감쇠기

감쇠기란 무엇인가요?

감쇠기는 수동 장치 입니다 . 데시벨과 함께 논의하는 것이 편리합니다. 감쇠기는 신호 발생기의 고레벨 출력을 약화시키거나 감쇠시켜 민감한 라디오 수신기의 안테나 입력과 같은 것에 대한 저레벨 신호를 제공합니다. (아래 그림) 감쇠기는 신호 발생기에 내장되거나 독립형 장치가 될 수 있습니다. 고정 또는 조정 가능한 양의 감쇠를 제공할 수 있습니다. 감쇠기 섹션은 소스와 문제가 있는 부하 사이에 절연을 제공할 수도 있습니다.

상수 임피던스 감쇠기는 소스 임피던스 ZI와 부하 임피던스 ZO에 맞춰져 있습니다. 무선 주파수 장비의 경우 Z는 50Ω입니다.

독립형 감쇠기의 경우 위 그림과 같이 신호 경로를 끊어 신호 소스와 부하 사이에 직렬로 배치해야 합니다 . 또한 지정된 양의 감쇠를 제공하는 동시에 소스 임피던스 Z I 와 부하 임피던스 Z O 를 모두 일치시켜야 합니다 . 이 섹션에서는 소스와 부하 임피던스가 같은 특수하고 가장 일반적인 경우만 고려합니다. 이 섹션에서 고려하지 않은 소스와 부하 임피던스가 같지 않은 경우 감쇠기 섹션으로 일치시킬 수 있습니다. 그러나 공식은 더 복잡합니다.

T형과 Π형 감쇠기는 일반적인 형태이다.

일반적인 구성은 위 그림에 표시된 T 및 Π 네트워크입니다. 아래 그림과 같이 더 약한 신호가 필요할 때 여러 감쇠기 섹션을 계단식으로 연결할 수 있습니다.

감쇠기의 데시벨 사용

감쇠기 설계에 사용되는 전압 비율은 종종 데시벨로 표현됩니다. 전압 비율은 데시벨 단위의 감쇠에서 파생되어야 합니다. 데시벨로 표현된 전력 비율은 가산적입니다. 예를 들어, 10dB 감쇠기 다음에 6dB 감쇠기가 오면 전체적으로 16dB의 감쇠가 발생합니다.

10dB + 6dB = 16dB

소리 레벨의 변화는 전력 비율(PI/PO)의 대수에 대략 비례하여 감지됩니다.

소리 레벨 = log10(PI / P0)

1dB의 사운드 레벨 변화는 청취자에게 거의 감지할 수 없지만 2dB는 쉽게 감지할 수 있습니다. 3dB의 감쇠는 전력을 절반으로 줄이는 것과 같고, 3dB의 이득은 전력 레벨을 두 배로 늘리는 것과 같습니다. -3dB의 이득은 +3dB의 감쇠와 같으며 원래 전력 레벨의 절반에 해당합니다.

전력 비율에 따른 데시벨 단위의 전력 변화는 다음과 같습니다.

dB = 10 log10(PI / P0)

PI에서의 부하 RI가 PO에서의 부하 저항 RO와 같다고 가정하면(RI = RO), 데시벨은 전압 비율(VI / VO) 또는 전류 비율(II / IO)에서 파생될 수 있습니다.

PO = VO IO = VO2 / R = IO2 R PI = VI II = VI2 / R = II2 R dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10(VI2 / VO2) = 20 log10(VI/VO) dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10(II2 / IO2) = 20 log10(II/IO)

데시벨 방정식

가장 자주 사용되는 데시벨 방정식의 두 가지 형태는 다음과 같습니다.

dB = 10 log10(PI / PO) 또는 dB = 20 log10(VI / VO)

우리는 전압 비율이 필요하기 때문에 후자의 형태를 사용할 것입니다. 다시 한번, 방정식의 전압 비율 형태는 두 개의 해당 저항이 동일한 경우에만 적용할 수 있습니다. 즉, 소스와 부하 저항이 동일해야 합니다.

데시벨 방정식을 사용한 예

예: 감쇠기에 들어가는 전력은 10와트이고, 출력 전력은 1와트입니다. 감쇠를 dB로 찾으세요.

dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10 (10 /1) = 10 log10 (10) = 10 (1) = 10dB

예: 10dB 감쇠기의 전압 감쇠비(K=(VI/VO))를 구하세요.

dB = 10= 20 log10(VI / VO) 10/20 = log10(VI / VO) 1010/20 = 10log10(VI / VO) 3.16 = (VI / VO) = ​​AP(비율)

예: 감쇠기에 들어가는 전력은 100밀리와트이고 출력 전력은 1밀리와트입니다. 감쇠를 dB 단위로 구합니다.

dB = 10 log10(PI / PO) = 10 log10 (100 /1) = 10 log10 (100) = 10 (2) = 20dB

예: 20dB 감쇠기의 전압 감쇠비(K=(VI/VO))를 구하세요.

dB = 20= 20 log10(VI / VO) 1020/20 = 10 log10(VI / VO) 10 = (VI / VO) = ​​K

T형 단면 감쇠기

T 및 Π 감쇠기는 Z  소스 및  Z  부하 임피던스  에 연결해야 합니다  . 아래 그림에서 감쇠기에서 멀어지는  Z (화살표)가 이를 나타냅니다. 감쇠기를 향하는 Z (화살표)는 반대쪽 끝에 부하 Z가 있는 감쇠기를 들여다볼 때 보이는 임피던스가 Z임을 나타냅니다. 우리의 경우 Z=50Ω입니다. 이 임피던스는 감쇠에 대해 상수(50Ω)입니다. 감쇠가 변경되어도 임피던스는 변경되지 않습니다.

아래 그림의 표는 일반적인 무선 주파수 작업의 요구 사항인 50 Ω 소스/부하에 맞게 T 및 Π 감쇠기의 저항 값을 나열합니다.

전화 유틸리티 및 기타 오디오 작업에는 종종 600Ω에 대한 매칭이 필요합니다. 모든 R 값을 비율(600/50)로 곱하여 600Ω 매칭을 수정합니다. 75/50을 곱하면 표 값이 75Ω 소스 및 부하에 맞게 변환됩니다.

K, 전압 감쇠율, ZI = ZO = 50 Ω이 주어졌을 때 T-섹션 감쇠기 저항기에 대한 공식입니다.

감쇠량은 일반적으로 dB(데시벨)로 지정됩니다. 하지만 방정식에서 저항 값을 찾으려면 전압(또는 전류) 비율 K가 필요합니다. 위의 dB에서 전압 비율 K를 계산하려면 10 의 거듭제곱 항의 dB/20 항을 참조하세요 .

T (및 Π 이하 ) 구성은 양방향 매칭을 제공하기 때문에 가장 일반적으로 사용됩니다. 즉, 감쇠기 입력 및 출력을 끝에서 끝까지 바꿀 수 있고 동일한 감쇠를 공급하면서 소스 및 부하 임피던스를 여전히 매칭할 수 있습니다 .

소스를 분리하고 오른쪽 V I 을 살펴보면 R 1 , R 2 , R 1 , Z 의 직렬 병렬 조합이 Z IN 의 등가 저항처럼 보이며 소스/부하 임피던스 Z 와 동일합니다. (Z의 부하는 출력에 연결됨)

ZIN = R1 + (R2 ||(R1 + Z))

예를 들어, 아래 그림과 같이 50 Ω 감쇠기 표에서 10dB 값을 R 1 과 R 2 에 대입합니다.

ZIN = 25.97 + (35.14 ||(25.97 + 50)) ZIN = 25.97 + (35.14 || 75.97 ) ZIN = 25.97 + 24.03 = 50

이는 50Ω 부하가 있는 예시 감쇠기(아래 그림)를 바로 들여다볼 때 50Ω를 보고 있다는 것을 보여줍니다.

소스 생성기를 교체하고, V O 에서 부하 Z를 분리하고 , 왼쪽을 들여다보면 대칭성 때문에 V O 에서의 임피던스에 대해 위와 같은 방정식이 나와야 합니다. 게다가 세 개의 저항은 입력에서 출력까지 필요한 감쇠를 공급하는 값이어야 합니다. 이것은 아래의 T 감쇠기 에 적용된 위의 R 1 및 R 2 방정식을 통해 달성됩니다 .

PI-섹션 감쇠기

아래 그림의 표는  일부 공통 감쇠 레벨에서 50Ω 소스/부하에 맞는 Π  감쇠기의 저항 값을 나열합니다. 다른 감쇠 레벨에 해당하는 저항은 방정식에서 계산할 수 있습니다.

K, 전압 감쇠율, ZI = ZO = 50 Ω이 주어진 경우 Π-섹션 감쇠기 저항기에 대한 공식입니다.

위 내용은 아래의 π-감쇠기에 적용됩니다.

50 Ω 소스와 부하에 맞게 10dB의 감쇠를 얻으려면 두 개의 Π 감쇠기 모두에 얼마의 저항 값이 필요할까요 ?

50 Ω 소스와 부하를 일치시키기 위한 10 dB Π-섹션 감쇠기 예입니다.

10dB 는 위 표의 마지막에서 두 번째 줄에 있는 전압 감쇠율 K=3.16 에 해당합니다 . 해당 줄의 저항 값을 위 그림의 회로도에 있는 저항으로 옮깁니다.

L형 감쇠기

아래 그림의 표는   50Ω 소스/부하에 맞는 L 감쇠기의 저항 값을 나열합니다. 아래 그림의 표는 또한 대체 형태의 저항 값을 나열합니다. 저항 값이 동일하지 않다는 점에 유의하세요.

50 Ω 소스 및 부하 임피던스에 대한 L-섹션 감쇠기 테이블입니다.

위 내용은 아래의 L 감쇠기 에 적용됩니다 .

50 Ω 소스 및 부하 임피던스에 대한 대체 형태 L-섹션 감쇠기 표입니다.

브리지드 T 감쇠기

아래 그림의 표는   50Ω 소스와 부하에 맞는 브리지형 T 감쇠기의 저항 값을 나열합니다. 브리지형 T 감쇠기는 자주 사용되지 않습니다. 왜 그럴까요?

브리지형 T 감쇠기 섹션(Z = 50Ω)에 대한 공식 및 약어 표입니다.

계단식 섹션

감쇠기 섹션은 아래 그림과 같이 캐스케이드되어 단일 섹션에서 사용 가능한 것보다 더 많은 감쇠를 제공할 수 있습니다. 예를 들어 두 개의 10dB 감쇠기를 캐스케이드하여 20dB의 감쇠를 제공할 수 있으며, dB 값은 가산됩니다. 10dB 감쇠기 섹션의 전압 감쇠 비율  K  또는  V I /V O  는 3.16입니다. 두 캐스케이드 섹션의 전압 감쇠 비율은 두  K 의 곱 또는 두 캐스케이드 섹션의 경우 3.16x3.16=10입니다.

계단형 감쇠기 섹션: dB 감쇠는 가산적입니다.

가변 감쇠는 스위치형 감쇠기를 통해 불연속적인 단계로 제공될 수 있습니다. 아래 그림의 예는 0dB 위치에 표시되어 있으며, 없음, 하나 또는 여러 섹션의 가산 스위칭을 통해 0~7dB의 감쇠가 가능합니다.

스위치형 감쇠기: 감쇠는 개별 단계로 가변적입니다.

일반적인 멀티 섹션 감쇠기는 위 그림에서 보여주는 것보다 더 많은 섹션을 가지고 있습니다. 위에 3 또는 8dB 섹션을 추가하면 장치가 10dB 이상을 커버할 수 있습니다. 10dB 및 20dB 섹션을 추가하거나 이진 다중 16dB 섹션을 추가하면 더 낮은 신호 레벨을 얻을 수 있습니다.

RF 감쇠기

무선 주파수(RF) 작업(<1000MHz)의 경우, 가장 높은 주파수에서 더 낮은 신호 레벨을 달성하려면 용량성 결합을 방해하기 위해 개별 섹션을 차폐된 구획에 장착해야 합니다. 이전 섹션의 스위치 감쇠기의 개별 섹션은 차폐된 섹션에 장착됩니다. 주파수 범위를 1000MHz 이상으로 확장하기 위해 추가 조치를 취할 수 있습니다. 여기에는 특수 모양의 무연 저항 소자로 구성하는 것이 포함됩니다.

저항 막대와 저항 디스크로 구성된 동축 T-섹션 감쇠기가 위 그림에 나와 있습니다. 이 구조는 수 기가헤르츠까지 사용할 수 있습니다. 동축 Π 버전은 아래 그림과 같이 동축 라인의 두 저항 디스크 사이에 하나의 저항 막대가 있습니다.

표시되지 않은 RF 커넥터는 위의 T 및 Π 감쇠기의 끝에 부착됩니다. 이 커넥터를 사용하면 소스와 부하를 연결하는 것 외에도 개별 감쇠기를 캐스케이드 방식으로 연결할 수 있습니다. 예를 들어, 10dB 감쇠기를 번거로운 신호 소스와 값비싼 스펙트럼 분석기 입력 사이에 배치할 수 있습니다. 감쇠가 필요하지 않더라도 값비싼 테스트 장비는 과전압을 감쇠시켜 소스로부터 보호됩니다.

요약: 감쇠기

• 감쇠기 는 입력 신호를 더 낮은 수준으로 낮춥니다.
• 감쇠량은 데시벨 (dB)로 지정됩니다. 데시벨 값은 캐스케이드 감쇠기 섹션에 대해 가산됩니다.
• 전력 비율의 dB: dB = 10 log10(PI / PO)
• 전압 비율의 dB: dB = 20 log10(VI / VO) 
• T형 과 Π 형 섹션 감쇠기는 가장 일반적인 회로 구성입니다.

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