تضعیف کننده غیر فعال 

یک تضعیف کننده غیر فعال یک نوع خاص از مدار دو جهته الکتریکی یا الکترونیکی است که کاملا از عناصر مقاوتی تشکیل شده است.

تضعیف کننده غیر فعال

یک تضعیف کننده یک شبکه مقاومتی دو بخشی است که برای ” تضعیف کردن” (از این رو این نام انتخاب شده) توان تغدیه شده توسط یک منبع برای یک سطحی است که مناسب برای بار وصل شده است.

یک تضعیف کننده غیر فعال مقدار توانی که به بار متصل توسط یک مقدار ثابت تنها، یک مقدار متغیر یا سری از مراحل قابل تغییر آشنا تحویل می‌دهد را کاهش می‌دهد. تضعیف کننده ها عموما در ارتباطات رادیویی و کاربردهای خط انتقال برای ضعیف کردن یک سیگنال قوی بکار می‌روند.

تضعیف کننده غیر فعال یک شبکه مقاومتی کاملاً غیر فعال است (از این رو هیچگونه منبع تغذیه ای نیست) که در طیف گسترده ای از تجهیزات الکترونیکی برای گسترش دامنه دینامیکی تجهیزات اندازه گیری با تنظیم سطوح سیگنال، برای تطبیق امپدانس نوسان سازها یا تقویت کننده ها برای کاهش اثرات ورودی و خروجی نادرست یا به سادگی ایجاد جداسازی بین مراحل مختلف مدار با توجه به کاربرد آنها همانطور که نشان داده شده است، مورد استفاده قرار می گیرد.

اتصالات تضعیف کننده

شبکه های تضعیف کننده ساده (که به عنوان “پد” نیز شناخته می شوند) می توانند برای تولید درجه ثابت “تضعیف” یا ارائه میزان متغیر از تضعیف در مراحل از پیش تعیین شده طراحی شوند. شبکه های تضعیف کننده ثابت استاندارد عموما بصورت یک ” پد تضعیف کننده” شناخته می‌شوند و در مقادیر مشخصی از 0dB تا بیشتر از 100dB موجود هستند. تضعیف کننده های متغیر و تغییر یافته اساسا شبکه های مقاومتی قابل تنظیم هستند که یک افزایش تنظیم شده در تضعیف برای هر مرحله تغییر یافته، برای مثال مراحل  [latex]-2dB [/latex] یا [latex]-6dB [/latex]  در هر موقعیت سوئیچ، را نشان می‌دهند.

سپس یک تضعیف کننده یک شبکه مقاومتی غیر فعال(دو بخشی)  چهار ترمیناله است (انواع فعال نیز موجود است که از ترانزیستورها و مدارهای مجتمع استفاده می کنند) که برای تولید تضعیف “ساکن” سیگنال الکتریکی خروجی در همه فرکانس ها با مقدار مساوی و بدون تغییر فاز، بر خلاف یک شبکه فیلتر نوع RC غیر فعال طراحی شده است، بنابراین برای دستیابی به این تضعیف ها باید از مقاومتهای خالص غیر القایی و غیرسیم پیچی ساخته شوند، زیرا عناصر واکنشی باعث تمایز فرکانسی خواهند شد.

تضعیف کننده غیر فعال ساده

تضعیف کننده ها معکوس تقویت کننده ها هستند كه با مدار تقسيم كننده ولتاژ مقاومتی، آنها بهره را کاهش می‌دهند و یک نوع  تضعیف کننده نوعی می‌شوند. میزان تضعیف در یک شبکه معین با نسبت: خروجی / ورودی تعیین می شود. به عنوان مثال، اگر ولتاژ ورودی به یک مدار 1 ولت (1V) باشد و ولتاژ خروجی 1 میلی ولت (1mV) باشد، سپس میزان تضعیف mV / 1V1 است که برابر با 0.001 یا کاهشی 1,000 است.

با این وجود، استفاده از نسبتهای ولتاژ، جریان و یا حتی توان برای تعیین یا بیان میزان تضعیف که یک شبکه تضعیف کننده مقاومتی ممکن است داشته باشد، عامل تضعیف نامیده می‌شود، می تواند گیج کننده باشد، بنابراین برای تضعیف کننده غیرفعال میزان تضعیف آن معمولاً با استفاده از مقیاس لگاریتمی بیان می شود که مقیاس است که در دسی بل (dB) داده شده است و سر و کار داشتن  با چنین اعداد کوچکی آسان تر است.

