Τι είναι ένας εξασθενητής - Σχεδιασμός, τύποι και εφαρμογές

Η τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας έχει ανοίξει το δρόμο για πολύ ενδιαφέρουσες εφευρέσεις. Είναι επίσης γνωστή ως επικοινωνία «πάνω από τον αέρα». Αυτή η τεχνολογία έκανε κινητό και διαπλανητική επικοινωνία μια πραγματικότητα. Η πρώτη κινητή επικοινωνία που εφευρέθηκε το 1880 ήταν το 'Photophone'. Χρησιμοποίησε το φως του ήλιου για να μεταφέρει τον ήχο από το ένα σημείο στο άλλο. Στα συστήματα τηλεπικοινωνιών, κάποια μορφή ενέργειας όπως ραδιοκύματα ή ακουστική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη μεταφορά των πληροφοριών από ένα μέρος σε άλλο. Εδώ δεν χρησιμοποιούνται καλώδια και το μέσο διάδοσης είναι συνήθως αέρας. Υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις που αντιμετωπίζει αυτή η τεχνολογία που υποβαθμίζει την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της. Μια τέτοια πρόκληση είναι η εξασθένηση. Η συσκευή που χρησιμοποιείται για εξασθένηση είναι το Attenuator.

Τι είναι το Attenuator;

Τα σήματα αποστέλλονται από το ένα μέρος στο άλλο μέσω ενός μέσου. Αυτά τα σήματα μπορεί να είναι σήματα δεδομένων, σήματα τάσης, τρέχοντα σήματα κ.λπ. Όταν η απόσταση που διανύεται από το σήμα αυξάνεται, η ισχύς του σήματος μειώνεται σταδιακά. Αυτή η σταδιακή απώλεια έντασης σημάτων μέσω του μέσου ονομάζεται εξασθένηση.

Αν και αντιμετωπίζεται ως πρόκληση για τη μεταφορά σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις, αυτό το φαινόμενο θεωρείται χρήσιμο σε πολλές άλλες εργασίες. Η συσκευή που έχει σχεδιαστεί για τη μείωση της ισχύος των σημάτων χωρίς να διαταράσσεται η κυματομορφή της ονομάζεται 'Attenuator'.

Ο εξασθενητής χρησιμοποιείται ιδιαίτερα μετά κυκλώματα γεννήτριας σήματος . Βοηθά στη μείωση ή τη μείωση της ισχύος των σημάτων υψηλού επιπέδου πριν από την εφαρμογή τους στο Κυκλώματα κεραίας . Ένας εξασθενητής είναι μια ηλεκτρονική συσκευή δύο θυρών. Έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας αντιστάσεις για αποδυνάμωση ή εξασθένηση ενός σήματος. Οι εξασθενητές είναι παθητικά κυκλώματα, λειτουργούν χωρίς παροχή ρεύματος. Αυτά είναι διαθέσιμα τόσο ως σταθερός εξασθενητής με σταθερό επίπεδο εξασθένησης όσο και ως συνεχώς μεταβαλλόμενος εξασθενητής. Σε αντίθεση με το ποσοστό κέρδους των ενισχυτών, ο εξασθενητής δίνει το ποσοστό απώλειας. Το ποσό της εξασθένησης μετριέται σε ντεσιμπέλ.

Σχεδιασμός εξασθενητή

Οι εξασθενητές είναι παθητικά ηλεκτρονικά κυκλώματα δύο θυρών. Αυτά είναι καθαρά σχεδιασμένα χρησιμοποιώντας αντιστάσεις. Εδώ, οι αντιστάσεις είναι διατεταγμένες ως διαχωριστικό τάσης δίκτυο. Ο σχεδιασμός του εξασθενητή εξαρτάται από τη γεωμετρία γραμμής των καλωδίων σύνδεσης μεταξύ συσκευών. Ανάλογα με το αν μια γραμμή είναι ισορροπημένη ή μη ισορροπημένη, οι εξασθενητές που χρησιμοποιούνται με τη γραμμή πρέπει να είναι ισορροπημένοι ή μη ισορροπημένοι. Οι εξασθενητές που χρησιμοποιούνται με ομοαξονικές γραμμές έχουν μη ισορροπημένη μορφή. Οι εξασθενητές που χρησιμοποιούνται με συνεστραμμένο ζεύγος είναι ισορροπημένης μορφής.

