногда пишут, к примеру, что коэффициент усиления равен -3 дБ, что означает затухание на +3 дБ, (как уже сказано, это соответствует половине исходного уровня мощности). Изменение мощности в децибелах в зависимости от отношения мощностей составляет:

дБ = 10 log10(PВход/PВыход)

Предполагая, что нагрузка RВход для PВход такая же, как сопротивление нагрузки RВыход для PВыход (то есть, RВход = RВыход), децибелы могут быть получены как из отношения напряжений (VВход/VВыход) так и из отношения сил тока (IВход/IВыход):

PВыход = VВыходIВыход = VВыход2/R = IВыход2R
PВход = VВходIВход = VВход2/R = IВход2R
дБ = 10 log10(PВход/PВыход) = 10 log10(VВход2/VВыход2) = 20 log10(VВход/VВыход)
дБ = 10 log10(PВход/PВыход) = 10 log10(IВход2/IВыход2) = 20 log10(IВход/IВыход)

Уравнения децибел

Двумя наиболее часто используемыми уравнениями децибел являются:

дБ = 10 log10(PВход/PВыход) или дБ = 20 log10(VВход/VВыход)

Мы будем использовать вторую формулу, так как нам нужно соотношение напряжений. Опять же, уравнение с отношением напряжений применимо только тогда, когда оба соответствующих резистора равны. То бишь сопротивление источника и нагрузки должно быть одинаковым.

Примеры с использованием уравнений децибел

Пример: мощность аттенюатора составляет 10 Вт, выходная мощность – 1 Вт. Найдите затухание в дБ.

дБ = 10 log10(PВход/PВыход) = 10 log10(10/1) = 10 log10(10) = 10(1) = 10 дБ

Пример: Найдите коэффициент ослабления напряжения (K = (VВход/VВыход)) для аттенюатора 10 дБ.

дБ = 10 = 20 log10(VВход/VВыход)
10/20 = log10(VВход/VВыход)
1010/20 = 10log10(VВход/VВыход)
3,16 = (VВход/VВыход) = AP(Пропорц.)

Пример: мощность аттенюатора составляет 100 милливатт, выходная мощность – 1 милливатт. Найдите затухание в дБ.

дБ = 10 log10(PВход/PВыход) = 10 log10(100/1) = 10 log10(100) = 10(2) = 20 дБ

Пример: Найдите коэффициент ослабления напряжения (K = (VВход/VВыход)) для аттенюатора 20 дБ.

дБ = 20 = 20 log10(VВход/VВыход)
1020/20 = 10log10(VВход/VВыход)
10 = (VВход/VВыход) = K

Т-образный аттенюатор

Аттенюаторы Т- и П-типа подключаются к импедансам ZИсточник и ZНагрузка. На это указывают Z-стрелки, направленные со стороны аттенюатора (на рисунке 3). Что касается Z-стрелок, направленных в сторону аттенюатора, то они указывает на то, что с противоположной стороны к аттенюатору подключена ZНагрузка, в нашем случае Z = 50 Ом. Этот импеданс является постоянным (он равен 50 Ом) по отношению к затуханию – полное сопротивление не меняется при изменении ослабления.

Чуть ниже в таблице приведены значения номиналов резисторов для аттенюаторов Т- и П-типа, чтобы выполнялось соответствие импедансу 50 Ом источника питания и нагрузки (обычно это используется для приборов, работающих с радиочастотами).

Что касается телефонных сетей и других приложений, где передаётся звук, то там часто требуют согласования с сопротивлением 600 Ом. Чтобы скорректировать с учётом 600 Ом, в приведённой таблице умножьте все значения R на соотношение (600/50). А если, к примеру, значения в таблице умножить на 75/50, то это приведёт в соответствие с источником питания и нагрузкой на 75 Ом.

Рис. 3. Формулы для резисторов Т-образного аттенюатора для заданных K (коэффициентов ослабления напряжения) и ZВход = ZВыход = 50 Ом.
Рис. 3. Формулы для резисторов Т-образного аттенюатора для заданных K (коэффициентов ослабления напряжения) и ZВход = ZВыход = 50 Ом.

Величина ослабления обычно указывается в дБ (децибелах). Тем не менее, нам нужно отношение напряжений (или сил тока) K, чтобы найти номиналы резисторов из уравнений. Чтобы найти K, нужно вычислить показатель степени дБ/20 для основания 10 (формула сверху-слева на рисунке 3).