درجه های تضعیف

عملکرد تضعیف کننده با تعداد دسیبل ها بیان می شود که سیگنال ورودی در هر دهه فرکانس (یا اکتاو) کاهش یافته است. دسیبل، به اختصار “dB”، به طور کلی به عنوان اندازه گیری لگاریتم یا “log” از نسبت ولتاژ، جریان یا توان تعریف می شود و یک دهم [latex](frac{1}{10}) [/latex] از یک بل (B)   را نشان می دهد. به عبارت دیگر برای ساختن یک بل  10 دسیبل لازم است. سپس با تعریف، نسبت بین یک سیگنال ورودی (Vin) و یک سیگنال خروجی (Vout) در دسی بل بصورت زیر تعریف می شود:

تضعیف دسی بل

[latex] dB_{v}=20log_{10}(frac{V_{out}}{V_{in}})(dB) [/latex]

توجه کنید که دسی بل (dB) یک نسبت لگاریتمی است و در نتیجه هیچ واحدی ندارد. در نتیجه مقدار[latex]-140dB [/latex] یک تضعیف 1:10,000,000 واحد یا یک نسبت 10 میلیون تا 1 را نشان می‌دهد.

در مدارهای تضعیف کننده غیرفعال، معمولاً اختصاص دادن مقدار ورودی به عنوان نقطه مرجع  0dB مناسب است. این بدان معنی است که مهم نیست که مقدار واقعی سیگنال ورودی یا ولتاژ چیست، به عنوان مرجعی برای مقایسه مقادیر خروجی تضعیف استفاده می شود و بنابراین مقدار  0dB به آن اختصاص داده می شود. این بدان معنی است که هر مقدار ولتاژ سیگنال خروجی زیر این نقطه مرجع به عنوان مقدار dB منفی ([latex]-dB [/latex]) بیان خواهد شد.

به عنوان مثال، تضعیف [latex]-6dB [/latex]  نشان می دهد که مقدار، 6 دسی بل کمتر از مرجع ورودی 0 dB است. به همین ترتیب اگر نسبت خروجی/ورودی کمتر از یک (یگپارچگی) باشد، به عنوان مثال [latex] 0.707 [/latex] ، سپس این با 20log(0.707) = -3dB  متناظر است. اگر نسبت خروجی / ورودی = 5/0 باشد، این متناظر با   20log (0.5) = -6 dB  است و به همین ترتیب ادامه دارد، جداول الکتریکی استاندارد تضعیف موجود است در نتیجه در محاسبات صرفه جویی می‌شود.

مثال شماره 1 تضعیف کننده های غیر فعال

یک مدار تضعیف کننده غیر فعال دارای افت -32dB است و یک ولتاز خروجی 50mV دارد. مقدار ولتاژ ورودی چه خواهد بود.

[latex] dB_{v}=20log_{10}(frac{V_{out}}{V_{in}})(dB) [/latex]

{n})} [/latex]
[latex] -32=20log_{10}(frac{V_{out}}{V_{in}})(dB) [/latex]

[latex] -1.6=log_{10}(frac{V_{out}}{V_{in}})(dB) [/latex]

معکوس لگاریتم [latex] -1.6 (log^{-1}) [/latex]  بصورت زیر است:

[latex] (frac{V_{out}}{V_{in}})=0.025 [/latex]

[latex] V_{in}=(frac{V_{out}}{0.025})=(frac{50mV}{0.025})=2V [/latex]

سپس اگر ولتاژ خروجی با 32 دسی بل تضعیف تولید شود، ولتاژ ورودی [latex] 0.2 [/latex]  ولت لازم است.

جدول تلفات تضعیف کننده 

و به همین ترتیب ادامه دارد، که  یک جدول با مقادیر زیاد دسی بل که در طراحی تضعیف ما نیاز است، تولید می‌کند.

این کاهش در ولتاژ، جریان یا توان بیان شده در دسی بل ها با قرار دادن تضعیف کننده در یک مدار الکتریکی به عنوان تلفات درج  شناخته می شود و طراحی های تضعیف کننده با تلفات مینیمم  با مدارهایی با امپدانس نابرابر با حداقل تلفات در شبکه تطبیق، منطبق می‌شوند.