Το κύκλωμα εξασθενητή είναι γραμμικό και αμοιβαίο με βάση την εφαρμογή, ο εξασθενητής μπορεί να είναι μονοκατευθυντικός ή αμφίδρομος. Όταν το κύκλωμα εξασθενητή γίνεται συμμετρικό, δεν θα υπάρχει διαφορά μεταξύ της θύρας εισόδου και της θύρας εξόδου. Σε αυτήν την περίπτωση ως γενικός κανόνας, η αριστερή θύρα θεωρείται είσοδος και η δεξιά θύρα θεωρείται έξοδος.

Οι εξασθενητές βρίσκονται επίσης ως ενσωματωμένα κυκλώματα σε γεννήτριες σημάτων καθώς και σε αυτόνομα κυκλώματα. Οι αυτόνομοι εξασθενητές τοποθετούνται σε σειρά μεταξύ πηγής σήματος και κυκλώματος φορτίου στη διαδρομή σήματος. Σε μια τέτοια περίπτωση εκτός από την εξασθένιση, πρέπει να ταιριάζει με την αντίσταση πηγής και την αντίσταση φορτίου. Οι εξασθενητές βρίσκονται στις γραμμές ραδιοεπικοινωνίας και μετάδοσης για τη μείωση της ισχύος του σήματος.

Τύποι εξασθενητή

Οι εξασθενητές διατίθενται τόσο ως σταθεροί εξασθενητές όσο και ως ρυθμιζόμενοι εξασθενητές. Τα σταθερά δίκτυα εξασθένησης είναι γνωστά ως «εξασθενητές επιθέματα». Αυτά είναι διαθέσιμα για συγκεκριμένες τιμές από 0dB έως 100dB. Οι εξασθενητές βρίσκονται συνήθως στις εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων και οπτικών. Οι εξασθενητές ραδιοσυχνοτήτων χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά κυκλώματα, ενώ οι οπτικοί εξασθενητές βρίσκουν εφαρμογές σε οπτικές ίνες.

Λίγες κοινές διατάξεις του εξασθενητή είναι - διαμόρφωση T, διαμόρφωση pI και διαμόρφωση L. Αυτές οι διαμορφώσεις είναι μη ισορροπημένου τύπου. Ο ισορροπημένος τύπος διαμόρφωσης T και διαμορφώσεων pI δηλώνεται ως διαμόρφωση «H», διαμόρφωση O αντίστοιχα. Ο ισορροπημένος τύπος είναι ένα συμμετρικό κύκλωμα ενώ οι μη ισορροπημένοι τύποι είναι ασύμμετρα κυκλώματα.

Διαμόρφωση T Attenuator

Ο σχεδιασμός του εξασθενητή με βάση το RF είναι έξι τύπων. Είναι σταθερού τύπου, τύπου βήματος, συνεχώς μεταβλητού τύπου, προγραμματιζόμενου τύπου, τύπου DC Bias και DC Blocking type.

Σταθερός τύπος

Σε εξασθενητές σταθερού τύπου, το δίκτυο αντιστάσεων είναι κλειδωμένο σε μια προκαθορισμένη τιμή εξασθένησης. Αυτά καθορίζονται στη διαδρομή σήματος για εξασθένιση της ισχύος του μεταδιδόμενου σήματος. Αυτά μπορεί να είναι μονοκατευθυντικά ή αμφίδρομα βάσει της απαίτησής τους. Αυτά μπορούν να είναι διαθέσιμα είτε ως επιφανειακή βάση, κυματοδηγός είτε ομοαξονικοί τύποι. Σε ένα σχέδιο βασισμένο σε τσιπ, οι διαφορετικοί τύποι υλικών που εναποτίθενται στο θερμικά αγώγιμο υπόστρωμα αναπτύσσουν την αντίσταση. Αυτή η τιμή αντίστασης εξαρτάται από τις διαστάσεις του chip και τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή chip.

Attenuator με διαμόρφωση Pi

Τύπος βημάτων

Αυτοί οι εξασθενητές είναι παρόμοιοι με τους σταθερούς εξασθενητές. Αλλά σε αυτόν τον τύπο, παρέχεται ένα μπουτόν για την προσαρμογή των τιμών εξασθένησης. Αυτά παρέχουν τιμές εξασθένησης μόνο από τα προ-βαθμονομημένα βήματα. Ανάλογα με την εφαρμογή, ο εξασθενητής μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε σε μορφή τσιπ, κυματοδηγού ή ομοαξονικής.

