Аттенюатор (электроника) — attenuator (electronics)

Классификация и разновидности

Специалисты выделяют несколько ключевых характеристик, позволяющих разделить устройства на несколько типов. Вот самые распространенные параметры:

• Напряжение и мощность аттенюатора.
• Частотный диапазон.
• Разновидность применяемых в конструкции элементов.
• Итоговое количество уровней выходного сигнала.

По уровню напряжения выделяют низковольтные и высоковольтные устройства. По рабочему частотному диапазону от постоянного тока до светового сигнала. Разновидности использованных элементов очень разнятся: от простых по конструкции катушек, конденсаторов и резисторов до более сложных оптоволоконных приборов или СВЧ.

В процессе эксплуатации важно регулярно проводить поверку аттенюаторов, ведь только полностью исправный прибор защитит приемник от серьезных перегрузок. В ассортименте специализированных магазинов можно встретить специальные универсальные устройства, у которых предусмотрен фиксированный показатель затухания

Не меньшей популярностью пользуются и регулируемые аналоги, где пользователь выставляет рабочие параметры самостоятельно.

• Ключевой элемент конструкции аттенюатора с фиксированным показателем затухания воздушный зазор, легированный светодиод или стеклянный фильтр. Опытный специалист легко сделает специальные изгиб для оптического светодиода передающего кабеля. Такая разновидность чаще всего монтируется в корпуса розеток.
• Аттенюаторы с регулируемым затуханием применяются для корректной работы измерительного оборудования. Установить необходимые параметры можно двумя способами: внесением механических поправок в воздушный зазор или воздействием только на ту часть кабеля, которая отвечает за передачу сигнала.

Для удобства производители используют маркировки, позволяющие быстро классифицировать используемое устройство. Вот несколько популярных категорий:

• Модели, принцип работы которых основан на дискретных радиоэлементах.
• Эталонные устройства и поверочные установки.
• Аттенюаторы с поглощением энергии.
• Поляризационные модели.
• Устройства, управляемые в электронном режиме.
• Предельные устройства.

Важно! Эталонные и поверочные модели нашли применение в работе экспертов, которые отвечают за проведение метрологической оценки используемых на практике аттенюаторов. Предельные устройства защищают от прохождения через систему сигналов, у которых частота ниже допустимого предела

Сфера и особенности применения

Как показывает практика, входной аттенюатор сигнала это максимально доступный и простой узел приемника. Простая, продуманная и логичная конструкция позволяет выполнять сразу несколько задач. Устройство представлено тремя резисторами, но в некоторых ситуациях дополнительно присутствуют три конденсатора, которые отвечают за качественное разделение сигнала. Самой сложной задачей, поставленной перед специалистами, стал выбор оптимальных параметров затухания.

Официальные документы и руководства по эксплуатации от производителей гласят, что многие современные модели способны дополнительно расширять динамический диапазон приема сигнала приемниками. На практике все обстоит не так радужно, ведь динамический диапазон отличается двумя существенно различающимися друг от друга понятиями. Стандартный приемник может принимать как слабые, так и сильные сигналы, которые обязательно попадут в пропускную полосу фильтра базовой селекции. Если появится хотя бы минимальное усиление, приемник перегрузится.

Если вам необходимо принимать слабые сигналы от заранее известной станции, аттенюатор можно использовать, но это не дает гарантий. Мощные помехи могут серьезно повлиять на тракт высокой частоты, что непременно приведет к перезагрузке и сбоям в работе со стороны оборудования.

Переменный аттенюатор FC/APC

Разработан на базе
стандартного переменного аттенюатора FC и отличается повышенной точностью
установки ключа и меньшими размерами.
Посадочный размер составляет
13.4 мм, что при монтаже под 45° соответствует стандарту FC-NTT, так что
переменный аттенюатор FC/APC может быть установлен вместо стандартной
розетки FC.
Диапазон плавной регулировки
затухания аттенюаторов-розеток ST, FC:0…15 дБ для многомодовых применений0…20 дБ для одномодовых применений
Диапазон плавной регулировки
затухания переменного аттенюатора FC/APC: 0…30 дБ
Величина обратных отражений
при использовании шнуров FC/APC: не более -60 дБИнформация для заказа — аттенюатор-розетка XX-V,
XX — обозначение типа разъема

Основные типы

Производители привыкли использовать специальную расшифровку чисел, чтобы можно было быстро определить назначение аттенюаторов:

• Продукты, поглощающие энергию.
• Поляризационный.
• Калибровочное оборудование и эталонные устройства.
• Аттенюаторы с электронным управлением.
• Предельные модели.
• Агрегаты на основе дискретных радиоэлементов.

