تضعیف کننده پی پد 

تضعیف کننده پی پد یا تضعیف کننده‌های π معمولاً در خطوط انتقال فرکانس رادیویی و مایکروویو استفاده می‌شود و می‌تواند بصورت متعادل یا نامتعادل طراحی شود.

پی پد

تضعیف کننده‌های پی پد به این دلیل نامیده می‌شود که طرح اصلی آن شبیه حرف یونانی پی (π) است، بدین معنی که دارای یک مقاومت سری و دو مقاومت موازی وصل به زمین  برای ورودی و خروجی است.

تضعیف کننده پی پد یکی دیگر از شبکه‌های کاملاً متقارن کاملاً مقاومتی است که می‌تواند به عنوان میراگر ثابت بین امپدانس‌های برابر یا برای همسان سازی امپدانس بین امپدانس‌های نابرابر مورد استفاده قرار گیرد. پیکربندی مدار تضعیف کننده پی پد در زیر آورده شده است.

مدار تضعیف کننده پی پد پایه

وقتی که از دو انتها به تضعیف کننده نگاه می‌کنیم می توان دید که تضعیف کننده پی پد استاندارد متقارن است و می توان از این نوع طراحی تضعیف کننده برای مطابقت با خطوط انتقال مساوی یا نابرابر استفاده کرد. به طور کلی، مقاومت‌های R1 و R3 از یک مقدار برخوردارند اما هنگامی که برای کار بین مدارهای امپدانس نابرابر طراحی می‌شوند، این دو مقاومت می‌توانند مقادیر مختلفی داشته باشند.

تضعیف کننده پی پد با امپدانس معادل

قبلاً گفتیم که تضعیف کننده پی پد یک میراگر متقارن است که فقط از عناصر مقاومتی منفعل تشکیل شده و باعث شده در طراحی خود بصورت خطی باشد و ترمینالهای ورودی و خروجی آن بتوانند با یکدیگر جابجا شوند. این تضعیف کننده پی پد را برای قرار گیری بین دو امپدانس برابر (ZS = ZL) برای کاهش سطح سیگنال ایده آل می‌کند.

در این حالت سه عنصر مقاومت برای اطمینان از مطابقت امپدانس ورودی و امپدانس خروجی با امپدانس بار که بخشی از شبکه میراگر است، انتخاب می‌شوند. از آنجا که امپدانس های ورودی و خروجی پی پد برای مطابقت کامل با بار طراحی شده اند، به این مقدار “امپدانس مشخصه” شبکه متقارن پی پد گفته می شود.

سپس معادلاتی که برای محاسبه مقادیر مقاومت یک مدار تضعیف کننده پی پد استفاده می‌شود که برای تطبیق امپدانس در هر میرایی مطلوب استفاده می شود، به شرح زیر است:

روابط تضعیف کننده پی پد

                                                                                        Zs=ZL=Z

بطوریکه: K ضریب امپدانس و Z امپدانس منبع/بار است.

مثال شماره 1 تضعیف کننده پی پد

برای کاهش سطح سیگنال صوتی تا 10‌dB در حالی که با امپدانس یک شبکه را به  75Ω مطابقت می‌دهد، یک مدار تضعیف کننده پی پد مورد نیاز است. مقادیر سه مقاومت مورد نیاز را محاسبه کنید.

با استفاده از جدول ساده “فاکتورهای K” ، می‌توان دریافت که مقدار عامل “K” برای محاسبه افت میرایی 10dB- به صورت 3.1623 ارائه شده است.

                                                              R=75   , K=10dB=10^(10/20) =3.1623

سپس مقاومت‌های R1 و R3 برابر 144Ω و مقاومت R2 برابر Ω 107 یا نزدیکترین مقادیر ترجیحی هستند.

همچنین توجه داشته باشید که همان طراحی تضعیف کننده پی پد مقادیر مقاومت متفاوتی برای یک مورد استفاده شده در شبکه 75Ω نسبت به دیگری که با شبکه 50Ω یا 600Ω مطابقت دارد، خواهد داشت.

