L-tipi Zayıflatıcı / L-pad Attenuator

Temel biçiminde, L-pad Zayıflatıcı, daha düşük bir voltaj üretmek için birçok elektrik ve elektronik devrede kullanılan çok basit bir voltaj bölücü ağdır. Bu seferki fark, bu tip zayıflatıcının frekansa bağlı devrelerde bir iletim hattında zayıflama oluşturmak veya dengesiz kaynak ve yük ağlarının empedanslarını eşleştirmek için kullanılmasıdır.

L-pad zayıflatıcı, aşağıda gösterildiği gibi bir voltaj bölücü ağı oluşturan bu iki direnç arasındaki oran ile bir voltaj kaynağı boyunca birbirine bağlanmış seri halinde iki dirençli elemandan oluşur.

l pad

L-pad zayıflatıcı tasarımının, giriş voltajını bir miktar azaltmak için kullanılan voltaj bölücü devre ile aynı olduğunu görebiliriz. İki direnç, giriş voltajının tamamı boyunca seri olarak bağlanırken, çıkış sinyali veya voltajı yalnızca bir direnç boyunca alınır, iki dirençli eleman ters çevrilmiş bir “L” harfi şeklini ve dolayısıyla adlarını “L” oluşturur. Bu tip devreler için zayıflama Vout/Vin olarak verilir.

Giriş direnci R1 çıkış ile seri, direnç R2 ise çıkış ve dolayısıyla yük ile paraleldir. Daha sonra bu “L” şeklindeki düzenlemenin sağladığı çıkış gerilimi, gösterildiği gibi bu iki direnç değerinin oranına eşit bir faktöre bölünür.

l pad

L-pad zayıflatıcı tamamen dirençli bileşenlerden yapıldığından, zayıflatıcıda faz kayması yoktur. Zayıflatıcının kaynak ile yük arasına yerleştirilmesi kaynak gerilimini değiştirmemeli ve bu nedenle kaynağın gördüğü direnç her zaman aynı kalmalıdır. İki direnç elemanı sabit değerlere sahip olduğundan, yükün empedansı sonsuz değilse, zayıflama oluşur ve dolayısıyla empedansı değişir. Sonuç olarak, L-pad zayıflatıcı, yalnızca bir yönde yalnızca bir empedans eşleşmesi sağlayabilir.

L-pad zayıflatıcıları, kaynak ve yük arasındaki empedansı eşleştirirken maksimum güç aktarımı sağlamak için daha büyük veya daha güçlü bir sinyali azaltmak için ses uygulamalarında yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, kaynağın empedansı, yükün empedansından farklıysa, L-pad zayıflatıcı her iki empedansa ayrı ayrı değil, her iki empedansa birlikte uyacak şekilde yapılabilir.

Bunun nedeni, dirençli elemanların düzenlenmesinin, ağa her iki yönden bakıldığında aynı empedansı üretmemesidir. Başka bir deyişle, L-pad zayıflatıcı asimetrik bir zayıflatıcıdır ve bu nedenle, her iki yönde eşit olmayan iki empedansı eşleştirmek için bir zayıflama ağı gerekiyorsa, simetrik “T-pad” veya “Pi-pad” gibi diğer zayıflatıcı türleri kullanılmalıdır.

Eşit Empedanslı L-pad Zayıflatıcı

Daha önce bahsettiğimiz gibi, bir pasif zayıflatıcı, sinyalde herhangi bir bozulma oluşturmadan bir ses veya radyo frekansı sinyalinin güç veya sinyal seviyesini azaltmak için tasarlanmış dirençli bir ağdır. Bazen bir ses yükselticisinin çıkışı çok yüksek olabilir ve bu sinyali bir hoparlöre beslemek için zayıflatmak gerekir. Örneğin, çıkış kaynağı empedansı (ZS) 8Ω, bir hoparlör yükünü besleyen (ZL) 8Ω olan bir amplifikatörden iletilen gücü 6dB azaltmak istediğimizi varsayalım. R1 ve R2 dirençlerinin değerleri aşağıdaki gibidir.

l pad

Kaynak empedansı yönüne bakıldığında iki eşit empedans ( ZS = ZL ) arasına bağlanan L-pad zayıflatıcı devresi için denklem böyle olacaktır:

l pad

Zayıflatıcının tasarımını ve matematiği  basitleştirmek için yukarıdaki zayıflatıcı denkleminde bir “K” değeri kullanılabilir. Bu “K” değeri, belirli bir zayıflama değerine karşılık gelen voltaj, akım veya gücün oranıdır. “K” için genel denklem şu şekilde verilir:

l pad

Yani örneğimizde 6dB’lik bir voltaj zayıflaması için “K” değeri 10(6/20) = 1,9953 olacaktır. Zayıflama için bu değeri iki denkleme yerleştirelim:

l pad

Daha sonra kaynak empedansı ZS yönüne bakan iki eşit empedans arasında, seri direncin değeri R1 4Ω ve paralel direncin değeri R2 8Ω’dir.

Bu tip L-pad zayıflatıcı konfigürasyonuyla ilgili sorun, empedans eşleşmesinin seri direnç R1 yönünde olması ve empedans “uyumsuzluğunun” paralel direnç R2’ye doğru olmasıdır. Bununla ilgili sorun, zayıflama seviyesi arttıkça bu uyumsuzluğun giderek daha büyük hale gelmesi ve yüksek zayıflama değerlerinde paralel direncin değerinin bir Ohm’un kesirleri haline gelmesidir.

