GYIK: Mi az a csillapító?

Mark Blackwoodtól, a Pasternack passzív alkatrészek termékmenedzserétől

A csillapítók olyan elektromos alkatrészek, amelyeket arra terveztek, hogy csökkentsék az alkatrészen áthaladó jel amplitúdóját anélkül, hogy jelentősen rontanák a jel integritását. RF és optikai alkalmazásokban használják őket. Az RF csillapítókat általában elektronikus áramkörökben, míg az optikaiakat száloptikában használják. Alapvetően hatféle RF-konstrukció létezik: fix, lépcsős, fokozatmentesen változtatható, programozható, egyenáramú előfeszítés és egyenáramú blokkolás.

A csillapítók legfontosabb specifikációi közé tartozik a decibelben (dB) mért csillapítás, a frekvenciatartomány (MHz), a teljesítmény (W) és az impedancia (Ohm).

Fixed attenuators

A csillapítók általában egy olyan ellenállású hálózatból állnak, amely lehetővé teszi a hő bizonyos sebességű elvezetését. Van néhány alapvető elrendezés – a “T” konfiguráció, az “L” konfiguráció és a “pi” konfiguráció. Ezek a bevált elrendezések már rendelkeznek meghatározott egyenletekkel és ellenállásértékekkel, amelyek segítségével a frekvenciatartományban a karakterisztikus impedancia (Z0) megadható, és aszimmetrikus áramkörökkel rendelkező kiegyensúlyozatlan csillapítóként is ismertek. A “T” csillapító kiegyensúlyozott vagy szimmetrikus áramkörű, változatát “H” konfigurációnak, a Pi csillapító kiegyensúlyozott változatát pedig “O” konfigurációnak nevezik.

A fix csillapítókat ezek az ellenállásos hálózatok állítják be fix és változatlan csillapításra. Ezeket a jelútvonalakban helyezik el, hogy csökkentsék az átvitt teljesítményt. Lehetnek felületre szerelt, hullámvezető vagy koaxiális típusok. Az alkalmazástól függően a csillapító lehet irányított vagy kétirányú. Egy jel csak a bemenetről a kimenet felé haladhat egy irányított csillapítóban, míg egy kétirányú csillapítóban mindkét irányba haladhat. A chip-alapú csillapítók esetében az ellenállás egy hővezető szubsztrátra lerakott különböző anyagokon keresztül alakul ki, és az eljárástól függően – vastag film vagy vékony film – a fizikai méretek és a felhasznált anyag mind egy adott ellenállási értéket eredményez. Folyamatosan változtatható csillapító ellenállás ellenállásrudak és ellenálláskorongok összeállításával is elérhető; mégis, sokan chipekből építkeznek.

Szintetikus csillapító

A lépcsős csillapítók alapvetően fix csillapítók, mivel ezek még mindig passzív alkatrészek, amelyek különböző ellenállású hálózatokból állnak, hogy egy adott csillapítást hozzanak létre. A csillapítási értéket egy kézi nyomógomb vagy egy forgókapcsoló forgatása alapján lehet kiválasztani. A lépcsős csillapítók, ellentétben a változtatható csillapítókkal, csak előre kiosztott lépések alapján képesek csillapítási értéket generálni. Például egy nyomógombos lépcsős csillapító 0-tól 45,5 dB-ig mehet, és a gombok elrendezésétől függően 0,5 dB-es lépésekben növelhető.

Folyamatosan változó csillapítók
A folyamatosan változó csillapítók kézzel állíthatók úgy, hogy egy meghatározott tartományon és felbontáson belül bármilyen csillapítási értéket kapjanak. Az aktív, fokozatmentesen változtatható csillapítókban a fix csillapítókban és a lépcsős csillapítókban lévő ellenálláshálózatokat szilárdtest-elemekkel, például fémoxid-félvezető térhatású tranzisztorokkal (MOSFET) vagy PIN-diódákkal helyettesítették. Egy adott csillapítás nagyobb felbontással változtatható a FET-en átmenő feszültség vagy a diódán átmenő áram szabályozásával, mint a passzív ellenállású hálózatokkal. A csillapítás kézzel vagy elektronikusan, motorral vezérelhető egy adott csillapítás fenntartása érdekében.