Τύπος συνεχώς μεταβλητής

Σε συνεχώς μεταβλητό τύπο, η τιμή εξασθένησης μπορεί να αλλάξει χειροκίνητα σε οποιαδήποτε τιμή εξασθένησης από το δεδομένο καθορισμένο εύρος. Σε αυτόν τον τύπο, οι αντιστάσεις που υπάρχουν στο δίκτυο εξασθενητή αποκαθίστανται με τα στοιχεία στερεάς κατάστασης, για παράδειγμα, δίοδο MOSFET ή PIN. Σε σύγκριση με το δίκτυο παθητικής αντίστασης, αλλάζοντας την τάση στις συσκευές FET, η εξασθένηση μπορεί να μεταβληθεί με μεγαλύτερη ανάλυση. Εδώ είναι δυνατόν να διαφοροποιηθεί η εξασθένηση είτε με το χέρι είτε με τη βοήθεια ηλεκτρονικών σημάτων.

Προγραμματιζόμενος τύπος

Αυτός ο τύπος ονομάζεται επίσης «Digital step εξασθενητής». Αυτό το στοιχείο ελέγχεται από ένα εξωτερικό σήμα ελέγχου που βασίζεται σε υπολογιστή. Αυτά ελέγχονται από τα λογικά κυκλώματα TTL με εύρος μεγέθους βημάτων όπως 2,4,6, ……, 32. Εάν η εφαρμοζόμενη τάση σε αυτόν τον εξασθενητή βρεθεί ότι είναι μικρότερη από 1V, επιτυγχάνεται λογικό επίπεδο 0. Για τάσεις 3V και υψηλότερες, δίνεται το λογικό επίπεδο 1. Τα παραπάνω επίπεδα λογικής χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των μονοπολικών και διπλών διακοπτών που συνδέουν έναν αριθμό εξασθενητών στη διαδρομή σήματος. Αυτός ο τύπος είναι επίσης διαθέσιμος στα σχέδια USB με το εγκατεστημένο λογισμικό.

Τύπος μεροληψίας DC

Αυτός ο τύπος εξασθενητή έχει χωρητικότητα τόσο στη θύρα εισόδου όσο και στη θύρα εξόδου της συσκευής που εμποδίζει τις τάσεις DC. Έτσι, εκτός από την εξασθένιση των σημάτων RF, αυτός ο τύπος περνά τα σήματα DC.

Τύπος αποκλεισμού DC

Αυτός ο τύπος είναι παρόμοιος με τον τύπο DC Bias. Η μόνη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο είναι ο τρόπος με τον οποίο το σήμα DC αποκλείεται εντελώς χωρίς εναλλακτική διαδρομή προς τη θύρα εξόδου.

Οπτικοί εξασθενητές

Αυτά είναι παρόμοια με τον εξασθενητή RF, αλλά αντί των ηλεκτρικών σημάτων, αυτά εξασθενίζουν τα κύματα φωτός. Αυτός ο εξασθενητής απορροφά ή διαλύει το φως σύμφωνα με τις τιμές εξασθένησης χωρίς να αλλάζει η κυματομορφή. Παρόμοια με τους εξασθενητές RF, οι οπτικοί εξασθενητές έχουν επίσης σχεδιαστεί ως σταθεροί, μεταβλητοί, προγραμματιζόμενοι κ.λπ…. Αυτά σχεδιάζονται με βάση την απαίτηση εφαρμογής. Οι σταθεροί οπτικοί εξασθενητές χρησιμοποιούν ενισχυμένες ίνες για τη διασπορά του φωτός που δίνεται ως είσοδος. Οι μεταβλητοί και προγραμματιζόμενοι οπτικοί εξασθενητές σχετίζονται στενά με τη μεταβλητή RF και τους προγραμματιζόμενους εξασθενητές RF.

Εξασθένηση στη δικτύωση

Η εξασθένηση είναι η μείωση της ισχύος του σήματος. Αυτό μπορεί να βρεθεί τόσο με αναλογικά όσο και με ψηφιακά σήματα. Η εξασθένηση μετράται σε ντεσιμπέλ. Στα καλώδια οπτικών ινών η εξασθένηση μετριέται ως αριθμός ντεσιμπέλ ανά πόδι. Το καλώδιο με μικρότερη εξασθένηση ανά μονάδα απόσταση θεωρείται πιο αποτελεσματικό.

