Pi-패드 감쇠기

Pi-패드 감쇠기

Pi-pad 감쇠기 또는 π-pad 감쇠기는 무선 주파수 및 마이크로파 전송 라인에 일반적으로 사용되며 균형 또는 불균형 설계가 가능합니다.

Pi -pad 감쇠기는 기본 레이아웃과 디자인이 그리스 문자 파이(π)와 유사하기 때문에 그렇게 불립니다. 즉, 입력과 출력에서 ​​접지되는 직렬 저항기 1개와 병렬 션트 저항기 2개가 있다는 의미입니다.

Pi-pad 감쇠기는 동일한 임피던스 사이의 고정 감쇠기로 사용하거나 동일하지 않은 임피던스 사이의 임피던스 매칭을 위해 사용할 수 있는 또 다른 완전 대칭형 순수 저항성 네트워크입니다. Pi-pad 감쇠기의 회로 구성은 다음과 같습니다.

기본 Pi-pad 감쇠기 회로

 

표준 파이패드 감쇠기는 양쪽 끝에서 감쇠기를 보면 대칭이며 이러한 유형의 감쇠기 설계는 동일하거나 동일하지 않은 전송 라인의 임피던스 정합에 사용될 수 있습니다. 일반적으로 저항 R1 과 R3 은 동일한 값을 가지지만 동일하지 않은 임피던스의 회로 사이에서 작동하도록 설계된 경우 이 두 저항은 서로 다른 값을 가질 수 있습니다.

 

동일한 임피던스를 갖는 Pi-pad 감쇠기

이전에 파이 패드 감쇠기는 수동 저항 요소로만 구성된 대칭형 감쇠기 설계로 설계 시 선형이 되어 입력 및 출력 단자가 서로 바뀔 수 있다고 말했습니다. 따라서 파이 패드 감쇠기는 두 개의 동일한 임피던스(  Z S  = Z L  ) 사이에 삽입하여 신호 레벨을 줄이는 데 이상적입니다.

이 경우 입력 임피던스와 출력 임피던스가 감쇠기 네트워크의 일부를 형성하는 부하 임피던스와 일치하도록 3개의 저항 요소가 선택됩니다. Pi-pad의 입력 및 출력 임피던스는 부하와 완벽하게 일치하도록 설계되었으므로 이 값을 대칭형 Pi-pad 네트워크의 "특성 임피던스"라고 합니다.

그런 다음 원하는 감쇠에서 임피던스 매칭에 사용되는 Pi-pad 감쇠기 회로의 저항 값을 계산하기 위해 주어진 방정식은 다음과 같습니다.

Pi-pad 감쇠기 방정식

여기서 K 는 임피던스 인자이고 Z 는 소스/부하 임피던스입니다.

Pi-pad 감쇠기 예제 No1

75Ω 네트워크의 임피던스를 매칭시키면서 오디오 신호 레벨을 10dB 감소시키기 위해서는 Pi-pad 감쇠기 회로가 필요합니다. 필요한 세 개의 저항기 값을 계산합니다.

간단한 "K 팩터" 표를 사용하면 -10dB의 감쇠 손실을 계산하기 위한 "K" 팩터 값이 3.1623 으로 주어진다는 것을 알 수 있습니다 .

데시벨	0.5	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0	10.0	20.0
"K" 값	1.0593	1.1220	1.2589	1.4125	1.5849	1.7783	1.9953	3.1623	10.000

 

그런 다음 저항 R1 및 R3 은 144Ω과 같고 저항 R2 는 107Ω 또는 가장 가까운 권장 값과 같습니다.

또한 동일한 파이패드 감쇠기 설계는 75Ω 네트워크에서 사용되는 저항 값과 50Ω 또는 600Ω 네트워크에 사용되는 저항 값이 서로 다릅니다.

T-패드 감쇠기 와 마찬가지로 50Ω, 75Ω 또는 600Ω 대칭 Pi-패드 감쇠기 회로를 구성하는 데 필요한 직렬 및 병렬 임피던스 값에 대한 표준 테이블을 생성할 수 있습니다. 저항기 R1 , R2 및 R3 의 계산된 값은 다음과 같습니다.