Örneğin, -32dB zayıflamada R1 ve R2 değerleri 7,8Ω ve 0,2Ω olur, bu 200mΩ etkin bir şekilde hoparlörü kısa devre yapar ve bu da amplifikatörün çıkış devresi üzerinde ciddi bir etkiye sahip olabilir.

Kaynağa aşırı yüklenmeden zayıflamayı arttırmanın bir yolu, empedansı, yük empedansı, ZL yönünde devre ile eşleştirmektir. Ancak şimdi L-pad zayıflatıcı devresine paralel direnç tarafından baktığımız için denklemler biraz farklıdır. Daha sonra eşit empedanslar arasında ve yükten bakıldığında empedans eşleşmesi ile R1 ve R2 değerleri veya dirençleri aşağıdaki gibi hesaplanır:

l pad

Zayıflamayı -32dB’ye çıkardığını biliyorsak, dirençlerin değeri sırasıyla R1 = 310Ω ve R2 = 8.2Ω olur ve bu değerler bağlı olduğu kaynak devresi için yeterince güvenlidir.

Eşit Olmayan Empedanslı L-pad Zayıflatıcı

Şimdiye kadar, bir sinyalin zayıflamasını sağlamak için L-pad Zayıflatıcısını eşit empedanslar arasında bağlamaya baktık. Ancak iki eşit olmayan devrenin empedanslarını eşleştirmek için “L-pad zayıflatıcısını” da kullanabiliriz. Bu empedans eşleşmesi, daha büyük veya daha küçük empedans yönünde olabilir, ancak her ikisinde birden olmayabilir. Zayıflatıcının konfigürasyonu öncekiyle aynı olacaktır, ancak iki eşit olmayan empedansı eşleştirmede kullanılan denklemler gösterildiği gibi farklıdır.

Eşit olmayan iki empedans arasında, empedans eşleşmesi kaynaktan gelen iki empedanstan daha küçüğüne doğrudur.

l pad
Küçük Empedansa Doğru Empedans Eşleşmesi

Eşit olmayan iki empedans arasında, empedans eşleşmesi, yükten gelen iki empedanstan daha büyük olana doğrudur.

l pad
Daha Büyük Empedansa Doğru Empedans Eşleşmesi

L-pad Zayıflatıcı Örneği

75Ω kaynak empedansına sahip bir sinyal iletim hattı, maksimum -12dB gösterimi olan 50Ω empedanslı bir sinyal gücü ölçere bağlanacaktır. Sayacı maksimum güçte çalıştırmak için bir L-pad zayıflatıcı devresinde gereken dirençlerin değerlerini hesaplayın.

Daha küçük 50Ω değerine doğru empedans eşleşmesi ile R1 ve R2 dirençleri aşağıdaki gibi hesaplanır.

l pad

Direnç R1, 59.6Ω’a eşittir ve R2, 22.2Ω’ye veya en yakın tercih edilen değerlere eşittir.

L-pad zayıflatıcı, sabit bir zayıflama miktarı sağlayarak bir empedansı diğerine mükemmel şekilde eşleştirmek için kullanılabilir, ancak ortaya çıkan devre “kayıplı” olur. Bununla birlikte, sabit bir zayıflama miktarı önemli değilse ve kaynak ile yük arasında yalnızca minimum ekleme kaybı gerekiyorsa, dirençleri hesaplamak için aşağıdaki denklemler kullanılarak L-pad zayıflatıcısı eşit olmayan iki empedansı eşleştirmek için kullanılabilir.

Minimum Ekleme Kaybı

Direnç R1 daha büyük empedansın tarafındadır ve direnç R2 daha küçük empedansın tarafındadır ve yukarıdaki örneğimizde bu sırasıyla 75Ω ve 50Ω olacaktır. Bu nedenle, bir kaynak ve bir yük arasına bağlanan bir L-pad zayıflatıcısının desibel cinsinden minimum ekleme kaybı şu şekilde verilir:

l pad

Özetle

Bu öğreticide, bir L-pad zayıflatıcı devresinin, kaynak ve yükün empedanslarını eşleştirirken bir sinyalin gücünü azaltmak için kullanılabilen pasif ve tamamen dirençli bir ağ olduğunu gördük. L-pad zayıflatıcıları, bir hoparlöre veya kulaklıklara iletilen bir amplifikatör tarafından üretilen ses sinyalini azaltmak için ses elektroniğinde yaygın olarak kullanılır.

Bununla birlikte, “L-pad zayıflatıcının” ana dezavantajlarından biri, L-pad zayıflatıcısının sabit bir empedans cihazı olması nedeniyle, düşük güç ayarlarında zayıflatıcının yüke gönderilmeyen tüm enerjiyi ısıya dönüştürmesidir. Ayrıca, çok daha yüksek frekanslarda veya bir zayıflatıcı devresinin gerekli olduğu durumlarda, giriş ve çıkışı mükemmel bir şekilde eşleştirir ve diğer geliştirilmiş zayıflatıcı tasarımları kullanılır.

Pasif Zayıflatıcılarla ilgili bir sonraki derste, dengeli bir zayıflatıcı üretmek için üç dirençli bileşen kullanan T-pad Zayıflatıcı adı verilen başka bir zayıflatıcı tasarımına bakacağız.