اکنون می دانیم که چگونه می توان از یک تضعیف کننده غیرفعال استفاده کرد تا بتوان سطح  توان یا ولتاژ یک سیگنال را کاهش یا “تضعیف” کرد، درحالی که اعوجاج اندک یا بدون اعوجاج و تلفات درج، با مقدار بیان شده در دسی بل را معرفی می‌کنیم، می توانیم شروع به پرداختن بر طراحی های مختلف مدار تضعیف کننده موجود کنیم.

طراحی های تضعیف کننده غیر فعال

روشهای زیادی برای آرایش مقاومت ها در مدارهای تضعیف کننده با مدار تقسیم کننده بالقوه که ساده ترین نوع مدار تضعیف کننده غیرفعال است، وجود دارد. مدار تقسیم کننده پتانسیل یا ولتاژ به طور کلی به عنوان یک تضعیف کننده “L-pad” شناخته می شود زیرا نمودار مدار آن شبیه به یک “L” معکوس است.

اما انواع مختلفی از شبکه تضعیف کننده همچون تضعیف کننده “T-pad” و تضعیف کننده “Pi-pad”  [latex] (Pi) [/latex]بسته به نحوه اتصال اجزای مقاومتی وجود دارد. این سه نوع تضعیف کننده معمولی در زیر نشان داده شده است.

انواع تضعیف کننده

طراحی های مدار تضعیف کننده بالا می توانند به صورت “متعادل” یا “نا متعادل” با اینکه هر دو نوع برابر هستند، آرایش یابد. نسخه متعادل کننده دستگاه تضعیف کننده “T-pad” تضعیف کننده ” H-pad” گفته می شود در حالی که نسخه متعادل کننده تضعیف کننده “pad- π ” تضعیف کننده “O-pad” نامیده می‌شود. تضعیف کننده های  نوع T پل نیز موجود است.

در تضعیف کننده های نامتعادل، عناصر مقاومتی فقط به یک طرف خط انتقال وصل می شوند در حالی که طرف دیگر برای جلوگیری از نشت در فرکانس های بالاتر ، زمین  شده است. بطور کلی سمت زمین شده  شبکه تضعیف کننده هیچ عنصر مقاومتی ندارد و بنابراین “خط مشترک” نامیده می شود.

در یک پیکربندی تضعیف کننده متعادل، تعداد یکسان از عناصر مقاومتی به صورت برابر به هر طرف خط انتقال با زمین واقع در یک نقطه مرکزی ایجاد شده توسط مقاومت موازی متعادل متصل می شوند. بطور کلی، شبکه‌های تضعیف کننده متعادل و نامتعادل نمیتوانند به هم متصل شوند زیرا این امر باعث می شود نیمی از شبکه متعادل از طریق پیکربندی نامتعادل به زمین اتصال کوتاه شوند.

تضعیف کننده های تغییر یافته

به جای داشتن تنها یک تضعیف کننده برای دستیابی به میزان تضعیف مورد نیاز، پدهای تضعیف کننده تنها به می توانند به هم متصل یا سری شوند تا میزان تضعیف را در مراحل معین تضعیف افزایش دهند. سوئیچ های چرخشی چند قطبی، سوئیچ های راکر یا سوئیچ های دکمه ای جمعی همچنین می توانند برای اتصال یا کنار گذاشتن شبکه های تضعیف ثابت مستقل در هر دنباله مورد نظر از 1dB تا 100dB یا بیشتر استفاده شوند و طراحی و ساخت شبکه های تضعیف سوئیچ شده (تغییر یافته) را نیز آسان می کنند که به عنوان یک کاهنده مرحله شناخته می‌شود. با جابجایی در تضعیف کننده مناسب، تضعیف می تواند در مراحل ثابت همانطور که در زیر مشاهده می شود کاهش یا افزایش یابد.

تضعیف کننده تغییر یافته

در اینجا، چهار شبکه تضعیف کننده مقاومتی مستقل در یک شبکه نردبانی سری وجود دارد که هریک از تضعیف کننده ها  ها دارای دو برابر مقدار قبلی خود هستند (1-2-4-8). هر شبکه تضعیف کننده ممکن است به “ورودی یا “خروجی”مسیر سیگنال تغییر یابند زیرا توسط سوئیچ که مدار تضعیف کننده تطابقی مرحله ایجاد می کند می تواند از 0dB تا [latex]-15dB [/latex] در مراحل 1dB  سوئیچ کنند.