Поверочная и эталонная продукция активно используется специалистами для качественной метрологической оценки действующих аттенюаторов. Ограниченные модели предотвращают прохождение сигналов ниже заданной частоты через волноводную систему.

Практически все агрегаты, кроме стационарных, легко управляются с помощью различных электронных схем, неоднократно проверенных в лабораторных условиях. Такие изделия просто незаменимы в тех случаях, когда ручная регулировка по каким-либо причинам остается недоступной.

Согласование

Кроме соотношения номиналов резисторов  R1 и R2 (напомню, соотношение определяет затухание), мы должны учитывать и абсолютные значения этих резисторов. По каким критериям?

Со стороны входа аттенюатора мы должны принимать во внимание выходной импеданс источника сигнала, а со стороны выхода — входное сопротивление усилителя. Для примера рассмотрим учёт входного сопротивления усилителя

Обратимся к высокочастотной технике. Здесь всегда пытаются обеспечить передачу максимальной мощности сигнала. Согласитесь, неплохая идея? Для этого необходимо, чтобы входное сопротивление аттенюатора было равно выходному импедансу источника сигнала.

В аудиотехнике практикуется совсем другой подход. Здесь стараются как можно меньше нагружать источник сигнала (т.е. входное сопротивление последующих компонентов делают как можно больше) иначе при перегрузках ограничение сигнала будет частотно-зависимым. То есть нарушается линейность источника сигнала, что в Hi-Fi и уж тем более в Hi-End  системах недопустимо! Вдобавок сильное ослабление сигнала может привести к росту уровня шумов.

Учитывая вышесказанное, сопротивление нагрузки стоит выбирать минимум в 10 раз выше выходного сопротивления источника сигнала. Это проиллюстрировано на рисунке:

Выходное сопротивление большинства источников сигнала находится в диапазоне от одной до нескольких сотен Ом. Если мы обеспечим сумму сопротивлений R1 и R2 в интервале от 10 кОм до 20 кОм, то таким образом наш аттенюатор будет вполне безопасной нагрузкой для источника сигнала. Кстати, это было учтено при расчете значения резисторов приведенной выше таблице.

Входной импеданс усилителя чаще всего составляет порядка 47 кОм. Это сопротивление получается включено параллельно сопротивлению R2 нашего аттенюатора, и, конечно, влияет на его коэффициент деления. На практике, однако, полученные отклонения не так серьёзны. Например, если посчитать точно, то при расчётном затухании ненагруженного аттенюатора в -9,9 дБ, подключенный к усилителю с входным сопротивлением 47 кОм и источнику с выходным импедансом в 600 Ом, такой аттенюатор даст ослабление в -10.8 дБ. Как видим, разница весьма незначительная.

Радиочастотные аттенюаторы

При работе на радиочастотах (РЧ, RF) (< 1000 МГц) отдельные секции должны быть установлены в экранированных отсеках, чтобы не допустить емкостной связи при получении более низких уровней сигналов на высоких частотах. Отдельные секции коммутируемых аттенюаторов из предыдущего раздела устанавливаются в экранированных секциях. Чтобы расширить диапазон частот за 1000 МГц, могут быть предприняты дополнительные меры, которые включают в себя конструкцию из бессвинцовых резистивных элементов специальной формы.

Коаксиальный Т-аттенюатор для работы на радиочастотах.

Секция коаксиального Т-аттенюатора состоит из резистивных стержней и резистивного диска, как показано на рисунке выше. Эта конструкция может использоваться до нескольких гигагерц.

Коаксиальная версия П-аттенюатора будет состоять из одного резистивного стержня между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии передач, как показано на рисунке ниже.

Коаксиальный П-аттенюатор для работы на радиочастотах.

Высокочастотные разъемы (не показаны) присоединены к концам изображенных Т и П аттенюаторов. Разъемы позволяют подключать отдельные секции каскадно между источником и нагрузкой. Например, аттенюатор 10 дБ может быть помещен между проблемным источником сигнала и входом дорогостоящего анализатора спектра. Даже если затухание нам не нужно, дорогостоящее измерительное оборудование защищено от источника с помощью ослабления любого перенапряжения.

