FAQ: Wat zijn verzwakkers?

Door Mark Blackwood, Product Manager Passive Components bij Pasternack

Attenuators zijn elektrische componenten die ontworpen zijn om de amplitude van een signaal dat door de component gaat te verminderen, zonder de integriteit van dat signaal significant aan te tasten. Ze worden gebruikt in RF- en optische toepassingen. RF verzwakkers worden over het algemeen gebruikt in elektronische schakelingen, terwijl optische verzwakkers worden gebruikt in glasvezeloptica. Er zijn in wezen zes verschillende soorten RF-ontwerpen: vaste, stap-, continu variabele, programmeerbare, dc bias en dc blokkering.

De belangrijkste specificaties van een verzwakker om te overwegen omvatten de demping gemeten in decibel (dB), frequentiebereik (MHz), vermogen verwerken (W), en impedantie (Ohms).

Vaste verzwakkers

Attenuators bestaan meestal uit een weerstandsnetwerk dat ervoor zorgt dat de warmte met een bepaalde snelheid kan worden afgevoerd. Er zijn een paar basislayouts: de T-configuratie, de L-configuratie en de pi-configuratie. Deze gevestigde indelingen hebben reeds vaste vergelijkingen en weerstandswaarden waarmee de karakteristieke impedantie (Z0) over een reeks frequenties kan worden verkregen, en zijn ook bekend als ongebalanceerde verzwakkers met asymmetrische schakelingen. De gebalanceerde of symmetrische circuit, versie van de “T” verzwakker, is bekend als de “H” configuratie, en de gebalanceerde versie van de Pi verzwakker, is bekend als de “O” configuratie.

Vaste verzwakkers zijn ingesteld op een vaste en onveranderlijke verzwakking door deze resistieve netwerken. Zij worden in signaalwegen geplaatst om het overgebrachte vermogen te verminderen. Zij kunnen opbouw, golfgeleider of coaxiale types zijn. Afhankelijk van de toepassing kan een verzwakker directioneel of bidirectioneel zijn. Bij een gerichte verzwakker kan een signaal alleen van ingang naar uitgang gaan, terwijl het bij een bidirectionele verzwakker beide richtingen op kan gaan. Bij een op een chip gebaseerde verzwakker wordt een weerstand ontwikkeld door middel van verschillende materialen die op een thermisch geleidend substraat worden afgezet, en afhankelijk van het proces – dikke film of dunne film – zullen de fysieke afmetingen en het gebruikte materiaal alle een bepaalde weerstandswaarde opleveren. Een continue variabele weerstand van de verzwakker kan ook worden bereikt door een assemblage van resistieve staven en resistieve schijven; nog steeds worden vele gebouwd met behulp van chips.

Stapverzwakker

Stapverzwakkers zijn in wezen vaste verzwakkers, aangezien het nog steeds passieve componenten zijn die bestaan uit diverse weerstandsnetwerken om een bepaalde verzwakking te genereren. De dempingswaarde kan worden geselecteerd op basis van een handbediende drukknop, of de draai aan een draaischakelaar. Stapsgewijze verzwakkers kunnen, in tegenstelling tot variabele verzwakkers, alleen een verzwakkingswaarde genereren op basis van vooraf toegewezen stappen. Een stapverzwakker met drukknop kan bijvoorbeeld van 0 tot 45,5 dB gaan en, afhankelijk van de plaatsing van de knoppen, in stappen van 0,5 dB worden verhoogd.

Continue variabele verzwakkers
Continue variabele verzwakkers kunnen handmatig worden ingesteld om elke verzwakkingswaarde binnen een gespecificeerd bereik en resolutie op te leveren. In een actieve continu variabele verzwakker zijn de weerstandsnetwerken die zich in vaste verzwakkers en stapverzwakkers bevinden, vervangen door solid-state elementen zoals metaaloxidehalfgeleider-veldeffecttransistoren (MOSFET’s) of PIN-dioden. Een bepaalde verzwakking kan met grotere resolutie worden gevarieerd door de spanning over de FET of de stroom over de diode te regelen, dan met passieve weerstandsnetwerken. De verzwakking kan handmatig of elektronisch met een motor worden geregeld om een bepaalde verzwakking te handhaven.

Programmeerbare verzwakker
De programmeerbare verzwakker, ook wel digitale stapverzwakker genoemd, is een component die door een externe spanning wordt geregeld. Deze externe besturing is in het algemeen computergestuurd. Zij worden vaak bestuurd door transistor-transistor logische (TTL) ingangen, en de stapgrootte is meestal 1, 2, 4, 8, 16, en 32. De TTL-gestuurde verzwakkers hebben een logicaniveau van “0” wanneer de op een bepaalde verzwakker aangelegde spanning minder dan 1 V bedraagt, en een logicaniveau van “1” wanneer de aangelegde spanning 3 V of meer bedraagt. Deze logische niveaus besturen SPDT-schakelaars (single-pole, double-throw) die de verschillende verzwakkers met elkaar verbinden in een signaalpad dat een gewenste verzwakking oplevert. Op het gebied van programmeerbare verzwakkers zijn er ook USB-gestuurde ontwerpen om de koppeling tussen verzwakker en computer te vereenvoudigen. Vaak, worden zij verpakt met gevestigde software, om gemakkelijk toegelaten controle van het apparaat te hebben.

Dc overgaande verzwakker
DC bias verzwakkers die ook als dc bias overgaande verzwakkers worden bekend, gaat gelijkstroom over terwijl ook het RF signaal verzwakkend. Zij hebben over het algemeen een capaciteit aan de ingang en de uitgang van de verzwakker die dc blokkeert om over te gaan, maar het RF signaal doorlaat – het dc signaal omzeilt de verzwakker via een ander pad naar de uitgang.

Dc blokkerende verzwakkers
DC blokkerende verzwakkers zijn gelijkaardig aan dc bias ontwerpen in zoverre dat zij het dc signaal blokkeren; het verschil is dat de dc volledig wordt geblokkeerd zonder dat er een uitgang naar de uitgang van de component gaat. Het gelijkstroomblok kan in serie worden geplaatst met de middengeleider, ook bekend als een “binnenste gelijkstroomblok”-het kan ook in serie worden geplaatst met de buitenste geleider, wat bekend staat als een “buitenste gelijkstroomblok”. Er zijn ook gelijkstroomblokkerende verzwakkers met zowel de binnenste als de buitenste gelijkstroomblokken.

Waveguide verzwakkers

Waveguide verzwakkers verzwakken een RF-signaal in een golfgeleidersysteem; dit wordt gewoonlijk bereikt door een resistieve film in het midden van de golfgeleider aan te brengen. Een ononderbroken veranderlijke golfgeleiderverzwakker gebruikt typisch een schroef om dit weerstand biedende materiaal van één kant van de golfgeleiderwand aan het centrum aan te passen; in dit geval, wordt het weerstand biedende materiaal gevormd om een lineaire variatie in verzwakking op te brengen. Bij sommige golfgeleiderontwerpen kan de gebruiker met behulp van een draaiknop handmatig een waarde invoeren om een specifieke demping te verkrijgen. Dit vereenvoudigt het proces door het wegsnijden van de stap van het aanpassen van de schroef in een continu variabele golfgeleiderverzwakker en het moeten meten van de verzwakking totdat de gewenste waarde is bereikt.

Optische verzwakkers
Optische verzwakkers verzwakken lichtgolven in plaats van elektronengolven, zodat deze verzwakker typisch functioneert als een component die licht absorbeert of dissipeert. Net als bij RF-ontwerpen zijn er verschillende soorten optische ontwerpen die specifiek voor een toepassing zijn ontworpen. Vaste optische verzwakkers maken meestal gebruik van gedopeerde vezels of offset splits om het licht te verspreiden. Variabele optische verzwakkers zijn vergelijkbaar met RF-variabele verzwakkers en programmeerbare stapverzwakkers, in die zin dat zij handmatig of elektronisch kunnen worden geregeld om een specifieke verzwakking te verkrijgen.

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