Programozható csillapító
A programozható csillapító, más néven digitális lépcsős csillapító egy külső feszültséggel vezérelt alkatrész. Ez a külső vezérlés általában számítógépes vezérlésű. Ezeket gyakran tranzisztor-tranzisztor logikai (TTL) bemenetekkel vezérlik, és a lépésméretek jellemzően 1, 2, 4, 8, 16 és 32-esek. A TTL vezérelt csillapítók logikai szintje “0”, ha az adott csillapítónál alkalmazott feszültség kisebb, mint 1 V, és “1” logikai szint, ha az alkalmazott feszültség jellemzően 3 V vagy magasabb. Ezek a logikai szintek vezérlik az egypólusú, kétsoros (SPDT) kapcsolókat, amelyek a különböző csillapítókat a kívánt csillapítást eredményező jelútban kapcsolják össze. A programozható csillapítók területén léteznek USB-vezérlésű kivitelek is, amelyek egyszerűsítik a csillapító és a számítógép közötti párosítást. Gyakran csomagolják őket bevált szoftverrel, hogy az eszköz vezérlése könnyen lehetővé váljon.

Dc átmenő csillapító
A DC előfeszítésű csillapítók, más néven dc előfeszítésű átmenő csillapítók, átvezetik az egyenáramot, miközben az RF jelet is csillapítják. Ezek általában olyan kapacitással rendelkeznek a csillapító bemenetén és kimenetén, amely megakadályozza, hogy az egyenáram átmenjen rajta, de az RF jelet átengedi – az egyenáramú jel megkerüli a csillapítót egy másik úton keresztül a kimenetre.

Dc blokkoló csillapítók
A DC blokkoló csillapítók hasonlóak a dc előfeszítésű kialakításokhoz abban, hogy blokkolják az egyenáramú jelet; a különbség az, hogy az egyenáramot teljesen blokkolják anélkül, hogy az alkatrész kimenetére menne egy kimenet. Az egyenáramú blokkolás sorba helyezhető a középső vezetővel, amelyet “belső egyenáramú blokkolásnak” is neveznek – sorba helyezhető a külső vezetővel is, amelyet “külső egyenáramú blokkolásnak” is neveznek. Vannak olyan dc-blokkoló csillapítók is, amelyekben mind a belső, mind a külső dc-blokk megtalálható.

Hullámvezető csillapítók

A hullámvezető csillapítók egy RF jelet csillapítanak egy hullámvezető rendszerben; ezt jellemzően egy ellenállásos filmnek a hullámvezető közepén történő rögzítésével érik el. A fokozatmentesen változtatható hullámvezető csillapító jellemzően egy csavarral állítja be ezt az ellenállásos anyagot a hullámvezető falának egyik oldalától a középpontig; ebben az esetben az ellenállásos anyagot úgy alakítják ki, hogy lineárisan változzon a csillapítás. Egyes hullámvezető-konstrukciók lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy kézzel, tárcsával adjon meg egy értéket egy adott csillapítás eléréséhez. Ez leegyszerűsíti a folyamatot, mivel egy fokozatmentesen változtatható hullámvezető csillapítóban kivágja a csavar beállításának lépését, és a csillapítás mérését a kívánt érték eléréséig.

Optikai csillapítók
Az optikai csillapítók elektronhullámok helyett fényhullámokat csillapítanak, így ez a csillapító jellemzően fényt elnyelő vagy eloszlató alkatrészként működik. Az RF-kialakításokhoz hasonlóan többféle optikai kialakítás létezik, amelyeket kifejezetten egy alkalmazáshoz terveztek. A fix optikai csillapítók jellemzően adalékolt szálakat vagy eltolt illesztéseket használnak a fény szétszórására. A változtatható optikai csillapítók hasonlóak az RF változó csillapítókhoz és a programozható lépcsős csillapítókhoz, mivel kézzel vagy elektronikusan vezérelhetők egy adott csillapítás elérése érdekében.

1. http://www.radio-electronics.com/info/rf-technology-design/attenuators/rf-attenuators-basics-tutorial.php
2. http://www.microwaves101.com/encyclopedias/441-switchable-attenuators-microwave-encyclopedia-microwaves101-com#digital
3. http://www.electronics-tutorials.ws/attenuators/attenuator.html
4. http://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-1/attenuators/
5. http://www.microwaves101.com/encyclopedias/variable-attenuators
6. http://www.rfcafe.com/references/electrical/ew-radar-handbook/attenuators-filters-dc-blocks-attenuators.htm
7. https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_attenuator
8. https://www.nanog.org/meetings/nanog48/presentations/Sunday/RAS_opticalnet_N48.pdf
9. https://www.equipland.com/objects/catalog/product/extras/6234_Jdsu%20Attenuator.pdf
10. http://www.electronics-tutorials.ws/attenuators/attenuator.html
11. http://www.pasternack.com/attenuators-category.aspx
12. http://www.rfwireless-world.com/Terminology/waveguide-microwave-attenuator.html