衰减器原理

衰减器 - 简介

在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路。一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。 在有线电视系统里广泛使用衰减器以便满足多端口对电平的要求。如放大器的输入端、输出端电平的控制、分支衰减量的控制。衰减器有无源衰减器和有源衰减器两种。有源衰减器与其他热敏元件相配合组成可变衰减器，装置在放大器内用于自动增益或斜率控制电路中。无源衰减器有固定衰减器和可调衰减器。固定衰减器由电阻组成，不影响频率特性，常用T型或π型网络组成；（有关常用75Ω阻抗T型、π型不同衰减量的电阻数据可参阅共用天线电视系统一书）；可调衰减器由电位器组成在调试中及电平调整中使用。 要求衰减器的输入、输出阻抗应和接口端匹配，有线电视系统里都应为75欧。衰减器的频率特性要满足系统的频率范围要求，在频率范围内衰减器的衰减量应和频率无关。因此，常用电阻元件组成。 频率范围不同，衰减器的形式也不同。有用同轴线作衰减器；在波导系统中，常用吸收电场能量的膜片作衰减器；也有采用固态二极管（如PIN二极管）在微波频段内制成波导或同轴线系统的可以电调谐的衰减器。衰减器常用于多种电信设备和电子仪器中。

衰减器分类

①薄膜型光衰减器
这种衰减器利用光在金属薄膜表面的反射光强与薄膜厚度有关的原理制成。如果玻璃衬底上蒸镀的金属薄膜的厚度固定，就制成固定光衰减器。如果在光纤中斜向插入蒸镀有不同厚度的一系列圆盘型金属薄腊的玻璃衬底，使光路中插入不同厚度的金属薄膜，就能改变反射光的强度，即可得到不同的衰减量，制成可变衰减器。

②衰减片型光衰减器
衰减片型光衰减器直接将具有吸收特性的衰减片固定在光纤的端面上或光路中，达到衰减光信号的目的，这种方法不仅可以用来制作固定光衰减器，也可用来制作可变光衰减器。

③位移型光衰减器
当两段光纤进行连接时，必须达到相当高的对中精度，才能使光信号以较小的损耗传输过去。反过来，如果将光纤的对中精度做适当的调整，就可以控制其衰减量。位移型光衰减器就是根据这个原理，有意让光纤在对接时，发生一定的错位。使光能量损失一些，从而达到控制衰减量的目的，位移型光衰减器又分为两种：横向位移型光衰减器、轴向位移型光衰减器。横向位移型光衰减器是一种比较传统的方法，由于横向位移参数的数量级均在微米级，所以一般不用来制作可变衰减器，仅用于固定衰减器的制作中，并采用熔接或粘接法，到目前仍有较大的市场，其优点在于回波损耗高，一般都大于60dB。轴向位移型光衰减器在工艺设计上只要用机械的方法将两根光纤拉开一定距离进行对中，就可实现衰减的目的。这种原理主要用于固定光衰减器和一些小型可变光衰减器的制作。

衰减器用途,原理及设计

衰减器的基本用途

1) 去耦元件：作为振荡器与负载之间的去耦合元件。

2) 相对标准：作为比较功率电平的相对标准。

3) 用于雷达抗干扰中的跳变衰减器：是一种衰减量能突变的可变衰减器，平时不引入衰减，遇到外界干扰时，突然加大衰减。 从微波网络观点看，衰减器是一个二端口有耗微波网络。它属于通过型微波元件。

4) 控制功率电平：在微波超外差接收机中对本振输出功率进行控制，获得
最佳噪声系数和变频损耗，达到最佳接收效果。在微波接收机中，实现自动增益控制，改善动态范围。

通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的四端网络，它的特性阻抗、衰减都是与频率无关的常数，相移等于零。
实际应用中，有固定衰减器和可变衰减两大类。

1、固定衰减器的设计

常用的固定衰减器有L型、T型、X型和桥T型等几种结构，其电路形式和计算公式见表5.1-16。
 

注：RC为特性阻抗；RC1、RC2为两侧特性阻抗，B为固有衰减值N=EB。

其中L型属于不对称衰减器，主要用于阻抗匹配，而T型、X型、桥T型属于对称衰减器，主要用于衰减。一端接地的衰减器称为不平衡衰减器；反之，两端不接地的衰减器称为平衡衰减器。

例：设计一衰减器，匹配于信号源内阻RS-600欧与负载电阻RL=150欧之间，其衰减量为30DB。

解 计算过程：

（1）因为RS、RL不相等，所以选用一节倒L型和一节对称T型号组成衰减器，如图5.1-19A所示倒L型电路计算：
 
（2）T型电路计算：

由于总衰减量为30DB，所以T型衰减量为
 
（3）电路简化：

对设计电路进行变换，进而得到简化电路，由图5.1-19A变换为图B及图C的形式。

 
2、可变衰减器的设计

可变衰减器，一般是指特性阻抗值恒定的，而它的衰减值是可变的衰减器，此外，还有一种分压式可变衰减器，由于它的负载往往是高阻抗，因此对这种分压式可变衰减器的特性阻抗就没有什么具体要求。

1）可变桥T型衰减器 

可变桥T型衰减器的电路结构如图5.1-20所示。
 
       图5.1-20  可变T型衰减器

采用这种可变衰减器电路的优点是，电路中只有两个可变化部分而可变T型号或可变X型衰减将有三个可变部分），而且R为固定电阻，可以避免因旋钮换档时，由于旋钮触点接触不良而引起电路中断现象。

例：设计一个可变桥T型衰减器。各档衰减值分别为0.05、0.1、0.15N，特性阻抗RC=600欧。

解  分别计算各档电阻值
以上求得分档的各电阻值、有些电阻可以合用，因此算得桥臂和并臂电阻值分别为
 
构成的可变桥T型衰减器电路示于图5.1-20。
分压式可变衰减器 
分压式可变衰减器电路结构如图5.1-21所示。
 

它应用于载波机简易式电平表中，当它工作在高阻抗负载时，衰减值（例如第二档的衰减值）与电阻值的关系式：
 
它为一常数，与衰减换档的旋钮位置无关。

本电路各档值计算如下：

分压式步进衰减器一般接在放大器前面，为了减少放大器对衰减器的分流影响，衰减器总的分压电阻值R1值不宜过大，一般宜在4千欧左右。本电路给出R1值如下：
 
计算结果表明，每变化一档，就增加1N的衰减值。