Pytania i odpowiedzi: Czym są tłumiki?

Atenuatory to elementy elektryczne zaprojektowane w celu zmniejszenia amplitudy sygnału przechodzącego przez element, bez znacznego pogorszenia integralności sygnału. Są one stosowane w zastosowaniach RF i optycznych. Atenuatory RF są zazwyczaj stosowane w układach elektronicznych, podczas gdy optyczne są stosowane w włóknach optycznych. Istnieje sześć różnych rodzajów konstrukcji RF: stałe, stopniowe, ciągle zmienne, programowalne, stronniczość prądu stałego i blokowanie prądu stałego.

Kluczowe specyfikacje tłumiącego, które należy rozważyć, obejmują tłumienie mierzone w decybelach (dB), zakresie częstotliwości (MHz), obsłudze mocy (W) i impedancji (Ohm).

Stałe Osłabiacze

Atenuatory zazwyczaj składają się z sieci rezystancyjnej, która umożliwia rozpraszanie ciepła w określonym tempie. Istnieje kilka podstawowych układów – konfiguracja „T”, konfiguracja „L” oraz konfiguracja „pi”. Te ustalone układy posiadają już określone równania i wartości rezystorów, których można użyć do uzyskania impedancji charakterystycznej (Z0) w zakresie częstotliwości i są również znane jako atenuatory niesymetryczne z obwodami niesymetrycznymi. Wersja symetryczna lub symetryczny obwód atenuatora typu „T” jest znana jako konfiguracja „H”, a wersja zrównoważona atenuatora Pi nazywa się konfiguracją „O”.

Istnieją trzy podstawowe konfiguracje atenuatorów niesymetrycznych: L, Tee i Pi. Konfiguracje zrównoważone Tee i Pi to odpowiednio H i O. Konfiguracje zrównoważone to symetryczne sieci rezystancyjne, podczas gdy niesymetryczne są niesymetryczne.

Tłumiki stałe są ustawiane na stałą i niezmienną wartość tłumienia poprzez te sieci rezystancyjne. Są umieszczane w ścieżkach sygnału, aby zmniejszyć przesyłaną moc. Mogą być typu SMD, falowodowego lub koncentrycznego. W zależności od zastosowania, tłumik może być jednokierunkowy lub dwukierunkowy. W tłumiku jednokierunkowym sygnał może płynąć wyłącznie od wejścia do wyjścia, natomiast w tłumiku dwukierunkowym może przemieszczać się w obu kierunkach. W przypadku tłumika opartego na chipie, rezystancja jest tworzona przy użyciu różnych materiałów osadzanych na podłożu o dobrej przewodności cieplnej, a w zależności od procesu – grubej lub cienkiej warstwy – wymiary fizyczne oraz użyte materiały dadzą określoną wartość rezystancji. Ciągłą zmienność rezystancji tłumika można również osiągnąć poprzez układ złożony z prętów rezystancyjnych i tarcz rezystancyjnych; niemniej wiele z nich buduje się przy zastosowaniu chipów.

Tłumik skokowy

Tłumiki krokowe są zasadniczo tłumikami stałymi, ponieważ nadal są pasywnymi elementami, które składają się z różnych sieci rezystancyjnych generujących określone tłumienie. Wartość tłumienia można wybrać ręcznie, za pomocą przycisku lub obrotu przełącznika obrotowego. Tłumiki krokowe, w przeciwieństwie do tłumików zmiennych, mogą generować jedynie wartość tłumienia na podstawie wstępnie ustalonych kroków. Na przykład, tłumik krokowy z przyciskami może mieć zakres od 0 do 45,5 dB i, w zależności od ustawienia przycisków, może zwiększać się o 0,5 dB.

Tłumiki zmiennoprzewodowe

Atenuatory o zmiennej wartości ciągłej można ręcznie dostosować tak, aby uzyskać dowolną wartość tłumienia w określonym zakresie i z określoną rozdzielczością. W aktywnym atenuatorze o zmiennej wartości ciągłej, sieci rezystorów stosowane w atenuatorach stałych i atenuatorach skokowych zastąpiono elementami półprzewodnikowymi, takimi jak tranzystory polowe z izolowanym bramką typu metal-tlenek półprzewodnik (MOSFET) lub diody PIN. Dokładniejszą kontrolę tłumienia można osiągnąć poprzez regulację napięcia przyłożonego do tranzystora FET lub prądu płynącego przez diodę, niż w przypadku pasywnych sieci rezystancyjnych. Tłumienie może być kontrolowane ręcznie lub elektronicznie za pomocą silnika w celu utrzymania określonej wartości tłumienia.