Η εξασθένηση παρατηρείται στα συστήματα επικοινωνίας όταν μεταδίδονται σήματα σε μεγάλες αποστάσεις. Στο περιβάλλον δικτύωσης υπολογιστών, η εξασθένηση είναι η απώλεια ισχύος σήματος επικοινωνίας ή δεδομένων όταν μεταδίδεται σε μεγάλες αποστάσεις. Καθώς ο ρυθμός εξασθένησης μειώνεται, τα μεταδιδόμενα δεδομένα γίνονται περισσότερο παραμορφωμένα. Οι κύριες αιτίες εξασθένησης στο δίκτυο υπολογιστών είναι:

• Εύρος - Τόσο στην ενσύρματη όσο και στην ασύρματη επικοινωνία όταν ένα σήμα μεταδίδεται σε μεγάλες αποστάσεις, η ισχύς του σήματος μειώνεται σταδιακά.
• Παρέμβαση- Η παρέμβαση οποιασδήποτε μορφής, όπως τα φυσικά εμπόδια μειώνει την ισχύ των μεταδιδόμενων σημάτων.

Οι τυπικές τιμές για εξασθένηση γραμμής στο δίκτυο DSL κυμαίνονται από 5dB έως 50dB. Εδώ η εξασθένηση μετριέται ως απώλεια σήματος μεταξύ του σημείου πρόσβασης του παρόχου και του σπιτιού. Χαμηλώστε την τιμή εξασθένησης καλύτερα την ποιότητα του σήματος. Για δίκτυα Wi-Fi, παρατηρείται δυναμική κλιμάκωση ρυθμού. Αυτό προσαρμόζει αυτόματα το μέγιστο επίπεδο σύνδεσης προς τα πάνω ή προς τα κάτω ανάλογα με την ποιότητα μετάδοσης της γραμμής.

Εφαρμογές εξασθενητών

Ορισμένες από τις αξιοσημείωτες εφαρμογές του Attenuators έχουν ως εξής-

• Οι εξασθενητές χρησιμοποιούνται ως εξοπλισμός ελέγχου έντασης ήχου σε ραδιοτηλεοπτικούς σταθμούς.
• Για σκοπούς δοκιμών σε εργαστήρια, για τη λήψη μικρότερων σημάτων τάσης, χρησιμοποιούνται εξασθενητές.
• Οι σταθεροί εξασθενητές χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της αντιστάθμισης σύνθετης αντίστασης στα κυκλώματα.
• Αυτά χρησιμοποιούνται για την προστασία των κυκλωμάτων από ζημιές που προκαλούνται από τιμές υψηλής τάσης.
• Οι εξασθενητές RF χρησιμοποιούνται για την προστατευτική απόρριψη ισχύος στη μέτρηση σημάτων RF.
• Οι οπτικοί εξασθενητές εφαρμόζονται στην επικοινωνία οπτικών ινών για να ταιριάζουν σωστά με τα επίπεδα πομπού και δέκτη.

Συχνές ερωτήσεις

1). Τι κάνει ένας εξασθενητής RF;

Για να διαμαρτυρηθούν τα συστήματα από τη ζημιά που προκαλείται από τα σήματα υψηλής ισχύος που είναι πολύ υψηλά για επεξεργασία από το κύκλωμα, οι εξασθενητές RF συμβάλλουν στη μείωση του επιπέδου πλάτους του σήματος εισόδου.

2). Τι είναι ο παθητικός εξασθενητής;

Ένας παθητικός εξασθενητής είναι ένα κύκλωμα εξασθενητή που αποτελείται αποκλειστικά από αντιστάσεις. Αυτό το κύκλωμα δεν απαιτεί λειτουργία τροφοδοσίας.

3). Πώς μετριέται η εξασθένηση;

Η εξασθένηση μετράται ως οι μονάδες ντεσιμπέλ ανά μονάδα μήκους του μέσου.

4). Ποια είναι η αιτία εξασθένησης των οπτικών ινών;

Στις οπτικές ίνες, δύο κύριες αιτίες εξασθένησης είναι η απορρόφηση και η σκέδαση.

5). Ποια είναι η χρήση του Attenuator για τηλεοπτικά σήματα;

Ο εξασθενητής χρησιμοποιείται για τηλεοπτικά σήματα για τη ρύθμιση της ισχύος του σήματος και τη μείωση των παρεμβολών.

Ο εξασθενητής βοηθά στη μείωση των επιπέδων σήματος. Εδώ η απόσβεση ισχύος της συσκευής εξαρτάται από την επιφάνεια και τη μάζα του υλικού αντίστασης που χρησιμοποιείται στο δίκτυό της. Μερικά από τα σημαντικά χαρακτηριστικά του εξασθενητή RF είναι η ακρίβεια, το χαμηλό SWR, η απόκριση επίπεδης συχνότητας και η επαναληψιμότητα.