 

Pi-pad 감쇠기 저항 값

dB 손실	K 인자	50Ω 임피던스		75Ω 임피던스		600Ω 임피던스
		R1, R3	R2	R1, R3	R2	R1, R3	R2
1.0	1.1220	869.5Ω	5.8Ω	1K3Ω	8.7Ω	10K4Ω	69.2Ω
2.0	1.2589	436.2Ω	11.6Ω	654.3Ω	17.4Ω	5K2Ω	139.4Ω
3.0	1.4125	292.4Ω	17.6Ω	438.6Ω	26.4Ω	3K5Ω	211.4Ω
6.0	1.9953	150.5Ω	37.4Ω	225.7Ω	56.0Ω	1K8Ω	448.2Ω
10.0	3.1623	96.2Ω	71.2Ω	144.4Ω	106.7Ω	1K2Ω	853.8Ω
18.0	7.9433	64.4Ω	195.4Ω	96.6Ω	293.2Ω	772.8Ω	2K3Ω
24.0	15.8489	56.7Ω	394.6Ω	85.1Ω	592.0Ω	680.8Ω	4K7Ω
32.0	39.8107	52.6Ω	994.6Ω	78.9Ω	1K5Ω	630.9Ω	11K9Ω

Pi-pad 회로에 필요한 감쇠 손실량이 증가함에 따라 직렬 저항 R2 의 임피던스 도 증가하는 동시에 두 저항 R1 및 R3 의 병렬 션트 임피던스 값은 감소합니다.

이는 동일한 임피던스 사이에 사용되는 대칭형 Pi-pad 감쇠기 회로의 일반적인 특성입니다. 또한 32dB의 감쇠에서도 직렬 임피던스 값은 여전히 ​​상당히 높으며 T패드 감쇠기처럼 1옴 또는 2옴 범위에 속하지 않습니다.

이는 병렬 션트 임피던스가 극도로 높은 "K"로 인해 전송선의 특성 임피던스보다 결코 작지 않기 때문에 단일 Pi-pad 감쇠기 네트워크가 동등한 T-패드 네트워크에 비해 훨씬 더 높은 수준의 감쇠를 달성할 수 있음을 의미합니다. 요소 값. 예를 들어, 감쇠가 -80dB인 50Ω의 특성 임피던스를 갖는 전송선은 션트 저항기 R1 및 R3 에 각각 50Ω의 값을 제공하는 반면 직렬 저항기 R2는 250KΩ과 동일합니다.

불평등 임피던스를 갖는 Pi-pad 감쇠기

Pi-pad 감쇠기를 사용하여 임피던스가 동일한(  Z S  = Z L ) 회로에서 신호 레벨을 줄이는 것 외에도 동일하지 않은 소스와 부하 임피던스( Z S  ≠  )의 임피던스 매칭을 위해 이러한 유형의 감쇠기를 사용할 수도 있습니다.  Z L  ).

그러나 그렇게 하려면 감쇠기 회로의 소스 임피던스와 부하 임피던스의 불평등한 부하를 고려하여 이전 방정식을 약간 수정해야 합니다. 불평등 임피던스에 대한 Pi-pad 감쇠기의 저항 요소를 계산하기 위해 제공된 새로운 방정식은 다음과 같습니다.

동일하지 않은 임피던스에 대한 Pi-pad 감쇠기 방정식

 

여기서, K 는 임피던스 인자이고, Z S 는 소스 임피던스 중 더 크고, Z L 은 부하 임피던스 중 더 작습니다.

Pi 감쇠기의 3개 저항 값을 계산하는 방정식은 저항 네트워크에 미치는 영향으로 인해 불평등한 임피던스 사이에 연결될 때 훨씬 더 복잡하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 신중한 계산을 통해 주어진 네트워크 임피던스 및 감쇠에 대한 세 가지 저항 값을 다음과 같이 찾을 수 있습니다.