Atenuator programowalny

Programowalny tłumik, znany również jako cyfrowy tłumik krokowy, jest komponentem sterowanym przez napięcie zewnętrzne. To sterowanie zewnętrzne jest zazwyczaj realizowane komputerowo. Często są one kontrolowane przez wejścia logiki tranzystorowo-tranzystorowej (TTL), a wielkości kroków wynoszą zazwyczaj 1, 2, 4, 8, 16 i 32. Tłumiki sterowane TTL mają poziom logiczny „0”, gdy napięcie przyłożone do konkretnego tłumika jest mniejsze niż 1 V oraz poziom logiczny „1”, gdy napięcie jest zwykle równe lub większe niż 3 V. Te poziomy logiczne kontrolują przełączniki jednobiegunowe dwupozycyjne (SPDT), które łączą różne tłumiki w ścieżce sygnałowej, dając pożądane tłumienie. W zakresie programowalnych tłumików istnieją również projekty sterowane przez USB, co upraszcza połączenie tłumika z komputerem. Często są one dostarczane z ugruntowanym oprogramowaniem, umożliwiając natychmiastową kontrolę nad urządzeniem.

Tłumik z przepustem prądu stałego

Tłumiki składowej stałej, znane również jako tłumiki przekazujące prąd stały, przekazują prąd stały i równocześnie tłumią sygnał RF. Zwykle posiadają pojemność na wejściu i wyjściu tłumika, która blokuje przepływ prądu stałego, ale umożliwia przepływ sygnału RF – sygnał stały omija tłumik, przechodząc do wyjścia inną ścieżką.

Tłumiki z blokadą składowej stałej

Tłumiki z blokadą składowej stałej są podobne do konstrukcji zasilania stałego, ponieważ blokują sygnał prądu stałego; różnica polega na tym, że prąd stały jest całkowicie blokowany i nie ma wyjścia prowadzącego do wyjścia elementu. Blokadę składowej stałej można umieścić szeregowo z przewodnikiem środkowym, znana ona jest jako „blokada wewnętrzna składowej stałej” – można ją również umieścić szeregowo z przewodnikiem zewnętrznym, co nazywa się „blokadą zewnętrzna składowej stałej”. Istnieją również tłumiki z blokadą składowej stałej z obydwoma blokadami wewnętrzną i zewnętrzną.

Tłumiki falowodowe

Atenuatory falowodowe będą tłumić sygnał RF w systemie falowodowym; zazwyczaj osiąga się to poprzez przyklejenie warstwy rezystancyjnej w środku falowodu. Bezstopniowy atenuator falowodowy zazwyczaj wykorzystuje śrubę do regulacji tej warstwy rezystancyjnej od jednej strony ścianki falowodu do jego środka; w tym przypadku materiał rezystancyjny jest tak ukształtowany, aby zapewnić liniową zmienność tłumienia. Niektóre konstrukcje falowodów pozwalają użytkownikowi ręcznie wprowadzić wartość za pomocą pokrętła, by osiągnąć określone tłumienie. Upraszcza to proces, eliminując konieczność regulacji śruby w bezstopniowym atenuatorze falowodowym oraz pomiaru tłumienia do momentu osiągnięcia pożądanej wartości.

Atenuatory optyczne

Tłumiki optyczne tłumią fale świetlne zamiast fal elektronowych, dlatego tłumik ten zazwyczaj działa jako komponent, który pochłania lub rozprasza światło. Podobnie jak w przypadku konstrukcji RF, istnieje kilka rodzajów konstrukcji optycznych zaprojektowanych specjalnie dla danego zastosowania. Tłumiki optyczne stałe zazwyczaj wykorzystują włókna domieszkowane lub złączki przesunięte w celu rozproszenia światła. Tłumiki optyczne zmienne są podobne do zmiennych tłumików RF i programowalnych tłumików skokowych, ponieważ mogą być ręcznie lub elektronicznie sterowane w celu uzyskania określonego tłumienia.