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Atenuador (electrónica)

Atenuador de potencia de 100 vatios

Un atenuador es un dispositivo electrónico pasivo de banda ancha que reduce la potencia de una señal sin distorsionar apreciablemente su forma de onda .

Un atenuador es, en efecto, lo opuesto a un amplificador , aunque ambos funcionan con métodos diferentes. Mientras que un amplificador proporciona ganancia , un atenuador proporciona pérdida, o ganancia menor que la unidad. En electrónica de audio, a un atenuador se lo suele llamar "pad". [a]

Construcción y uso

Los atenuadores son generalmente dispositivos pasivos hechos de redes divisoras de tensión simples . La conmutación entre diferentes resistencias forma atenuadores escalonados ajustables y otros de ajuste continuo mediante potenciómetros . Para frecuencias más altas se utilizan redes de resistencia de ROE baja y ajustadas con precisión.

Los atenuadores fijos en los circuitos se utilizan para reducir el voltaje, disipar la potencia y mejorar la adaptación de impedancia . Al medir señales, se utilizan almohadillas atenuadoras o adaptadores para reducir la amplitud de la señal en una cantidad conocida para permitir las mediciones o para proteger el dispositivo de medición de niveles de señal que podrían dañarlo. Los atenuadores también se utilizan para "adaptar" la impedancia al reducir la ROE aparente (relación de onda estacionaria).

Circuitos atenuadores

Circuito atenuador desequilibrado de tipo π
Circuito atenuador balanceado tipo π
Circuito atenuador desequilibrado tipo T
Circuito atenuador balanceado tipo T

Los circuitos básicos que se utilizan en atenuadores son los atenuadores tipo pi (tipo π) y los atenuadores tipo T. Es posible que se requiera que sean redes balanceadas o no balanceadas dependiendo de si la geometría de línea con la que se van a utilizar es balanceada o no balanceada. Por ejemplo, los atenuadores utilizados con líneas coaxiales serían de forma no balanceada, mientras que los atenuadores para uso con par trenzado deben ser de forma balanceada.

En las figuras de la izquierda se muestran cuatro diagramas de circuitos atenuadores fundamentales. Dado que un circuito atenuador consta únicamente de elementos de resistencia pasiva, es lineal y recíproco . Si el circuito también se hace simétrico (este suele ser el caso, ya que normalmente se requiere que la impedancia de entrada y salida Z 1 y Z 2 sean iguales), entonces los puertos de entrada y salida no se distinguen, sino que por convención los lados izquierdo y derecho de los circuitos se denominan entrada y salida, respectivamente.

Hay varias tablas y calculadoras disponibles que proporcionan un medio para determinar los valores de resistencia adecuados para lograr valores de pérdida particulares, como la publicada por la NAB en 1960 para pérdidas que van desde 1/2 a 40 dB, para usar en circuitos de 600 ohmios. [1]

Características del atenuador

Un atenuador de microondas de RF

Las especificaciones clave para los atenuadores son: [2]

Atenuadores de RF

Los atenuadores de radiofrecuencia suelen tener una estructura coaxial con conectores de precisión como puertos y una estructura interna coaxial, de microbanda o de película fina. Por encima de SHF se requiere una estructura de guía de ondas especial. El atenuador de aleta está diseñado para usarse en guías de ondas para atenuar la señal.

Las características importantes son:

El tamaño y la forma del atenuador dependen de su capacidad para disipar potencia. Los atenuadores de RF se utilizan como cargas y como atenuación y disipación protectora de potencia en la medición de señales de RF. [3]

Atenuadores de audio

Un atenuador de nivel de línea en el preamplificador o un atenuador de potencia después del amplificador de potencia utiliza resistencia eléctrica para reducir la amplitud de la señal que llega al altavoz, lo que reduce el volumen de la salida. Un atenuador de nivel de línea tiene una capacidad de manejo de potencia menor, como un potenciómetro de 1/2 vatio o un divisor de voltaje y controla las señales de nivel del preamplificador, mientras que un atenuador de potencia tiene una capacidad de manejo de potencia mayor, como 10 vatios o más, y se utiliza entre el amplificador de potencia y el altavoz.

Valores de los componentes para atenuadores y almohadillas resistivas

Esta sección trata de pi-pads, T-pads y L-pads fabricados enteramente con resistencias y terminados en cada puerto con una resistencia puramente real.

Cifras de referencia para el cálculo de componentes atenuadores

Este circuito se utiliza para el caso general, todos los T-pads, todos los pi-pads y L-pads cuando la impedancia de la fuente es mayor o igual a la impedancia de carga.
El cálculo del L-pad supone que el puerto 1 tiene la mayor impedancia. Si la mayor impedancia es la del puerto de salida, utilice esta cifra.
Designaciones de resistencias únicas para pads Tee, Pi y L.