11.1. Определение и назначение оптических аттенюаторов

Аттенюаторы представляют собой пассивные элементы, которые применяются для уменьшения оптической мощности, падающей на фотодетектор, во избежание насыщения приемника и для уравновешивания уровней оптической мощности в пассивных волоконно-оптических сетях. Такая необходимость может возникнуть как при передачи цифрового, так и аналогового сигнала. При цифровой передаче большой уровень способен привести к насыщению приемного оптоэлектронного модуля. При передаче аналогового сигнала черезмерно высокий уровень приводит к нелинейным искажениям.

Аттенюаторы находят широкое применение на магистральных, внутризоновых, распределительных и внутриобъектовых волоконно-оптических сетях. Как правило аттенюаторы устанавливают перед приемником на аппаратурной или оконечной стойке. Главным образом их размещают на станциях, но иногда в линейных шкафах.

Они находят также применение при стрессовом тестировании аппаратуры ВОСП. Известно, что проектирование аппаратуры ВОСП обязательно включает в себя расчет энергетического бюджета оптического сигнала в ВОСП. Реальное значение энергетического бюджета оптического сигнала, полученное в ходе приемосдаточных испытаний, включается в паспорт ВОСП. В связи с тем, что расчетное значение, как правило, имеет запас по мощности по сравнению с реальным значением, возникает вопрос оценки потенциального запаса по мощности в ВОСП. Значение величины этого запаса может быть использовано для анализа влияния различных условий эксплуатации: например, каково предельное значение затухания заданного узла ВОСП, при котором система будет еще работать?

Для анализа этого запаса по мощности используются принципы стрессового тестирования, то есть имитации плохих условий функционирования ВОСП. Для имитации плохого качества ВОСП используются оптические аттенюаторы. Измерения могут сопровождаться анализом цифрового канала связи по параметру ошибки (BER) в зависимости от уровня сигнала в линии. Схема такого измерения представлена на  рисунке 11.1.

Согласно схеме в линию передачи включается оптический аттенюатор, который вносит дополнительное затухание в ВОСП. При этом измеряется зависимость параметра ошибки BER от уровня вносимого затухания. Предельное значение вносимого затухания, при котором аппаратура ВОСП функционирует согласно техническим условиям, определяет запас по мощности в ВОСП .

Рисунок 11.1 – Схема стрессового тестирования ВОСП

Необходимость применения оптических аттенюаторов возникает также в системах плотного многоволнового мультиплексирования, когда один канал оказывает влияние на другие из-за нелинейных эффектов в передающем световоде. При этом уровни мощности различных канальных сигналов часто значительно отличаются друг от друга. Причиной этого могут быть различия уровней мощности на выходе передатчика, различные расстояния передачи, а также зависимость параметров оптических компонентов и модулей от длинны волны.

По принципу действия аттенюаторы бывают фиксированные и переменные.

Аттенюатор Т-типа

Аттенюаторы Т и П типа подключаются к комплексным сопротивлениям Z источника и Z нагрузки. Z со стрелкой, направленной от аттенюатора, на рисунке ниже означает импеданс аттенюатора. Z со стрелкой, направленной на аттенюатор, означает, что к аттенюатору с сопротивлением Z подключается устройство с сопротивлением Z, в нашем случае Z = 50 Ом. Данное сопротивление постоянно (50 Ом) по отношению к ослаблению – при изменении ослабления импеданс не меняется.

В таблицах ниже приведены списки номиналов резисторов для аттенюаторов Т и П типа при одинаковых импедансах источника и нагрузки, равных 50 Ом, обычно используемых при работе на радиочастотах.

Телефонное оборудование и другая звуковая техника часто требует использования 600 Ом. Умножьте все значения R на отношение (600/50), чтобы аттенюатор соответствовал требованиям 600-омной техники. Умножение на 75/50 преобразует таблицу значений для соответствия 75-омным источнику и нагрузке.

dB – ослабление в децибелах

Z – импеданс источника/нагрузки (активное сопротивление)

K > 1

\[K = \frac{U_{вх}}{U_{вых}} = 10^{dB/20}\]

\

\

Величину ослабления принято указывать в дБ (децибелах). Хотя нам нужен и коэффициент отношения напряжений (или токов), чтобы найти значения резисторов из формул. Посмотрите на формулу выше с возведением числа 10 в степень dB/20 для вычисления отношения напряжений K из децибелов.

