Pasif Zayıflatıcılar / Passive Attenuators

Zayıflatıcılar, kaynak tarafından sağlanan gücü, bağlı yük için uygun bir seviyeye zayıflatmak için tasarlanmış iki girişli dirençli bir ağdır.

Pasif zayıflatıcı, bağlı yüke verilen güç miktarını ya tek bir sabit miktar, ya da değişken bir miktar ya da bir dizi bilinen değiştirilebilir adımla azaltır. Zayıflatıcılar genellikle daha güçlü bir sinyali zayıflatmak için radyo, uydu, iletişim ve iletim hattı uygulamalarında kullanılır.

Pasif Zayıflatıcı, sinyallerin etkilerini azaltmak için osilatörlerin veya amplifikatörlerin empedans eşleşmesini sağlamak için sinyal seviyelerini ayarlayarak dinamik ölçüm ekipmanı aralığını genişletmek için çok çeşitli elektronik ekipmanlarda kullanılan tamamen pasif dirençli bir ağdır (dolayısıyla besleme yoktur). Uygun olmayan giriş/çıkış sonlandırmaları veya basitçe gösterildiği gibi uygulamalarına bağlı olarak farklı devre aşamaları arasında izolasyon sağlamak için kullanılır.

Basit zayıflatıcı ağlar (“pedler” olarak da bilinir), sabit bir “zayıflama” derecesi üretmek veya önceden belirlenmiş adımlarda değişken miktarda zayıflama vermek için tasarlanabilir. Genellikle “zayıflatıcı ped” olarak bilinen standart sabit zayıflatıcı ağlar, 0 dB’den 100 dB’ye kadar belirli değerlerde mevcuttur. Değişken ve anahtarlamalı zayıflatıcılar, anahtarlanan her adım için zayıflamada kalibre edilmiş bir artış gösteren temel olarak ayarlanabilir direnç ağlarıdır, örneğin anahtar konumu başına -2dB veya -6dB’lik adımlar.

O zaman bir Zayıflatıcı, faz kayması olmaksızın tüm frekanslarda çıkış elektrik sinyalinin “bozulmasız” zayıflamasını üretmek için tasarlanmış dört terminalli (iki portlu) pasif dirençli bir ağdır (transistörler ve entegre devreler kullanan aktif tipler de mevcuttur). Pasif tip bir RC filtre ağından farklı olarak ve bu nedenle bunu başarmak için zayıflatıcılar, reaktif elemanlar frekans ayrımcılığı vereceğinden, saf endüktif olmayan ve tel sargılı dirençlerden yapılmamalıdır.

Zayıflatıcılar, tipik bir zayıflatıcı olan dirençli voltaj bölücü devresi ile kazancı azalttıkları için amplifikatörlerin tersidir. Belirli bir ağdaki zayıflama miktarı şu oran ile belirlenir: Çıkış/Giriş. Örneğin, bir devreye giriş voltajı 1 volt (1V) ve çıkış voltajı 1 mili-volt (1mV) ise, zayıflama miktarı 1mV/1V’dir, bu da 0,001’e veya 1000’inci azalmaya eşittir.

Bununla birlikte, zayıflama faktörü olarak adlandırılan dirençli bir zayıflatıcı şebekenin sahip olabileceği zayıflama miktarını belirlemek veya ifade etmek için voltaj, akım ve hatta güç oranlarının kullanılması kafa karıştırıcı olabilir, bu nedenle pasif zayıflatıcı için zayıflama derecesi normal olarak bir logaritmik kullanılarak ifade edilir. desibel (dB) olarak verilen ölçek, 0,001 gibi küçük sayılarla başa çıkmayı kolaylaştırır.

Zayıflama Dereceleri

Bir zayıflatıcının performansı, giriş sinyalinin frekansına oktav başına düştüğü desibel sayısı ile ifade edilir. “dB” olarak kısaltılan desibel, genellikle voltaj, akım veya güç oranının logaritması veya “log” ölçüsü olarak tanımlanır ve bir Bel’in (B) onda birini 1/10’unu temsil eder. Başka bir deyişle, bir Bel yapmak için 10 desibel gerekir. Daha sonra tanım gereği, bir giriş sinyali (Vin) ile bir çıkış sinyali (Vout) arasındaki oran desibel olarak şu şekilde verilir:

Desibelin (dB) logaritmik bir oran olduğunu ve bu nedenle birimi olmadığını unutmayın. Yani -140dB değeri 1:10.000.000 birimlik bir zayıflamayı veya 10 milyona 1 oranını temsil eder.