مجدداً همانند تضعیف کننده پی پد، ما می توانیم جداول استانداردی را برای مقادیر سری و امپدانس‌های موازی مورد نیاز برای ساخت یک مدار تضعیف کننده پی پد متقارن 50Ω ،75Ω یا 600Ω تولید کنیم. مقادیر محاسبه شده مقاومت های  R1 ، R2 و R3 به این صورت است.

مقادیر مقاومتی تضعیف کننده پی پد

توجه داشته باشید که با افزایش میزان میرایی مورد نیاز مدار پی پد، امپدانس مقاومت سری R2 نیز افزایش می‌یابد در حالی که در همان زمان، مقادیر امپدانس موازی مقاومت R1 و R3 کاهش می‌یابد.

این یک ویژگی مشترک یک مدار تضعیف کننده پی پد متقارن است که بین امپدانس‌های برابر استفاده می‌شود. همچنین، حتی در میرایی 32dB، مقادیر امپدانس سری مانند تضعیف کننده پی پد هنوز هم نسبتاً بالا هستند و در حد یک یا دو اهم نیستند.

این بدان معناست که پس از آن یک شبکه تضعیف کننده پی پد می‌تواند میزان میرایی بسیار بالاتری را در مقایسه با شبکه T-pad معادل بدست آورد زیرا امپدانس‌های موازی هرگز کمتر از امپدانس مشخصه خط انتقال به دلیل مقدار عامل “K” بسیار زیاد نیست. به عنوان مثال، یک خط انتقال با امپدانس مشخصه 50Ω با میرایی 80dB- مقاومت‌های موازی R1 و R3 هر یک با مقدار 50Ω  را می‌دهد در حالی که مقاومت سری R2 برابر با 250KΩ است.

تضعیف کننده پی پد با امپدانس نابرابر

همچنین با استفاده از تضعیف کننده نابرابر برای کاهش سطح سیگنال در مداری که دارای امپدانس‌های برابر است  (ZS = ZL) است، نیز می‌توانیم از این نوع میراگر برای تطبیق امپدانس از امپدانس‌های منبع نابرابر و بار (Z ≠ ZL) استفاده کنیم.

با این حال، برای انجام این کار، باید معادلات قبلی را کمی اصلاح کنیم تا بارگذاری نابرابر منبع و امپدانس‌های بار در مدار میراگر را در نظر بگیریم. معادلات جدیدی که برای محاسبه عناصر مقاومت یک تضعیف کننده پی پد برای امپدانس‌های نابرابر آورده شده است.

روابط تضعیف کننده پی پد برای امپدانس‌های نابرابر

بطوریکه: K ضریب امپدانس است ، ZS بزرگترین امپدانس منبع است و ZL کوچکترین امپدانس بار است.

می‌توان دید که معادلات محاسبه سه مقاومت تضعیف کننده پی هنگامی که به دلیل تأثیر بر شبکه مقاومت، بین امپدانس‌های نابرابر متصل می‌شود، بسیار پیچیده‌تر هستند. با این حال، با محاسبه دقیق می‌توان مقدار سه مقاومت را برای هرگونه امپدانس و میرایی شبکه مشخص به شرح زیر پیدا کرد:

مثال شماره 2 تضعیف کننده پی‌ پد

برای تضعیف سیگنال بین فرستنده رادیویی با یک امپدانس خروجی 75Ω و قدرت سیگنال توان سنج با امپدانس 50Ω تا 6dB، یک مدار میراگر غیر متقارن پی پد مورد نیاز است. مقادیر مقاومت‌های مورد نیاز را محاسبه کنید.