Т-тип (и приведенный ниже П-тип) – это наиболее часто используемые типы аттенюаторов, так как они двунаправлены. То есть, вход и выход аттенюатора можно поменять местами, и его импеданс всё так же будет соответствовать импедансам источника и нагрузки, и он так же будет обеспечивать точно такое же затухание.

Отключив источник и взглянув на аттенюатор со стороны входа в точке U_вх, мы должны увидеть ряд последовательных и параллельных соединений R1, R2, R1 и Z, образующих эквивалентное сопротивление Z_вх, такое же, как и импеданс Z источника/нагрузки (нагрузка Z всё еще подключена к выходу):

\(Z_{вх} = R_1 + (R_2 ||(R_1 + Z))\)

Например, подставим в формулу значения R1 и R2 для 50-омного аттенюатора 10 дБ, как показано на рисунке ниже. 

\(Z_{вх} = 25.97 + (35.14 ||(25.97 + 50))\)

\(Z_{вх} = 25.97 + (35.14 || 75.97 )\)

\(Z_{вх} = 25.97 + 24.03 = 50\)

Это показывает нам, что мы увидим 50 Ом при взгляде на аттенюатор со стороны входа (рисунок ниже) при нагрузке 50 Ом.

Вернув источник сигнала, отключив нагрузку Z в точке U_вых и взглянув на аттенюатор со стороны выхода, мы должны получить такую же формулу, что и выше, для импеданса в точке U_вых, благодаря симметрии. 

Аттенюатор 10 дБ с входным/выходным сопротивлением Z = 50 Ом.

Аудио аттенюаторы

Аттенюатор линейного уровня в предусилителе или аттенюатор мощности после усилителя мощности использует электрическое сопротивление для уменьшения амплитуды сигнала, который достигает динамика, уменьшая громкость на выходе. Аттенюатор линейного уровня имеет более низкую мощность, например потенциометр на 1/2 Вт или делитель напряжения, и управляет сигналами уровня предусилителя, тогда как аттенюатор мощности имеет более высокую мощность обработки, например 10 Вт или более, и используется между усилитель мощности и динамик.

• Аттенюатор мощности (гитара)
• Гитарный усилитель

Типы фиксированных волоконно-оптических аттенюаторов

Фиксированные оптоволоконные аттенюаторы доступны в стилях LC, SC, ST, FC и MU с полировкой APC и UPC. Как правило, многомодовые системы не нуждаются в аттенюаторах, так как многомодовые источники, VCSEL, редко имеют достаточную выходную мощность для насыщения приемников. Вместо этого, одномодовые системы, особенно короткие линии связи, часто имеют слишком большую мощность и нуждаются в аттенюаторах. Поэтому фиксированные оптоволоконные аттенюаторы обычно являются одномодовыми типами. Наиболее часто используемым типом является фиксированный волоконно-оптический аттенюатор типа LC для женщин и мужчин и женщин и женщин. В отличие от упомянутого выше общего типа «мама-папа», фиксированные волоконно-оптические аттенюаторы типа «мама-женщина» имеют на обоих концах волоконно-оптический адаптер типа «мама», который также называют аттенюаторами типа волоконно-оптического адаптера. Их можно использовать как адаптеры и аттенюаторы одновременно.

Что такое аттенюатор и как он работает

Аттенюатором называется устройство для преднамеренного и нормированного уменьшения амплитуды или мощности входного сигнала без искажения его формы.

Принцип работы аттенюаторов, применяемых в радиочастотном диапазоне – делитель напряжения на резисторах или конденсаторах. Входной сигнал распределяется между резисторами пропорционально сопротивлениям. Самое простое решение – делитель из двух резисторов. Такой аттенюатор называется Г-образным (в зарубежной технической литературе – L-образным). Входом и выходом может служить любая сторона этого несимметричного по схеме устройства. Особенность Г-аттенюатора – низкий уровень потерь при согласовании входа и выхода.

Г-образный аттенюатор

Про самодельные аттенюаторы

Пополнен технический раздел, тема об аттенюаторах. Аттенюа́тор — это устройство, предназначенное для ослабления электрических или электромагнитных колебаний. Его можно использовать как средство измерения для плавного, ступенчатого или фиксированного ослабления сигнала.

Аттенюатор с коммутацией

В любой точке выхода такой модели аттенюатора внутреннее сопротивление равно сопротивлению нагрузки RL. Номиналы элементов, указанные на схеме, соответствуют аттенюации в соотношении А = 10 и RL = 50 Ом.