Pasif zayıflatıcı devrelerde, giriş değerini 0 dB referans noktası olarak atamak genellikle uygundur. Bu, giriş sinyalinin veya voltajın gerçek değeri ne olursa olsun, zayıflamanın çıkış değerlerini karşılaştırmak için bir referans olarak kullanıldığı ve bu nedenle 0 dB değerine atandığı anlamına gelir. Bu referans noktasının altındaki herhangi bir çıkış sinyali voltajı değerinin negatif dB değeri ( -dB ) olarak ifade edileceği anlamına gelir.

Örneğin, -6dB’lik bir zayıflama, değerin 0 dB giriş referansının 6 dB altında olduğunu gösterir. Benzer şekilde, eğer çıktı/girdi oranı birden küçükse, örneğin 0.707 ise bu, 20 log(0.707) = -3dB’ye karşılık gelir. Çıkış/giriş oranı = 0,5 ise, bu 20 log(0.5) = -6 dB’ye tekabül eder ve bu böyle devam eder ve hesaplama zamanında tasarruf etmek için standart elektrik zayıflama tabloları mevcuttur.

Pasif Zayıflatıcı Hesaplama Örneği

Pasif bir zayıflatıcı devrenin -32dB’lik bir ekleme kaybı ve 50mV’luk bir çıkış voltajı vardır. Giriş voltajının değeri ne olacaktır?

-1.6’nın antilogu (log-1) şu şekilde verilir:

Çıkış voltajı 32 desibel zayıflama ile üretilirse, 2,0 voltluk bir giriş voltajı gerekir.

Standart Zayıflama Tablosu

Zayıflatıcının bir elektrik devresine eklenmesiyle desibel cinsinden ifade edilen voltaj, akım veya güçteki bu azalma, ekleme kaybı olarak bilinir ve minimum kayıp zayıflatıcı tasarımları, eşit olmayan empedanslı devreleri eşleşen ağda minimum kayıpla eşleştirir.

Artık pasif bir zayıflatıcının ne olduğunu bildiğimize göre, bir sinyalin güç veya voltaj seviyesini azaltmak veya “zayıflatmak” için nasıl kullanılabileceğini bildiğimize göre, desibel cinsinden ifade edilen bir miktarda çok az veya hiç bozulma ve ekleme kaybı sağlamaz.

Pasif Zayıflatıcı Tasarımı

Voltaj Bölücü Devre, en basit pasif zayıflatıcı devre türü olan zayıflatıcı devrelerde dirençlerin düzenlenebileceği birçok yol vardır. Potansiyel yani voltaj bölücü devresi, devre şeması ters çevrilmiş bir “L”ye benzediği için genellikle “L-pad” zayıflatıcı olarak bilinir.

Ancak, dirençli bileşenleri nasıl birbirine bağladığınıza bağlı olarak “T-pad” zayıflatıcı ve “Pi-pad” (π) zayıflatıcı gibi diğer yaygın zayıflatıcı ağ türleri de vardır. Bu üç yaygın zayıflatıcı türü aşağıda gösterilmiştir.

Yukarıdaki zayıflatıcı devre tasarımları, her iki tipin hareketi aynı olacak şekilde “dengeli” veya “dengesiz” biçimde düzenlenebilir. “T-pad” zayıflatıcısının dengeli versiyonuna “H-pad” zayıflatıcısı, “π-pad” zayıflatıcısının dengeli versiyonuna ise “O-pad” zayıflatıcısı denir. Ayrıca köprülü T tipi zayıflatıcılar da mevcuttur.

Dengesiz bir zayıflatıcıda, dirençli elemanlar iletim hattının sadece bir tarafına bağlanırken diğer tarafı daha yüksek frekanslarda sızıntıyı önlemek için topraklanır. Genel olarak, zayıflatıcı şebekenin topraklanmış tarafı dirençli elemanlara sahip değildir ve bu nedenle “ortak hat/common” olarak adlandırılır.

Dengeli bir zayıflatıcı konfigürasyonunda, aynı sayıda dirençli eleman, dengeli paralel dirençlerin oluşturduğu bir merkez noktasında bulunan toprak ile iletim hattının her iki tarafına eşit olarak bağlanır. Genel olarak, dengeli ve dengesiz zayıflatıcı ağlar birbirine bağlanamaz, çünkü bu, dengeli ağın yarısının dengesiz konfigürasyon yoluyla toprağa kısa devre yapmasına neden olur.

