Khi phát triển các mạch điện tử, thông thường cần giải quyết vấn đề khuếch đại tín hiệu - tăng biên độ hoặc công suất của chúng. Nhưng có những tình huống khi mức tín hiệu được yêu cầu, ngược lại, làm suy yếu. Và nhiệm vụ này không hề đơn giản như thoạt nhìn.
Nội dung
Bộ suy giảm là gì và nó hoạt động như thế nào
Bộ suy hao là một thiết bị để giảm biên độ hoặc công suất của tín hiệu đầu vào một cách có chủ ý và bình thường mà không làm biến dạng hình dạng của nó.
Nguyên lý hoạt động của bộ suy hao dùng trong dải tần số vô tuyến điện - bộ phân áp bằng điện trở hoặc tụ điện. Tín hiệu đầu vào được phân phối giữa các điện trở tương ứng với các điện trở. Giải pháp đơn giản nhất là một bộ chia của hai điện trở. Một bộ suy giảm như vậy được gọi là hình chữ L (trong tài liệu kỹ thuật nước ngoài - hình chữ L). Một trong hai bên của thiết bị không cân bằng này có thể dùng làm đầu vào và đầu ra.Một tính năng của bộ suy hao G là mức tổn thất thấp khi khớp đầu vào và đầu ra.
Các loại bộ suy giảm
Trong thực tế, bộ suy giảm G không được sử dụng thường xuyên - chủ yếu là để phù hợp với các điện trở đầu vào và đầu ra. Thiết bị loại P (trong tài liệu nước ngoài là Pi - từ chữ cái Latinh π) và thiết bị loại T được sử dụng rộng rãi hơn nhiều cho sự suy giảm chuẩn hóa của tín hiệu. Nguyên tắc này cho phép bạn tạo ra các thiết bị có trở kháng đầu vào và đầu ra giống nhau (nhưng, nếu cần, bạn có thể sử dụng các thiết bị khác nhau).
Hình bên cho thấy các thiết bị không cân bằng. Nguồn và tải phải được kết nối với chúng bằng các đường dây không cân bằng - cáp đồng trục, v.v. từ bất kỳ hướng nào.
Đối với các đường dây cân bằng (cặp xoắn, v.v.), các mạch cân bằng được sử dụng - chúng đôi khi được gọi là bộ suy giảm kiểu H và O, mặc dù đây chỉ là các biến thể của các thiết bị trước đó.
Bằng cách thêm một (hai) điện trở, loại suy hao T- (H-) được chuyển thành cầu.
Bộ suy giảm được ngành công nghiệp sản xuất dưới dạng các thiết bị hoàn chỉnh với các đầu nối để kết nối, nhưng chúng cũng có thể được chế tạo trên bảng mạch in như một phần của mạch điện chung. Các bộ suy giảm điện trở và điện dung có một điểm cộng đáng kể - chúng không chứa các phần tử phi tuyến tính, không làm sai lệch tín hiệu và không dẫn đến sự xuất hiện của các sóng hài mới trong phổ và sự biến mất của các sóng hài hiện có.
Ngoài điện trở, còn có các loại suy hao khác. Được sử dụng rộng rãi trong công nghệ công nghiệp:
- bộ suy giảm giới hạn và phân cực - dựa trên các đặc tính thiết kế của ống dẫn sóng;
- bộ suy giảm hấp thụ - sự suy giảm tín hiệu gây ra hiện tượng hấp thụ công suất bằng các vật liệu được lựa chọn đặc biệt;
- bộ suy giảm quang học;
Các loại thiết bị này được sử dụng trong công nghệ vi sóng và trong dải tần số ánh sáng. Ở tần số thấp và tần số vô tuyến, bộ suy hao dựa trên điện trở và tụ điện được sử dụng.
Các đặc điểm chính
Tham số chính xác định đặc tính của bộ suy hao là hệ số suy hao. Nó được đo bằng decibel. Để hiểu biên độ tín hiệu giảm bao nhiêu lần sau khi đi qua mạch suy giảm, cần phải tính lại hệ số từ decibel thành lần. Tại đầu ra của thiết bị làm giảm biên độ tín hiệu đi N decibel, điện áp sẽ nhỏ hơn M lần:
M = 10(N/20) (cho quyền lực - M = 10(N/10)) .
Tính toán ngược lại:
N = 20⋅log10(M) (cho nguồn N = 10⋅log10(M)).
Vì vậy, đối với bộ suy hao có Kosl \ u003d -3 dB (hệ số luôn âm, vì giá trị luôn giảm), tín hiệu đầu ra sẽ có biên độ bằng 0,708 so với ban đầu. Và nếu biên độ đầu ra nhỏ hơn hai lần so với biên độ ban đầu, thì Kosl xấp xỉ bằng -6 dB.
Các công thức khá phức tạp để tính nhẩm, vì vậy tốt hơn là bạn nên sử dụng máy tính trực tuyến, trong đó có rất nhiều công thức trên Internet.
Đối với các thiết bị có thể điều chỉnh (bước hoặc trơn), các giới hạn điều chỉnh được chỉ định.
Một thông số quan trọng khác là trở kháng sóng (trở kháng) ở đầu vào và đầu ra (chúng có thể giống nhau). Điện trở này có liên quan đến một đặc tính như tỷ lệ sóng đứng (SWR) - nó thường được chỉ định trên các sản phẩm công nghiệp. Đối với tải thuần trở, hệ số này được tính theo công thức:
- SWR = ρ / R nếu ρ> R, trong đó R là điện trở tải và ρ là trở kháng sóng của đường dây.
- SWR = R / ρ nếu ρ <R.
