FAQ: Cosa sono gli attenuatori?

Da Mark Blackwood, Passive Components Product Manager di Pasternack

Gli attenuatori sono componenti elettrici progettati per ridurre l’ampiezza di un segnale che passa attraverso il componente, senza degradare significativamente l’integrità di quel segnale. Sono utilizzati in applicazioni RF e ottiche. Gli attenuatori RF sono generalmente usati nei circuiti elettronici, mentre quelli ottici sono usati nelle fibre ottiche. Ci sono essenzialmente sei diversi tipi di design RF: fisso, a passi, continuamente variabile, programmabile, dc bias e dc blocking.

Le specifiche chiave di un attenuatore da considerare includono l’attenuazione misurata in decibel (dB), gamma di frequenza (MHz), gestione della potenza (W), e impedenza (Ohm).

Assorbitori fissi

Gli attenuatori consistono tipicamente in una rete resistiva che permette al calore di dissiparsi ad una certa velocità. Ci sono alcuni layout di base: la configurazione “T”, la configurazione “L” e la configurazione “pi”. Queste configurazioni stabilite hanno già delle equazioni fisse e dei valori di resistenza che possono essere utilizzati per ottenere l’impedenza caratteristica (Z0) attraverso una gamma di frequenze, e sono anche conosciuti come attenuatori sbilanciati con circuiti asimmetrici. Il circuito bilanciato o simmetrico, versione dell’attenuatore “T”, è conosciuto come la configurazione “H”, e la versione bilanciata dell’attenuatore Pi, è conosciuta come la configurazione “O”.

Gli attenuatori fissi sono impostati su un’attenuazione fissa e immutabile da queste reti resistive. Sono collocati nei percorsi del segnale per diminuire la potenza trasmessa. Possono essere di tipo superficiale, a guida d’onda o coassiale. A seconda dell’applicazione, un attenuatore può essere direzionale o bidirezionale. Un segnale può andare solo dall’ingresso all’uscita in un attenuatore direzionale e può viaggiare in entrambe le direzioni in un attenuatore bidirezionale. Per un attenuatore basato su chip, una resistenza è sviluppata attraverso vari materiali depositati su un substrato termicamente conduttivo, e a seconda del processo – film spesso o film sottile – le dimensioni fisiche e il materiale utilizzato produrranno un particolare valore di resistenza. Una resistenza variabile continua dell’attenuatore può anche essere ottenuta disponendo un assemblaggio di aste resistive e dischi resistivi; ancora, molti sono costruiti usando chip.

Assorbitore a gradini

Gli attenuatori a gradini sono fondamentalmente attenuatori fissi, poiché sono ancora componenti passivi che comprendono varie reti resistive per generare una particolare attenuazione. Il valore di attenuazione può essere selezionato sulla base di un pulsante manuale, o la rotazione di un interruttore rotativo. Gli attenuatori a passi, a differenza degli attenuatori variabili, possono generare un valore di attenuazione solo in base a passi preassegnati. Per esempio, un attenuatore a gradini a pulsante può andare da 0 a 45,5 dB e, a seconda della disposizione dei pulsanti, può essere aumentato in incrementi di 0,5 dB.

Assorbitori continuamente variabili
Gli attenuatori continuamente variabili possono essere regolati manualmente per produrre qualsiasi valore di attenuazione entro un intervallo e una risoluzione specificati. In un attenuatore attivo continuamente variabile, le reti di resistenze che si trovano negli attenuatori fissi e negli attenuatori a gradini sono state sostituite da elementi a stato solido come i transistor a effetto di campo a semiconduttori a ossido metallico (MOSFET) o i diodi PIN. Una particolare attenuazione può essere variata con maggiore risoluzione controllando la tensione attraverso il FET o la corrente attraverso il diodo, rispetto alle reti resistive passive. L’attenuazione può essere controllata manualmente o elettronicamente con un motore per mantenere una particolare attenuazione.

Assorbitore programmabile
L’attenuatore programmabile, noto anche come attenuatore digitale a passi, è un componente controllato da una tensione esterna. Questo controllo esterno è generalmente guidato dal computer. Sono spesso controllati da ingressi TTL (transistor-transistor logic), e le dimensioni del passo sono tipicamente 1, 2, 4, 8, 16 e 32. Gli attenuatori controllati TTL hanno un livello logico di ‘0’ quando la tensione applicata a un particolare attenuatore è inferiore a 1 V, e un livello logico di ‘1’ quando la tensione applicata è tipicamente 3 V o superiore. Questi livelli logici controllano gli interruttori SPDT (single-pole, double-throw) che collegano i vari attenuatori in un percorso del segnale che produce un’attenuazione desiderabile. Nel regno degli attenuatori programmabili, ci sono anche progetti controllati via USB per semplificare l’accoppiamento dall’attenuatore al computer. Spesso, sono confezionati con un software stabilito, per avere un controllo facilmente abilitato del dispositivo.

Assorbitore di passaggio DC
Gli attenuatori di passaggio DC, noti anche come attenuatori di passaggio DC bias, passano il DC mentre attenuano il segnale RF. Hanno generalmente una capacità sull’ingresso e sull’uscita dell’attenuatore che blocca il dc dal passarci sopra, ma permette al segnale RF di passare – il segnale dc bypassa l’attenuatore attraverso un altro percorso verso l’uscita.

Attenuatori di blocco dc
Gli attenuatori di blocco dc sono simili ai progetti di bias dc in quanto bloccano il segnale dc; la differenza è che il dc è completamente bloccato senza un’uscita che va all’uscita del componente. Il blocco dc può essere posto in serie con il conduttore centrale, noto anche come “blocco dc interno” – può anche essere posto in serie con il conduttore esterno, noto come “blocco dc esterno”. Ci sono anche attenuatori di blocco dc con entrambi i blocchi dc interni ed esterni.

Attenuatori a guida d’onda

Gli attenuatori a guida d’onda attenueranno un segnale RF in un sistema a guida d’onda; questo è tipicamente realizzato fissando una pellicola resistiva al centro della guida d’onda. Un attenuatore a guida d’onda continuamente variabile usa tipicamente una vite per regolare questo materiale resistivo da un lato della parete della guida d’onda al centro; in questo caso, il materiale resistivo è modellato per produrre una variazione lineare dell’attenuazione. Alcuni progetti di guide d’onda permettono all’utente di inserire manualmente un valore, usando un quadrante, per ottenere un’attenuazione specifica. Questo semplifica il processo eliminando la fase di regolazione della vite in un attenuatore a guida d’onda continuamente variabile e dovendo misurare l’attenuazione fino a raggiungere il valore desiderato.

Assorbitori ottici
Gli attenuatori ottici attenuano le onde luminose invece delle onde elettroniche, quindi questo attenuatore funziona tipicamente come un componente che assorbe o dissipa la luce. Simile ai design RF, ci sono diversi tipi di design ottici progettati specificamente per un’applicazione. Gli attenuatori ottici fissi tipicamente sfruttano fibre drogate o giunzioni offset per disperdere la luce. Gli attenuatori ottici variabili sono simili agli attenuatori variabili RF e agli attenuatori a passi programmabili, in quanto possono essere controllati manualmente o elettronicamente per ottenere un’attenuazione specifica.

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