衰减器二三事——L型

标签:衰减器
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       在其基本形式中,L-pad衰减器仅是一个非常简单的分压器网络,用于许多电气和电子电路以产生较低的电压。

 

       这次的区别在于,这种衰减器用于频率相关的电路中,以在传输线中产生损耗(衰减)或匹配不平衡的源和负载网络的阻抗。L-垫衰减器包括两个串联的纯电阻元件相互跨接的电压源与如下所示形成分压器网络这两个电阻之间的比率。

 

       基本的L-pad衰减器电路

 

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       我们可以看到,L衰减器的衰减器设计与用于将输入电压降低一定量的分压器电路相同。两个电阻器在整个输入电压上串联连接,而输出信号或电压仅在一个电阻器上采集,两个电阻元件形成倒置字母“ L”的形状,因此其名称为“ L” -pad衰减器”。对于这种类型的电路,衰减量为Vout / Vin。

 

       输入电阻器R1与输出串联,而电阻器R2与输出并联,因此与负载并联。然后,如图所示,将这种“ L”形布置提供的输出电压除以等于这两个电阻值之比的系数。

 

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       由于L-pad衰减器由纯电阻组件制成,因此衰减器中没有相移。在源和负载之间插入衰减器不得改变源电压,因此,源所看到的电阻必须始终保持相同。由于这两个电阻元件具有恒定值,因此如果负载的阻抗不是无限的,则衰减会改变,其阻抗也会改变。结果,L衰减器衰减器只能在一个方向上提供阻抗匹配。

 

       L-pad衰减器通常用于音频应用中,以减小更大或更强大的信号,同时匹配源和负载之间的阻抗,以提供最大的功率传输。但是,如果电源的阻抗与负载的阻抗不同,则可以使L-pad衰减器匹配任一阻抗,但不能同时匹配两者。

 

       这是因为电阻元件的布置不会产生从两个方向进入网络的相同阻抗。换句话说,L衰减器是一个非对称衰减器,因此,如果要求衰减网络在两个方向上匹配两个不相等的阻抗,则其他类型的衰减器,例如对称的“ T-pad”或“ Pi-pad”应使用衰减器。

 

       具有相同阻抗的L型衰减器

 

       如前所述,无源衰减器是一种电阻网络,旨在减少音频或射频信号的功率或信号电平而不会给信号带来任何失真。有时,音频放大器的输出可能太高,需要衰减才能将该信号馈送到扬声器。例如,假设我们想要将放大器输出的功率降低,该放大器的输出源阻抗(Z S)为8Ω,可为扬声器负载(Z L)供电8Ω,降低了6dB。电阻器R1和R2的值如下。

 

       L焊盘衰减器电路

 

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       从源阻抗Z S的方向看,两个相等阻抗(Z S  = Z L)之间连接的L衰减器衰减电路的方程式为。

 

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       为了简化衰减器的设计,可以在上面的衰减器方程式中使用“ K”值来简化数学运算。该“ K”值是对应于给定衰减值的电压,电流或功率之比。“ K”的一般公式为:

 

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       因此,在我们的示例中,电压衰减为6dB时的“ K”值为10 (6/20) = 1.9953。将该衰减值代入两个方程即可。

 

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       然后,在沿源阻抗Z S方向看的两个相等阻抗之间,串联电阻R1的值为4Ω,并联电阻R2的值为8Ω。

 

       这种L焊盘衰减器配置的问题在于,阻抗匹配是在串联电阻R1的方向上,而阻抗“不匹配”是在并联电阻R2的方向上。这样的问题是,随着衰减水平的增加,这种失配变得越来越大,并且在高衰减值下,并联电阻器的值将变成欧姆的几分之一。

 

       例如,衰减为-32dB 时R1和R2的值分别为7.8Ω和0.2Ω,即200mΩ有效地使扬声器短路,这可能会对放大器输出电路产生严重影响。

 

       在不使信号源过载的情况下增加衰减的一种方法是在负载阻抗Z L的方向上使电路阻抗匹配。但是,由于我们现在正在从并联电阻器侧查看L衰减器衰减器电路,因此方程式略有不同。然后,在相等的阻抗之间并且从负载看阻抗匹配,电阻或电阻R1和R2的值计算如下。

 

       从负载中“寻找”

 

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       如果我们知道将衰减增加到-32dB,则电阻的阻值将分别变为R1 =310Ω和R2 =8.2Ω,这些值对于与其连接的源电路来说已经足够安全了。

 

       阻抗不相等的L-pad衰减器

 

       到目前为止,我们已经研究过将L衰减器衰减器连接到相等的阻抗,以提供信号衰减。但是我们也可以使用“ L衰减器”来匹配两个不相等电路的阻抗。该阻抗匹配可以在较大或较小阻抗的方向上,但不能同时在两个方向上。衰减器的配置将与以前相同,但如图所示,用于匹配两个不相等阻抗的方程式是不同的。

 

       在两个不相等的阻抗之间,阻抗匹配朝向来自源的两个阻抗中的较小者。

 

       阻抗匹配向小阻抗

 

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       在两个不相等的阻抗之间,阻抗匹配朝向来自负载的两个阻抗中的较大者。

 

       阻抗匹配更大的阻抗

 

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       L垫衰减器示例2

 

       源阻抗为75Ω的信号传输线应连接到阻抗为50Ω的信号强度仪,其最大显示值为-12dB。计算L衰减器衰减器电路中所需的电阻值,以使电表在最大功率下工作。

 

       在阻抗匹配朝向较小的50Ω值的情况下,电阻R1和R2的计算如下。

 

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       然后,电阻器R1等于59.6Ω,而R2等于22.2Ω,或最接近的首选值。

 

       L-垫衰减器可以被用来将一个阻抗完美地匹配到另一个提供衰减的固定量,但由此产生的电路是“有损”。但是,如果固定的衰减量无关紧要,并且在源和负载之间只需要最小的插入损耗,则可以使用以下方程式,使用L-pad衰减器来匹配两个不等值的阻抗,以计算电阻,R1和R2。

 

       最小插入损耗

 

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       其中:电阻器R1在较大阻抗的一侧,电阻器R2在较小阻抗的一侧,在我们上面的示例中,电阻分别为75Ω和50Ω。因此,在源和负载之间连接的L衰减器的最小插入损耗以分贝为单位给出:

 

       最小衰减(dB)

 

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       对于设计中包含电抗性组件(例如电感器和电容器)的L-pad衰减器,EEWeb提供了免费的在线L-pad衰减器工具,用于在所需频率下计算分量值。

 

       L-pad衰减器摘要

 

       在本教程中,我们已经看到L衰减器衰减器电路是一种无源且纯电阻的网络,可用于降低信号强度,同时匹配源和负载的阻抗。L-pad衰减器通常用于音频电子设备,以减少由传递到扬声器或耳机的放大器产生的音频信号。

 

       但是,“ L-pad衰减器”的主要缺点之一是,由于L-pad衰减器是一个恒定阻抗设备,因此在低功率设置下,该衰减器会将未发送到负载的所有能量转换成热量,从而可以大量。同样,在更高的频率或需要衰减器电路与输入和输出完全匹配的地方,可以使用其他改进的衰减器设计。

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