El atenuador de dos puertos es generalmente bidireccional. Sin embargo, en esta sección se tratará como si fuera unidireccional. En general, se aplica cualquiera de las dos figuras, pero la primera figura (que muestra la fuente a la izquierda) se asumirá tácitamente la mayor parte del tiempo. En el caso del L-pad, se utilizará la segunda figura si la impedancia de carga es mayor que la impedancia de la fuente.

A cada resistencia en cada tipo de almohadilla analizado se le asigna una designación única para reducir la confusión.

El cálculo del valor del componente L-pad supone que la impedancia de diseño para el puerto 1 (a la izquierda) es igual o mayor que la impedancia de diseño para el puerto 2.

Términos utilizados

Símbolos utilizados

Los pads y atenuadores pasivos y resistivos son puertos bidireccionales, pero en esta sección se tratarán como unidireccionales.

Cálculo de resistencias de almohadillas T simétricas

Véase Valkenburg, pág. 11-3 [4]

Cálculo de resistencia de almohadilla pi simétrica

Véase Valkenburg, pág. 11-3 [4]

L-Pad para el cálculo de resistencias de adaptación de impedancia

Si una fuente y una carga son resistivas (es decir, Z 1 y Z 2 tienen una parte imaginaria nula o muy pequeña), se puede utilizar un L-pad resistivo para unirlas. Como se muestra, cualquiera de los lados del L-pad puede ser la fuente o la carga, pero el lado Z 1 debe ser el lado con la impedancia más alta. Consulte Valkenburg 1998, págs. 11_3-11_5

Los números positivos grandes indican que la pérdida es grande. La pérdida es una función monótona de la relación de impedancia. Las relaciones más altas requieren una pérdida mayor.

Convertir T-pad en pi-pad

Esta es la transformada Y-Δ [5]

Conversión de pi-pad a T-pad

Esta es la transformada Δ-Y [5]

Conversión entre dos puertos y pads

T-pad para parámetros de impedancia

Los parámetros de impedancia para un dispositivo pasivo de dos puertos son Siempre es posible representar un t-pad resistivo como un dispositivo de dos puertos. La representación es particularmente sencilla utilizando los siguientes parámetros de impedancia:

Parámetros de impedancia del T-pad

Las ecuaciones anteriores son trivialmente invertibles, pero si la pérdida no es suficiente, algunos de los componentes del t-pad tendrán resistencias negativas.

Parámetros de impedancia para pi-pad

Estos parámetros T-pad anteriores se pueden convertir algebraicamente en parámetros pi-pad.

Pi-pad para parámetros de admisión

Los parámetros de admitancia para un puerto pasivo de dos puertos son Siempre es posible representar un pad Pi resistivo como un puerto de dos puertos. La representación es particularmente simple utilizando los parámetros de admitancia siguientes:

Parámetros de admisión al pi-pad

Las ecuaciones anteriores son trivialmente invertibles, pero si la pérdida no es suficiente, algunos de los componentes del pi-pad tendrán resistencias negativas.

Caso general, determinación de parámetros de impedancia a partir de requisitos

Debido a que la almohadilla está hecha completamente de resistencias, debe tener una cierta pérdida mínima para que coincida con la fuente y la carga si no son iguales.

La pérdida mínima viene dada por [4]

Aunque un adaptador pasivo de dos puertos puede tener menos pérdidas, si las tiene no será posible convertirlo en un atenuador resistivo.

Una vez determinados estos parámetros, se pueden implementar como un T o pi pad como se explicó anteriormente.

Véase también

Notas

  1. ^ El Oxford English Dictionary no ofrece una etimología para el término, pero señala su uso en la revista Electronics de febrero de 1931.

Referencias

  1. ^ Manual de ingeniería de la NAB, Tabla 9-3 Almohadillas resistivas (PDF) (5.ª ed.). Asociación Nacional de Radiodifusores. 1960. págs. 9-10.
  2. ^ "Atenuadores fijos | Keysight (anteriormente, Medición electrónica de Agilent)" www.keysight.com . Consultado el 31 de agosto de 2018 .
  3. ^ Acerca de los atenuadores de RF Archivado el 30 de octubre de 2013 en Wayback Machine – Herley General Microwave
  4. ^ abc Valkenburg 1998, págs.11_3
  5. ^ ab Hayt y Kemmerly 1971, pág. 494

Enlaces externos