W. Sorokine, Radio-Consiwcteur et Depanneur, Paris, octobre 1968, p. 253

Лестничный аттенюатор

Восемь двойных переключателей этого устройства позволяют осуществлять комбинации ослабления до 81 дБ. Входные импедансы входа и выхода остаются постоянными, равными 50 Ом.

H.-P. Rust, Funkamateur, Berlin, No. 7/97, p. 802

Компенсированный аттенюатор

Оно должно быть таким же для ёмкостных сопротивлений соответствующих конденсаторов. Конденсатор С1 можно заменить ёмкостью между контактами коммутатора, если конденсаторы С2, С3 переменные.

В случае применения этой схемы в осциллографе подстройка производится до получения оптимальной формы прямоугольного сигнала.

Аттенюаторы с П и Т-образными ячейками

W. Sorokine, Radio-Consiwcteur et Depanneur, Paris, octobre 1968, p. 253

Входные и выходные импедансы аттенюатора могут быть разными. Значение А (фактор аттенюации по мощности) должно быть достаточно высоким. В противном случае можно получить отрицательные результаты.

Аттенюаторы на PIN-диодах BAR-60 и BAR-61

Эти устройства могут быть использованы для работы на частоте от 10 МГц и выше. При частоте 100 МГц сопротивление проводимости уменьшается с 2,8 кОм для прямого тока 10 мкА до 7 Ом для 10 мА. Присоединение в случае модуля BAR 61 (см. рис.) транзистора n-р-n позволяет получить повышенные прямые токи через диоды.

Аттенюатор с полевыми транзисторами

При наличии на затворе напряжений, отрицательных по отношению к источникам, аттенюатор может ослаблять сигнал до 60 и даже до 70 дБ, если пропустить ток 1 мА в цепь затвора. Входная амплитуда может достигать нескольких вольт при условии, что аттенюация минимальна.

Объяснение

Музыканты, играющие через ламповые гитарные усилители, иногда хотят вызвать искажения , перегружая выходной каскад усилителя. В таких условиях мощность усилителя близка к максимальной или достигает максимальной. Результирующий уровень громкости не подходит для многих условий игры. Уменьшая мощность, подаваемую на динамик, аттенюатор мощности уменьшает громкость без изменения качества звука.

Наиболее распространенный подход к ослаблению мощности — это поглотитель мощности , который поглощает часть мощности и рассеивает ее в виде тепла. Это устройство соединяет выход усилителя и гитарный динамик. Типичной схемой аттенюатора является L-образная площадка . Регулируемая контактная площадка L представляет собой схему делителя мощности, которая обеспечивает регулируемый уровень мощности для динамика при поддержании постоянного импеданса нагрузки на усилителе.

Другой подход использует вариакционную схему или схему масштабирования мощности, которая снижает напряжение питания B +, доступное для силовых ламп, тем самым создавая искажения силовой лампы на пониженном уровне, в то время как вся доступная выходная мощность по-прежнему идет на гитарный динамик. Метод Variac несет в себе риск того, что напряжение на лампах может повредить или катод, если его использование выходит за рамки спецификаций производителя. В схеме масштабирования мощности, уменьшая только напряжение пластины B +, катодное смещение и напряжение экранной сетки пропорционально уменьшаются, в то время как напряжение накала остается постоянным. Однако термин аттенюатор мощности может быть неправильным для этого типа управления мощностью, потому что снижение напряжения B + имеет тенденцию к увеличению искажений, тогда как по соглашению аттенюатор не должен вносить искажения.

Демпфирование мощности — это метод управления уровнем выходного сигнала, в котором задействованы фазоинвертор и потенциометр. Потенциометр позволяет музыканту перегрузить его при пониженной мощности, аналогично регулировке основной громкости после фазоинвертора (PPIMV).