                                                                     K=6dB=10^(6/20) =1.9953

مقدار مقاومت R1

                                                           R1=75 x 31.8 =2,385Ω (2.37kΩ 1%)

مقدار مقاومت R2

                                                         R2= 30.62 x 1.4941 =45. 7Ω (45.3Ω 1%)

مقدار مقاومت R3

                                                             R3=50 x 1.7305=86.52Ω (86.6Ω 1%)

مدار تضعیف کننده غیر متقارن زیر را به ما می‌دهد:

ریاضیاتی که برای محاسبه مقادیر مقاومت یک تضعیف کننده پی پد استفاده شده بین امپدانس‌های نابرابر در نظر گرفته شده پیچیده تر از آنهایی است که برای محاسبه مقادیر بین امپدانس‌های برابر استفاده می‌شود. بدین ترتیب تضعیف کننده‌های پی پد بیشتر برای میرایی سیگنال در خطوط انتقال با همسان‌های منبع/بار منطبق ZS = ZL بیشتر استفاده می‌شود.

برای تضعیف کننده‌های پی پد که اجزای واکنشی مانند سلف‌ها و خازن‌ها را در طراحی خود دارند، EEWeb دارای یک ابزار میرایی آنلاین پی پد رایگان برای محاسبه مقادیر مولفه‌ها در فرکانس مورد نیاز است.

تضعیف کننده پی متعادل شده

تضعیف کننده متعادل پی پد یا به اختصار ”تضعیف کننده متعادل-π” ، از یک عنصر مقاومتی اضافی در خط مشترک زمین برای تشکیل یک شبکه مقاومتی متعادل مانند شکل زیر استفاده می‌کند.

مدار تضعیف کننده پی متعادل شده

تضعیف‌گر متعادل پی را تضعیف گرO-pad می‌نامند زیرا طرح عناصر مقاومتی آن شکل یک حرف “O” را تشکیل می‌دهد و از این رو نام آنها را “میراگر O-pad” می‌گذارد. مقادیر مقاومتی مدار متعادل پی در ابتدا به صورت پیکربندی پی پد نامتعادل متصل می‌شود که بین امپدانس‌های مساوی همانند قبل متصل است، اما این بار مقدار مقاومت سری R2 نصف می‌شود (تقسیم بر دو) که همانطور که نشان داده شده در هر خط نصف می‌شود . مقدار مقاومت محاسبه شده دو مقاومت موازی در یک اندازه باقی می‌ماند.

با استفاده از مقادیری که قبلاً در بالا برای میراگر نامتعادل پی پد محاسبه شده است، مقاومت سری R2 = 106.7 ÷ 2 = 53.4Ω برای دو مقاومت سری است و مقاومت‌های موازی ،144.4Ω = R3 = R1، همان مانند قبلی می‌مانند.

تضعیف کننده پی پد یکی از متداول ترین مدارهای میراگر متقارن است که به همین ترتیب از طرح آن در بسیاری از پد های میراگر تجاری موجود استفاده می‌شود. در حالی که میراگر پی پد می تواند در یک مرحله به سطح میرایی بسیار بالایی برسد، بهتر است با کشیدن چندین بخش جداگانه پی پد، یک میراگر با اتلاف زیاد ساخته شود تا سطح نهایی میرایی در مراحل حاصل شود .

با سری کردن میراگرهای پی پد، می‌توان تعداد عناصر مقاومتی مورد نیاز در طراحی را کاهش داد زیرا مقاومت‌های مجاور را می‌توان با هم ترکیب کرد. بنابراین برای پی پد به این معنی است که می‌توان دو مقاومت موازی مجاور را به هم اضافه کرد.

دقت میراگر پی پد محاسبه شده با توجه به مقاومت‌های سازنده مورد استفاده تعیین می‌شود. هر کدام از مقاومت‌های مقاومتی برای ساخت مدار میراگر پی ، 1٪ ، 5٪ یا حتی 10٪ انتخاب می‌شوند ، همه آنها باید مقاومت غیر القایی باشند و از نوع سیم پیچ نباشند. همچنین همانطور که ما از مقاومت‌هایی در شبکه میرایی استفاده می‌کنیم، این مقاومت‌های غیر القایی باید بتوانند با خیال راحت مقدار مورد نیاز توان الکتریکی را که با استفاده از قانون اهم محاسبه شده است، پراکنده کنند.