SWR luôn lớn hơn hoặc bằng 1. Nếu R = ρ thì tất cả công suất được truyền cho tải. Các giá trị này càng khác nhau, tổn thất càng lớn.Vì vậy, với SWR = 1,2, 99% công suất sẽ đạt tải và với SWR = 3 - đã là 75%. Khi kết nối bộ suy hao 75 ohm với cáp 50 ohm (hoặc ngược lại), SWR = 1,5 và suy hao sẽ là 4%.
Các tính năng quan trọng khác cần đề cập:
- dải tần hoạt động;
- công suất tối đa.
Một tham số cũng quan trọng như độ chính xác - nó có nghĩa là độ lệch cho phép của sự suy giảm so với danh nghĩa. Đối với bộ suy hao công nghiệp, các đặc tính được áp dụng cho trường hợp.
Trong một số trường hợp, sức mạnh của thiết bị là quan trọng. Năng lượng chưa đến người tiêu dùng sẽ bị tiêu tán bởi các phần tử suy hao, vì vậy điều quan trọng là phải ngăn ngừa quá tải.
Có các công thức tính toán các đặc tính chính của bộ suy giảm điện trở với nhiều kiểu dáng khác nhau, nhưng chúng cồng kềnh và chứa logarit. Do đó, để sử dụng chúng, bạn cần ít nhất một chiếc máy tính bỏ túi. Do đó, để tự tính toán sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng các chương trình đặc biệt (kể cả trực tuyến).
Bộ suy giảm có thể điều chỉnh
Hệ số suy giảm và SWR bị ảnh hưởng bởi giá trị của tất cả các yếu tố tạo nên bộ suy giảm, vì vậy hãy tạo thiết bị dựa trên điện trở với quy định trơn tru của các thông số là khó khăn. Bằng cách thay đổi độ suy giảm, cần phải điều chỉnh SWR và ngược lại. Những vấn đề như vậy có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại nhỏ hơn 1.
Các thiết bị như vậy được xây dựng dựa trên các bóng bán dẫn hoặc Đơn vị tổ chức, nhưng có một vấn đề về độ tuyến tính. Không dễ để tạo ra một bộ khuếch đại không làm sai lệch dạng sóng trên một dải tần rộng. Điều chỉnh từng bước được sử dụng rộng rãi hơn nhiều - các bộ suy giảm được kết nối theo chuỗi, sự suy yếu của chúng được cộng lại. Những mạch cần thiết được đóng lại (tiếp điểm vân vân).Vì vậy hệ số suy giảm mong muốn đạt được mà không làm thay đổi điện trở của sóng.
Có các thiết kế thiết bị làm suy giảm tín hiệu với khả năng điều chỉnh mượt mà, được xây dựng trên máy biến áp băng thông rộng (SHPT). Chúng được sử dụng trong công nghệ truyền thông nghiệp dư trong những trường hợp yêu cầu khớp nối đầu vào và đầu ra thấp.
Điều chỉnh mượt mà của bộ suy giảm được xây dựng trên ống dẫn sóng có thể đạt được bằng cách thay đổi kích thước hình học. Bộ suy hao quang học cũng được sản xuất với khả năng kiểm soát suy hao mượt mà, nhưng những thiết bị như vậy có thiết kế khá phức tạp, vì chúng chứa một hệ thống thấu kính, bộ lọc quang học, v.v.
Khu vực ứng dụng
Nếu bộ suy hao có điện trở đầu vào và đầu ra khác nhau, thì ngoài chức năng suy hao, nó có thể hoạt động như một thiết bị phù hợp. Vì vậy, nếu bạn cần kết nối cáp 75 và 50 ôm, bạn có thể đặt một dây được tính toán thích hợp giữa chúng và cùng với sự suy giảm chuẩn hóa, bạn cũng có thể điều chỉnh mức độ phù hợp.
Trong thiết bị nhận, bộ suy hao được sử dụng để tránh làm quá tải mạch đầu vào với bức xạ giả mạnh. Trong một số trường hợp, việc làm suy giảm tín hiệu gây nhiễu, thậm chí cùng lúc với tín hiệu mong muốn yếu, có thể cải thiện chất lượng thu bằng cách giảm mức độ nhiễu xuyên điều chế.
Trong công nghệ đo lường, bộ suy hao có thể được sử dụng làm bộ tách - chúng làm giảm ảnh hưởng của tải lên nguồn của tín hiệu tham chiếu. Bộ suy hao quang được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra thiết bị thu phát cho đường dây thông tin cáp quang.Với sự giúp đỡ của họ, sự suy giảm trong một đường thực được mô hình hóa và các điều kiện và ranh giới của giao tiếp ổn định được xác định.
Trong công nghệ âm thanh, bộ suy hao được dùng làm thiết bị điều khiển công suất. Không giống như chiết áp, chúng làm điều này với ít tổn thất điện năng hơn. Ở đây, dễ dàng hơn để đảm bảo điều chỉnh trơn tru, vì sức cản của sóng không quan trọng - chỉ có vấn đề về độ suy giảm. Trong mạng cáp truyền hình, bộ suy giảm loại bỏ quá tải đầu vào TV và cho phép bạn duy trì chất lượng truyền dẫn bất kể điều kiện thu sóng.
Không phải là thiết bị phức tạp nhất, bộ suy hao có ứng dụng rộng rãi nhất trong các mạch tần số vô tuyến và cho phép bạn giải quyết các vấn đề khác nhau. Ở tần số vi sóng và tần số quang, các thiết bị này được chế tạo khác nhau, và chúng là các đơn vị công nghiệp phức tạp.
Các bài tương tự:
