FAQ: Co to są tłumiki?

Przez Mark Blackwood, Kierownik Produktu Komponentów Pasywnych w Pasternack

Tłumiki są elementami elektrycznymi zaprojektowanymi w celu zmniejszenia amplitudy sygnału przechodzącego przez element, bez znacznego pogorszenia integralności tego sygnału. Są one używane w aplikacjach RF i optycznych. Tłumiki RF są zwykle używane w obwodach elektronicznych, podczas gdy te optyczne są używane w światłowodach. Istnieje zasadniczo sześć różnych rodzajów konstrukcji RF: stałe, skokowe, stale zmienne, programowalne, dc bias i dc blocking.

Kluczowe specyfikacje tłumika do rozważenia obejmują tłumienie mierzone w decybelach (dB), zakres częstotliwości (MHz), obsługę mocy (W) i impedancję (Ohm).

Tłumiki stałe

Tłumiki zazwyczaj składają się z sieci rezystancyjnej, która pozwala na rozpraszanie ciepła w określonym tempie. Istnieje kilka podstawowych układów – konfiguracja „T”, konfiguracja „L” i konfiguracja „pi”. Te ustalone układy mają już ustalone równania i wartości rezystorów, które mogą być użyte do uzyskania impedancji charakterystycznej (Z0) w całym zakresie częstotliwości, i są również znane jako niezrównoważone tłumiki z asymetrycznymi obwodami. Zrównoważony lub symetryczny obwód, wersja „T” tłumika, jest znany jako „H” konfiguracji, a zrównoważona wersja tłumika Pi, jest znany jako „O” konfiguracji.

Stałe tłumiki są ustawione na stałym i niezmiennym tłumienia przez tych sieci rezystancyjnych. Są one umieszczone w ścieżkach sygnałowych w celu zmniejszenia przesyłanej mocy. Mogą to być typy montowane powierzchniowo, falowodowe lub współosiowe. W zależności od zastosowania, tłumik może być kierunkowy lub dwukierunkowy. Sygnał może iść tylko od wejścia do wyjścia w tłumiku kierunkowym, a w tłumiku dwukierunkowym może iść w obie strony. W przypadku tłumika opartego na układzie scalonym, rezystancja jest wytwarzana przez różne materiały osadzone na podłożu termoprzewodzącym, a w zależności od procesu – grubej lub cienkiej warstwy – wymiary fizyczne i zastosowany materiał dają określoną wartość rezystancji. Ciągła zmienna rezystancja tłumika może być również uzyskana poprzez ułożenie zespołu prętów i dysków oporowych; wiele z nich jest jednak zbudowanych z wykorzystaniem chipów.

Tłumik stopniowy

Tłumiki stopniowe są zasadniczo tłumikami stałymi, ponieważ są to nadal elementy pasywne, które składają się z różnych sieci rezystancyjnych w celu wytworzenia określonego tłumienia. Wartość tłumienia może być wybierana na podstawie ręcznego przycisku lub obrotu przełącznika obrotowego. Tłumiki krokowe, w przeciwieństwie do tłumików zmiennych, mogą generować wartość tłumienia jedynie w oparciu o wcześniej przydzielone kroki. Na przykład, tłumik stopniowy z przyciskiem może działać w zakresie od 0 do 45,5 dB i, w zależności od rozmieszczenia przycisków, może być zwiększany co 0,5 dB.

Tłumiki zmienne w sposób ciągły
Tłumiki zmienne w sposób ciągły mogą być regulowane ręcznie w celu uzyskania dowolnej wartości tłumienia w określonym zakresie i rozdzielczości. W aktywnym tłumiku o płynnej regulacji, sieci rezystorów, które znajdują się w tłumikach stałych i tłumikach skokowych, zostały zastąpione elementami półprzewodnikowymi, takimi jak tranzystory MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) lub diody PIN. Określone tłumienie może być zmieniane z większą rozdzielczością poprzez sterowanie napięciem na tranzystorze FET lub prądem na diodzie, niż w przypadku pasywnych sieci rezystancyjnych. Tłumienie może być kontrolowane ręcznie lub elektronicznie za pomocą silnika w celu utrzymania określonego tłumienia.

Tłumik programowalny
Tłumik programowalny, znany również jako cyfrowy tłumik krokowy, jest elementem kontrolowanym przez zewnętrzne napięcie. To zewnętrzne sterowanie jest na ogół sterowane komputerowo. Często są one sterowane przez wejścia tranzystorowo-tranzystorowe (TTL), a wielkości kroków wynoszą zazwyczaj 1, 2, 4, 8, 16 i 32. Tłumiki sterowane TTL mają poziom logiczny „0”, gdy napięcie przyłożone do danego tłumika jest mniejsze niż 1 V, oraz poziom logiczny „1”, gdy przyłożone napięcie jest zazwyczaj równe 3 V lub wyższe. Te poziomy logiczne sterują przełącznikami jednobiegunowymi, dwuprzelotowymi (SPDT), które łączą różne tłumiki w ścieżce sygnału, która daje pożądane tłumienie. W sferze programowalnych tłumików, istnieją również konstrukcje sterowane przez USB, aby uprościć kojarzenie z tłumika do komputera. Często są one pakowane z ustalonym oprogramowaniem, aby mieć łatwo włączoną kontrolę nad urządzeniem.

Tłumik przelotowy dc
Tłumiki przelotowe dc, znane również jako tłumiki przelotowe dc bias, przechodzą dc, a jednocześnie tłumią sygnał RF. Zazwyczaj mają one kondensator na wejściu i wyjściu tłumika, który blokuje sygnał dc przed przejściem przez niego, ale pozwala sygnałowi RF na przejście – sygnał dc omija tłumik inną ścieżką do wyjścia.

Tłumiki blokujące dc
Tłumiki blokujące dc są podobne do konstrukcji typu dc bias w tym sensie, że blokują sygnał dc; różnica polega na tym, że dc jest całkowicie zablokowany bez wyjścia idącego do wyjścia elementu. Blok dc może być umieszczony w szeregu z przewodnikiem centralnym, znany również jako „wewnętrzny blok dc” – może być również umieszczony w szeregu z przewodnikiem zewnętrznym, który jest znany jako „zewnętrzny blok dc”. Istnieją również tłumiki blokujące dc zarówno z wewnętrznymi, jak i zewnętrznymi blokami dc.

Tłumiki falowodowe

Tłumiki falowodowe tłumią sygnał RF w systemie falowodowym; zwykle osiąga się to poprzez umieszczenie folii oporowej w środku falowodu. Bezstopniowy tłumik falowodowy zazwyczaj wykorzystuje śrubę do regulacji tego materiału oporowego od jednej strony ścianki falowodu do środka; w tym przypadku materiał oporowy jest tak ukształtowany, aby uzyskać liniową zmienność tłumienia. Niektóre konstrukcje falowodów umożliwiają użytkownikowi ręczne wprowadzenie wartości za pomocą pokrętła, aby uzyskać określoną tłumienność. Upraszcza to proces, eliminując etap regulacji śruby w bezstopniowym tłumiku falowodowym i konieczność mierzenia tłumienia aż do osiągnięcia pożądanej wartości.

Tłumiki optyczne
Tłumiki optyczne tłumią fale świetlne, a nie fale elektronowe, więc tłumik ten zazwyczaj funkcjonuje jako element pochłaniający lub rozpraszający światło. Podobnie jak w przypadku konstrukcji RF, istnieje kilka rodzajów konstrukcji optycznych zaprojektowanych specjalnie dla danej aplikacji. Stałe tłumiki optyczne zazwyczaj wykorzystują domieszkowane włókna lub przesunięte sploty w celu rozproszenia światła. Zmienne tłumiki optyczne są podobne do zmiennych tłumików RF i programowalnych tłumików krokowych, ponieważ mogą być sterowane ręcznie lub elektronicznie w celu uzyskania określonego tłumienia.

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