Фиксированные аттенюаторы-розетки

оптические розетки

Фиксированные
аттенюаторы-розетки имеют присоединительные размеры и внешнийвид стандартных проходных розеток ST, FC. Затухание определяется
калиброваннымвоздушным зазором.
Величина затухания на длине
волны 1300нм:5; 10; 15 дБ для многомодовых применений и для одномодовых ST5; 10; 15; 20; 25; 30 дБ для всех остальных одномодовых применений
Погрешность величины
затухания: 1 дБ
Величина обратных отражений
при использовании шнуров FC/APCс фиксированным аттенюатором FC/APC: не более -60 дБИнформация для заказа
Аттенюатор-розетка XX-YY-ZZ dB
XX — тип коннектора
YY — MM или SM
ZZ — значение затухания в дБ
 

Регулируемые аттенюаторы

На коэффициент ослабления и КСВ влияет номинал всех элементов входящих в состав аттенюатора, поэтому создавать устройства на резисторах с плавным регулированием параметров сложно. Меняя ослабление, надо подстраивать и КСВ и наоборот. Такие задачи можно решить, применяя усилители с коэффициентом усиления меньше 1.

Подобные устройства строят на транзисторах или ОУ, но возникает проблема линейности. Нелегко создать усилитель, не искажающий форму сигнала в широком диапазоне частот. Гораздо шире применяется ступенчатое регулирование – аттенюаторы включаются последовательно, их ослабление складывается. Те цепи, что необходимо – шунтируются (контактами реле и т.п). Так набирается нужный коэффициент ослабления без изменения волнового сопротивления.

Ступенчатый аттенюатор

Есть конструкции устройств для ослабления сигнала с плавной регулировкой, построенные на широкополосных трансформаторах (ШПТ). Они применяются в любительской связной технике в тех случаях, когда требования к согласованию входа и выхода невысоки.

Аттенюатор на ШПТ с плавной настройкой.

Плавная настройка аттенюаторов, построенных на волноводах, достигается изменением геометрических размеров. Оптические аттенюаторы также выпускаются с плавной регулировкой затухания, но такие приборы имеют достаточно сложную конструкцию, так как содержат систему линз, оптических фильтров и т.д.

Проблемы.

Первая проблема заключается в существенных различиях выходного уровня современных источников сигнала и чувствительности входов компонентов 80-х и 70-х годов.

Вторая проблема вытекает из первой — из-за высокой чувствительности (по современным меркам) входов «раритетных» аппаратов существует (и весьма серьёзный) риск перегрузки усилителя мощности.

Если посмотреть на характеристики старой аппаратуры, то мы увидим, что относительно стандартной чувствительностью для линейных входов, входов  для CD-проигрывателя и тюнера является уровень 200 мВ. Причём больше всего вариаций встречается для входа тюнера, где чувствительность порой достигает 100-150мВ. Причины такого разнообразия неясны, да и неважны.

Гораздо более важным является тот факт, что «старомодный» уровень 200 мВ абсолютно не соответствует современному стандарту на выходные уровни CD, DVD и MD проигрывателей. Все без исключения эти устройства обеспечивают максимальное напряжение  на выходе в 2В! Это в десять раз выше, чем входная чувствительность старых аппаратов.

Конечно, надо учесть, что в среднем уровень записи CD-дисков на 12 дБ ниже максимума. Следовательно средний уровень выходного сигнала составляет только 500 мВ. И ситуация кажется уже не такой катастрофичной. Но это опасная иллюзия, так как на правильно записанном компакт-диске пиковые уровни сигнала могут достигать 2 Вольт. И если ваш усилитель способен развить полную мощность уже при 200 мВ на входе, то такие пики сигнала вызовут сильнейшую перегрузку усилителя с весьма нежелательными, а порой и непредсказуемыми последствиями.

11.3. Перестраиваемые оптические аттенюаторы

Обычно различают три типа оптических перестраиваемых аттенюаторов: дискретно-перестраиваемые, непрерывно-перестраиваемые и комбинированные, где дискретный переключатель обычно выполняет роль полного подавления входящего сигнала. Все аттенюаторы как правило широкополосные.

К регулируемым оптическим аттенюаторам, предназначенным для измерительных целей, предъявляются более жесткие требования и по уровню обратных отражений, и по точности установки обратных отражений, и по точности установки ослабления. Это связано с тем, что данные устройства должны обеспечивать заданный уровень ослабления, оказывая минимальное влияние на измерительную цепь. Как правило, такие устройства основаны на относительном перемещении оптических компонентов на пути прохождения светового излучения, например, оптических призм, с тем, чтобы обеспечить требуемый уровень вносимых ими потерь. На рисунке 11.2 представлена функциональная схема такого аттенюатора, где для достижения высокой точности и простоты управления используется микропроцессор .