Т-, и разбираемая ниже П-, конфигурации используются чаще всего, поскольку именно они обеспечивают двунаправленное соответствие. То есть вход и выход аттенюатора можно поменять местами с одного конца на другой, и система по-прежнему будет соответствовать импедансам источника питания и нагрузки, обеспечивая при этом одинаковое ослабление.

Если отключить источник питания и на схеме посмотреть вправо от VВход, то увидим последовательно-параллельную комбинацию из R1, R2, R1 и Z, которую можно рассматривать как эквивалентное сопротивление ZВход, оно будет таким же, как сопротивление Z источника питания или нагрузки (ведь мы отключили только источник питания, но на выходе ZНагрузка до сих пор подключено).

ZВход = R1 + (R2 | | (R1 + Z))

Например, если заменить значения 10 дБ из таблицы аттенюатора 50 Ом на R1 и R2 (схема приведена на рисунке 4), то:

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

Это демонстрирует, что со стороны входа на аттенюаторе будет наблюдаться 50 Ом (рисунок 4 ниже) при нагрузке 50 Ом.

Давайте сделаем наоборот: вернём источник питания и отключим ZНагрузка на VВыход. Из-за симметрии конфигурации если смотреть справа-налево, то получим то же самое уравнение для импеданса на VВыход. Кроме того, три резистора будут иметь номиналы, обеспечивающие требуемое затухание от входа к выходу. Это достигается если приведённые выше уравнения для R1 и R2 применить к Т-аттенюатору.

Рис. 4. Если отключить или источник питания или нагрузку, то входное или выходное сопротивление на 10-дБ аттенюаторе составит 50 Ом.
Рис. 4. Если отключить или источник питания или нагрузку, то входное или выходное сопротивление на 10-дБ аттенюаторе составит 50 Ом.

П-образный аттенюатор

В таблице на рисунке 5 ниже приведены значения резистора для аттенюатора Π-типа, соответствующего источнику/нагрузке 50 Ом при некоторых общих уровнях затухания. Резисторы, соответствующие другим уровням затухания, можно рассчитать по уравнениям, опираясь на эту таблицу.

Рис. 5. Формулы для резисторов аттенюатора Π-типа для заданных K (коэффициента ослабления напряжения) и ZВход = ZВыход = 50 Ом.
Рис. 5. Формулы для резисторов аттенюатора Π-типа для заданных K (коэффициента ослабления напряжения) и ZВход = ZВыход = 50 Ом.

Какие значения сопротивления будут необходимы для обоих П-аттенюаторов на 10 дБ затухания соответствующих 50 Ом источника питания и нагрузки?

Рис. 6. Пример аттенюатора П-типа 10 дБ, согласованного с источником питания и нагрузкой на 50 Ом.
Рис. 6. Пример аттенюатора П-типа 10 дБ, согласованного с источником питания и нагрузкой на 50 Ом.

10 дБ соответствует коэффициенту ослабления напряжения K = 3,16 (предпоследняя строка в таблице). В схему перенесены номинальные значения резисторов из этой строки.

L-образный аттенюатор

В таблице ниже приведены значения резисторов для L-аттенюаторов, соответствующие источнику/нагрузке 50 Ом. Также указаны номиналы резисторов для альтернативной («перевёрнутой») схемы аттенюатора. Обратите внимание, что номиналы резисторов для обоих случаев не совпадают.

Рис. 7. Таблица для аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.
Рис. 7. Таблица для аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.
Рис. 8. Таблица для альтернативной схемы аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.
Рис. 8. Таблица для альтернативной схемы аттенюаторов L-типа для 50 Ом источника питания и полного сопротивления нагрузки.

Мостовой Т-образный аттенюатор

В следующей таблице приведены значения резисторов для мостовых T-аттенюаторов, которые соответствуют источнику питания и нагрузке на 50 Ом. Т-образный мостовой аттенюатор используется нечасто. С чего бы это?

Рис. 9. Формулы и сокращённая таблица для секции мостового аттенюатора Т-типа, Z = 50 Ом.
Рис. 9. Формулы и сокращённая таблица для секции мостового аттенюатора Т-типа, Z = 50 Ом.