بنابراین، کل میزان تضعیف ارائه شده توسط مدار، جمع هر چهار شبکه تضعیف کننده که به “ورودی” سوئیچ می‌کنند  خواهد بود. به عنوان مثال، تضعیف کننده 5dB-  نیازمند سوئیچ های SW1 و SW3  برای وصل شدن است و تضعیف کننده [latex]-12dB [/latex] به سوئیچ های SW3 و SW4 نیاز دارد تا وصل شود و به همین ترتیب ادامه دارد.

خلاصه تضعیف

یک تضعیف کننده یک وسیله نقلیه چهار ترمیناله است که باعث کاهش دامنه یا توان یک سیگنال بدون اعوجاج شکل موج سیگنال می شود، یک تضعیف کننده مقدار مشخصی از تلفات را معرفی می کند.

شبکه تضعیف کننده بین منبع و بار در مدار قرار می گیرد تا اندازه سیگنالهای منبع را به مقدار مشخص مناسبی برای بار کاهش دهد.

در مراحل شناخته شده تضعیف 0.5dB, -1dB,-10dB، و غیره  تضعیف کننده ها می توانند ثابت، کاملاً متغیر یا متغیر  باشند.

تضعیف کننده ها می تواند به صورت متقارن یا نامتقارن و متعادل یا نامتعادل باشند.

تضعیف کننده های ثابت که به عنوان “پد” نیز شناخته می شوند، برای “مطابقت” امپدانس های نابرابر استفاده می شوند.

یک تضعیف در حقیقت برعکس یک تقویت کننده است. یک تقویت کننده یک بهره ارائه می‌کند در حالی که یک تضعیف کننده  تلفات یا بهره کمتر از 1 (یکپارچگی) را ارائه می‌کند.

تضعیف کننده ها معمولاً دستگاه هاي غیر فعالی هستند كه برای تشکیل شبكه هاي تقسيم كننده ولتاژ ساده ساخته شده اند. جابجایی بین مقاومتهای مختلف، می تواند تضعیف کننده های پله ای قابل تنظیم و به طور مداوم قابل تنظیم با استفاده از پتانسیومتر ها را تولید کند.

برای ساده تر کردن طراحی تضعیف کننده، می توان از مقدار “K” (برای ثابت) استفاده کرد. این مقدار “K” نسبت ولتاژ، جریان یا توان متناسب با مقدار معینی از تضعیف dB است و به شرح زیر است:

برای ولتاژ یا جریان [latex] k=antilog(frac{dB}{20})=10^{dB/20} [/latex]

 برای توان    [latex] k=antilog(frac{dB}{10})=10^{dB/10} [/latex]

ما می توانیم مجموعه ای از مقادیر ثابت به نام مقادیر “K” را برای مقادیر مختلف تضعیف مطابق جدول زیر تولید کنیم.

جدول تلفات تصعیف کننده

و به همین ترتیب ادامه دارد که یک  جدول با مقادیر “K” زیاد که نیاز داریم، تولید می‌کند.

تضعیف کننده های مقدار ثابت، که به آنها “پد های تضعیف کننده” گفته می شود، عمدتا در خطوط انتقال فرکانس رادیویی ¹(Rf) برای پایین آوردن ولتاژ، اتلاف توان یا برای بهبود تطبیق امپدانس بین مدارهای مختلف نا سازگار استفاده می شود.

تضعیف کننده های سطح خط در پیش تقویت کننده یا تقویت کننده توان صوتی می توانند به سادگی یک پتانسیومتر 5/0 وات باشند، یا تقسیم کننده ولتاژ L-pad با کاهش دامنه یک سیگنال صوتی قبل از رسیدن آن به بلندگو، باعث کاهش حجم خروجی شوند.

در اندازه گیری سیگنالها پدهای تضعیف کننده توان بالا برای پایین آوردن دامنه سیگنال به یک مقدار مشخص برای فعال سازی اندازه گیریها یا محافظت از دستگاه اندازه گیری در برابر سطوح سیگنالهای بالا که در غیر این صورت ممکن است به آن آسیب برساند، استفاده می‌شوند.

در آموزش بعدی درباره تضعیف کننده ها، بر ابتدایی ترین نوع شبکه تضعیف کننده مقاومتی که معمولا تضعیف کننده “L-pad”  یا ” نوع L ” خوانده می‌شوند خواهیم پرداخت که می تواند با استفاده از تنها دو مؤلفه مقاومتی ساخته شود. مدار تضعیف کننده “Lpad” همچنین می تواند به عنوان یک مدار ولتاژ یا مدار تقسیم کننده بالقوه مورد استفاده قرار بگیرد.

1. radio frequency