Anahtarlı Zayıflatıcılar

Gerekli zayıflama derecesini elde etmek için tek bir zayıflatıcıya sahip olmak yerine, belirli zayıflama adımlarında zayıflama miktarını artırmak için ayrı zayıflatıcı pedleri birbirine bağlanabilir veya kademeli hale getirilebilir. Çok kutuplu döner anahtarlar, basmalı anahtarlar veya ayarlı basmalı düğme anahtarları, 1dB’den 100dB’ye veya daha fazlasına kadar istenen herhangi bir sırada sabit zayıflatıcı ağları bağlamak veya atlamak için de kullanılabilir, bu da anahtarlamalı zayıflatıcı ağları tasarlamayı ve oluşturmayı kolaylaştırır.  Uygun zayıflatıcıları devreye sokarak, zayıflama aşağıda gösterildiği gibi sabit adımlarla artırılabilir veya azaltılabilir.

Burada, her bir zayıflatıcının bir öncekinin (1-2-4-8) iki katı bir değere sahip olduğu bir seri merdiven ağında birbirine basamaklandırılmış dört bağımsız dirençli zayıflatıcı ağ vardır. Her zayıflatıcı ağı, 1dB’lik adımlarla 0dB’den -15dB’ye değiştirilebilen bir adım ayarlama zayıflatıcı devresi üreten ilgili anahtarın gerektirdiği şekilde sinyal yolunun “içine” veya “dışarına” çevrilebilir.

Bu nedenle, devre tarafından sağlanan toplam zayıflama miktarı, “IN” anahtarlı dört zayıflatıcı şebekenin toplamı olacaktır. Dolayısıyla, örneğin -5dB’lik bir zayıflama, SW1 ve SW3 anahtarlarının bağlanmasını gerektirir ve -12dB’lik bir zayıflama, SW3 ve SW4 anahtarlarının bağlanmasını gerektirir.

Özetle

• Bir zayıflatıcı, sinyal dalga biçimini bozmadan bir sinyalin genliğini veya gücünü azaltan dört terminalli bir cihazdır, bir zayıflatıcı belirli bir miktarda kayıp oluşturabilir.
• Zayıflatıcı ağ, kaynak sinyalinin büyüklüğünü yük için uygun bilinen bir miktar kadar azaltmak için bir kaynak ve bir yük devresi arasına yerleştirilir.
• Zayıflatıcılar, -0.5dB, -1dB, -10dB, vb. bilinen zayıflama adımlarında sabit, tamamen değişken veya değişken olabilir.
• Bir zayıflatıcı, simetrik veya asimetrik formda ve dengeli veya dengesiz olabilir.
• “Ped” olarak da bilinen sabit zayıflatıcılar, eşit olmayan empedansları “eşleştirmek” için kullanılır.
• Bir zayıflatıcı, bir amplifikatörün tam tersidir.
• Zayıflatıcılar genellikle basit voltaj bölücü ağlardan yapılan pasif cihazlardır. Farklı dirençler arasında geçiş, ayarlanabilir kademeli zayıflatıcılar ve potansiyometre kullanılarak sürekli ayarlanabilen zayıflatıcılar kullanılabilir.

Zayıflatıcının tasarımını basitleştirmek için bir “K” sabit değeri kullanılabilir. Bu “K” değeri, belirli bir dB zayıflama değerine karşılık gelen voltaj, akım veya gücün oranıdır ve şu şekilde verilir:

Aşağıdaki tabloda verilen farklı zayıflama miktarları için “K” değerleri adı verilen bir dizi sabit değer üretebiliriz.

“Zayıflatma pedleri” olarak adlandırılan sabit değerli zayıflatıcılar, esas olarak radyo frekansı (Rf) iletim hatlarında voltajı düşürmek, gücü dağıtmak veya çeşitli uyumsuz devreler arasındaki empedans uyumunu iyileştirmek için kullanılır.

Ön amplifikatör veya ses güç amplifikatörlerindeki hat seviyesi zayıflatıcıları, 0,5 watt’lık bir potansiyometre veya bir ses sinyalinin genliğini hoparlöre ulaşmadan önce azaltmak ve çıkışın sesini azaltmak için tasarlanmış voltaj bölücü L-pad kadar basit olabilir.

Ölçüm sinyallerinde, ölçümleri mümkün kılmak için sinyalin genliğini bilinen bir miktarda düşürmek veya ölçüm cihazını aksi takdirde zarar verebilecek yüksek sinyal seviyelerinden korumak için yüksek güçlü zayıflatıcı pedler kullanılır.

Zayıflatıcılarla ilgili bir sonraki derste, sadece iki dirençli bileşen kullanılarak yapılabilen, yaygın olarak “L-tipi” veya “L-pad” zayıflatıcı olarak adlandırılan en temel dirençli zayıflatıcı ağ tipine bakacağız. “L-pad” zayıflatıcı devresi ayrıca gerilim veya potansiyel bölücü devre olarak da kullanılabilir.