Каскадные аттенюаторы

Секции отдельных аттенюаторов можно соединить каскадом, как показано на рисунке 10 ниже, для большего ослабления, чем может обеспечить единичная секция. Например, два аттенюатора на 10 дБ можно подключить каскадом для обеспечения ослабления 20 дБ, в подобных случаях значения в дБ складываются. Коэффициент ослабления напряжения K или соотношение VВход/VВыход для секции аттенюатора 10 дБ составляет 3,16. Коэффициент затухания напряжения для двух каскадных секций является произведением двух K, то есть 3,16 × 3,16 = 10.

Рис. 10. Секции каскадного аттенюатора: затухание в дБ аддитивно (т.е. складывается).
Рис. 10. Секции каскадного аттенюатора: затухание в дБ аддитивно (т.е. складывается).

Переменное затухание можно обеспечить с помощью переключаемого аттенюатора (отключение отдельных секций позволит дискретно менять общий коэффициент). На рисунке 11 ниже показано установленное значение 0 дБ, при этом ослабление можно варьировать в пределах от 0 до 7 дБ путем аддитивного переключения (можно подключить одну или нескольких секций или не подключать ни одной).

Рис. 11. Коммутируемый аттенюатор: уровень затухания регулируется дискретными шагами.
Рис. 11. Коммутируемый аттенюатор: уровень затухания регулируется дискретными шагами.

Типичный многосекционный аттенюатор имеет гораздо больше секций, чем показано на этом рисунке. Добавление секций на 3 или 8 дБ позволяет устройству охватывать диапазон значений до 10 дБ и более. Ещё более низкие уровни сигнала достигаются путём добавления секций на 10 дБ и 20 дБ. Чтобы дополнительно ослабить сигнал добавляют секции аттенюаторов кратных 16 дБ.

Высокочатотные (радиочастотные) аттенюаторы

Для работы с радиочастотами (<1000 МГц) отдельные секции аттенюаторов устанавливаются в экранированных отсеках, что предотвращает паразитную ёмкостную «связь», если более низкие уровни сигнала должны быть достигнуты на самых высоких частотах. Отдельные секции коммутируемых (переключаемых) аттенюаторов монтируются в экранированных секциях. Можно приложить дополнительные усилия для расширения частотного диапазона за пределы 1000 МГц. В частности, используются резистивные элементы специальной формы, не содержащие свинец.

Рис. 12. Экранированный отсек для отдельных секций аттенюаторов исключает ёмкостную «связь» с другими секциями. Это позволяет работать с высокими частотами до 1000 Мгц.
Рис. 12. Экранированный отсек для отдельных секций аттенюаторов исключает ёмкостную «связь» с другими секциями. Это позволяет работать с высокими частотами до 1000 Мгц.

Коаксиальный Т-образный аттенюатор, состоящий из резистивных стержней и резистивных дисков, см. рисунок 13 ниже. Эта конструкция позволяет обрабатывать частоты в нескольких гигагерц. Коаксиальная Π-версия будет иметь один резистивный стержень между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии:

Рис. 13. Коаксиальный аттенюатор. Один резистивный стержень между двумя резистивными дисками указывает, что это аттенюатор Π-типа.
Рис. 13. Коаксиальный аттенюатор. Один резистивный стержень между двумя резистивными дисками указывает, что это аттенюатор Π-типа.

Радиочастотные разъёмы (на рисунках не показаны), прикреплены к концам упомянутых выше аттенюаторов T- и Π-типа. Разъёмы позволяют каскадно подключать отдельные дополнительные аттенюаторы между источником питания и нагрузкой. Например, аттенюатор на 10 дБ можно поместить между проблемным источником сигнала и входом дорогостоящего анализатора спектра. Хотя страховочное ослабление может и не понадобиться, дорогостоящее испытательное оборудование на всякий случай защищено от перепадов напряжения в источнике питания путём ослабления любого перенапряжения.

Итог:

  • Аттенюатор уменьшает (ослабляет) входной сигнал до более низкого уровня.
  • Величина затухания (ослабления) указывается в децибелах (дБ). Для секций каскадного аттенюатора значения в децибелах аддитивны (складываются).
  • Отношения мощностей в дБ: дБ = 10 log10(PВход/PВыход)
  • Отношения напряжений в дБ: дБ = 20 log10(VВход/VВыход)
  • Аттенюаторы T- и Π-типа являются наиболее распространёнными конфигурациями в схемах.

См.также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Attenuators
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Полупроводники/Усилители_и_активные_устройства/Аттенюаторы&oldid=2291292