Основными характеристиками оптических аттенюаторов являются отражение, вносимые потери, линейность, а также повторяемость установленных значений ослабления в заданном динамическом диапазоне регулирования затухания, при этом:

— затухание отраженного сигнала, или коэффициент отражения, определяется с помощью источника излучения и измерителя отраженного сигнала в строгом соответствии с международными рекомендациями EIA-TIA (FOTP 107);

— вносимые потери определяются по значению мощности источника излучения, измеренному  с помощью измерителя мощности, подключенного вначале непосредственно к источнику излучения, а затем к аттенюатору, установленному в режим минимального ослабления. В результате световое излучение источника передается через калибруемый аттенюатор, и полученное значение мощности вновь измеряется;

— линейность характеристики преобразования аттенюатора определяется в заданном диапазоне ослабления, используя высокостабильный  DFB источник излучения и измеритель мощности с высокой линейностью характеристики преобразования. Расхождение между установленным значением ослабления и показанием измерителя мощности соответствует абсолютной погрешности линейности аттенюатора во всем диапазоне изменения ослабления;

— повторяемость значений ослабления определяется путем изменения последних от предыдущего значения к новому значению и обратно, во всем диапазоне изменения ослабления.

Сравнительные характеристики перестраиваемых оптических аттенюаторов приведены в таблице11.1.

Таблица 11.1 – Сравнительные характеристики перестраиваемых оптических аттенюаторов

Контрольные вопросы 1. Для чего предназначен аттенюатор? 2. Какие типы аттенюаторов Вы знаете? 3. Назовите области применения аттенюаторов. 4. На каком принципе основана работа переменного оптического аттенюатора? 5. Чем обусловлено первоначальное остаточное затухание переменного оптического аттенюатора? 6. Перечислите основные параметры постоянных и переменных аттенюаторов.

Основные характеристики

Главным параметром, определяющим свойства аттенюаторов, является коэффициент ослабления. Он измеряется в децибелах. Чтобы понять, во сколько раз уменьшается амплитуда сигнала после прохождения ослабляющей цепи, надо коэффициент пересчитать из децибел в разы. На выходе устройства, уменьшающего амплитуду сигнала на N децибел, напряжение будет меньше в M раз:

M=10(N/20) (для мощности — M=10(N/10)) .

Обратный пересчет:

N=20⋅log₁₀(M) (для мощности N=10⋅log₁₀(M)).

Так, для аттенюатора с Косл=-3 дБ (коэффициент всегда отрицательный, так как значение всегда уменьшается) на выходе сигнал будет иметь амплитуду 0,708 от исходного. А если выходная амплитуда в два раза меньше исходной, то Косл примерно равен -6 дБ.

Формулы достаточно сложны для расчетов в уме, поэтому лучше воспользоваться онлайн-калькуляторами, коих в интернете великое множество.

Для регулируемых устройств (ступенчатых или плавных) указываются пределы настройки.

Другой важный параметр – это волновое сопротивление (импеданс) по входу и выходу (они могут совпадать). С этим сопротивлением связана такая характеристика, как коэффициент стоячей волны (КСВ) – она часто указывается на изделиях промышленного производства. Для чисто активной нагрузки этот коэффициент вычисляется по формуле:

• КСВ=ρ/R, если ρ>R, где R – сопротивление нагрузки, а ρ – волновое сопротивление линии.
• КСВ= R/ρ, если ρ<R.

КСВ всегда больше или равен 1. Если R=ρ, вся мощность передается в нагрузку. Чем больше эти величины различаются, тем больше потери. Так, при КСВ=1,2 до нагрузки дойдет 99 % мощности, а при КСВ=3 – уже 75 %. При подключении 75-омного аттенюатора к кабелю 50 Ом (или наоборот) КСВ=1,5 и потери составят 4%.

Из остальных важных характеристик надо упомянуть:

• диапазон рабочих частот;
• максимальную мощность.

Также важен такой параметр, как точность – он означает допустимое отклонение ослабления от номинального. У промышленных аттенюаторов характеристики наносятся на корпус.

В некоторых случаях важна мощность устройства. Энергия, не дошедшая до потребителя, рассеивается на элементах аттенюатора, поэтому критично не допустить перегрузки.

Существуют формулы для расчета основных характеристик резистивных аттенюаторов различной конструкции, но они громоздки и содержат логарифмы. Поэтому для их применения нужен, как минимум, калькулятор. Поэтому для самостоятельного расчета удобнее использовать специальные программы (в том числе, онлайн).

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине