衰减器原理及其设计

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衰减器广泛地应用于电子设备中，它的主要用途是：
（1）调整电路中信号的大小；
（2）在比较法测量电路中，可用来直读被测网络的衰减值；
（3）改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。
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。