Pi-pad 감쇠기 예제 No2

출력 임피던스가 75Ω인 무선 송신기와 임피던스가 50Ω인 전력 신호 강도 측정기 사이의 신호를 6dB만큼 감쇠하려면 불균형 비대칭 Pi-pad 감쇠기 회로가 필요합니다. 필요한 저항기의 값을 계산합니다.

저항 R1 값

저항 R2 값

저항 R3 값

다음과 같은 비대칭 Pi 감쇠기 회로를 제공합니다.

 

동일하지 않은 임피던스 사이에 사용되는 Pi-pad 감쇠기의 저항 값을 계산하는 데 관련된 수학은 동일한 임피던스 사이의 값을 계산하는 데 사용되는 수학보다 더 복잡합니다. 따라서 Pi-패드 감쇠기는 소스/부하 임피던스 Z S  = Z L 과 일치하는 전송선의 신호 감쇠에 더 많이 사용되는 경향이 있습니다    .

설계 내에 인덕터 및 커패시터와 같은 반응성 구성 요소가 있는 Pi-pad 감쇠기의 경우 EEWeb에는 필요한 주파수에서 구성 요소 값을 계산하기 위한 무료 온라인 Pi-pad 감쇠기 도구가 있습니다.

밸런스드 파이 감쇠기

Balanced -Pi 감쇠기 또는 줄여서 "Balanced-π Attenuator"는 공통 접지선에 추가 저항 요소를 사용하여 아래와 같이 균형 잡힌 저항 네트워크를 형성합니다.

Balanced-Pi 감쇠기 회로

 

밸런스드 파이(Balanced-Pi) 감쇠기는 저항 소자의 레이아웃이 문자 "O" 모양을 형성하므로 이름이 "O-패드 감쇠기"이기 때문에 O-패드 감쇠기라고도 합니다 . Balanced-Pi 회로의 저항 값은 먼저 이전과 동일한 동일한 임피던스 사이에 연결된 불평형 Pi-pad 구성으로 계산되지만 이번에는 직렬 저항 R2 의 값을 절반으로 나누어(2로 나누어) 각 라인에 절반을 배치합니다. 보여진 바와 같이. 두 병렬 션트 저항기의 계산된 저항 값은 동일하게 유지됩니다.

위에서 언밸런스 Pi-pad 감쇠기에 대해 계산된 값을 사용하면 두 개의 직렬 저항과 병렬 션트 저항에 대해 직렬 저항 R2 = 106.7 2 = 53.4Ω , R1, R3 = 144.4Ω 이 이전과 동일하게 됩니다.

Pi-pad 감쇠기는 가장 일반적으로 사용되는 대칭 감쇠기 회로 중 하나이므로 해당 디자인은 시중에서 판매되는 많은 감쇠기 패드에 사용됩니다. Pi-pad 감쇠기는 단일 단계에서 매우 높은 수준의 감쇠를 달성할 수 있지만 최종 감쇠 수준이 단계적으로 달성되도록 여러 개별 Pi-pad 섹션을 함께 계단식으로 연결하여 30dB 이상의 고손실 감쇠기를 구축하는 것이 좋습니다. .

파이패드 감쇠기를 함께 계단식으로 연결하면 인접한 저항기를 함께 결합할 수 있으므로 설계에 필요한 저항 요소 수를 줄일 수 있습니다. 따라서 Pi-pad의 경우 이는 단순히 두 개의 인접한 병렬 션트 저항기를 함께 추가할 수 있음을 의미합니다.

계산된 파이 감쇠기의 정확도는 사용된 구성요소 저항기의 정확도에 따라 결정됩니다. Pi 감쇠기 회로를 구성하기 위해 선택되는 저항의 허용 오차는 1%, 5% 또는 10% 모두 비유도 저항이어야 하며 권선 유형이 아니어야 합니다. 또한 감쇠 네트워크에 저항기를 사용하므로 이러한 비유도 저항기는 옴 법칙을 사용하여 계산된 필수 전력량을 안전하게 소산할 수 있어야 합니다.