Bộ suy hao là một mạng điện trở hai cổng được thiết kế để làm suy yếu hoặc “làm suy giảm” (do đó có tên gọi của chúng) công suất được cung cấp bởi nguồn đến mức phù hợp với tải được kết nối.

Bộ suy hao làm giảm lượng điện năng được cung cấp cho tải được kết nối bằng một lượng cố định duy nhất, một lượng thay đổi hoặc trong một loạt các bước có thể chuyển đổi đã biết. Bộ suy giảm thường được sử dụng trong các ứng dụng vô tuyến, liên lạc và đường truyền để làm suy yếu tín hiệu mạnh hơn.

Bộ suy hao là một mạng điện trở thụ động hoàn toàn (do đó không có nguồn cung cấp) được sử dụng trong nhiều loại thiết bị điện tử để mở rộng phạm vi động của thiết bị đo bằng cách điều chỉnh mức tín hiệu, để cung cấp sự phù hợp trở kháng của bộ dao động hoặc bộ khuếch đại để giảm ảnh hưởng của đầu vào / đầu ra không phù hợp, hoặc đơn giản là cách ly giữa các giai đoạn mạch khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng của chúng như được minh họa.

Kết nối bộ suy giảm

Các mạng suy hao đơn giản (còn được gọi là “miếng đệm”) có thể được thiết kế để tạo ra một mức “suy giảm” cố định hoặc để cung cấp một lượng suy giảm thay đổi trong các bước xác định trước. Mạng bộ suy hao cố định tiêu chuẩn thường được gọi là “tấm đệm suy hao” có sẵn ở các giá trị cụ thể từ 0 dB đến hơn 100 dB. Bộ suy hao biến đổi và chuyển mạch về cơ bản là các mạng điện trở có thể điều chỉnh được cho thấy sự gia tăng suy giảm được hiệu chỉnh cho mỗi bước được chuyển mạch, ví dụ các bước -2dB hoặc -6dB cho mỗi vị trí chuyển mạch.

Sau đó, một Attenuator là một mạng điện trở thụ động bốn đầu (hai cổng) (loại tích cực cũng có sẵn sử dụng bóng bán dẫn và mạch tích hợp) được thiết kế để tạo ra sự suy giảm “không méo” của tín hiệu điện đầu ra ở tất cả các tần số với một lượng bằng nhau mà không có sự lệch pha không giống như mạng bộ lọc RC loại thụ động, và do đó để đạt được bộ suy giảm này nên được tạo thành từ các điện trở thuần túy không cảm ứng và không cuộn dây, vì các phần tử phản kháng sẽ phân biệt tần số.

Bộ suy hao đơn giản

Bộ suy hao là mặt trái của bộ khuếch đại ở chỗ chúng làm giảm độ lợi với mạch phân áp điện trở là bộ suy hao điển hình. Mức độ suy giảm trong một mạng nhất định được xác định bằng tỷ lệ: Đầu ra / Đầu vào . Ví dụ, nếu điện áp đầu vào của mạch là 1 vôn (1V) và điện áp đầu ra là 1 mili-vôn (1mV) thì lượng suy giảm là 1mV / 1V bằng 0,001 hoặc giảm 1.000.

Tuy nhiên, việc sử dụng tỷ lệ điện áp, dòng điện hoặc thậm chí công suất để xác định hoặc biểu thị lượng suy giảm mà mạng suy hao điện trở có thể có, được gọi là hệ số suy giảm , có thể gây nhầm lẫn, vì vậy đối với bộ suy hao thụ động, mức độ suy giảm của nó thường được biểu thị bằng cách sử dụng logarit thang đo được tính bằng decibel ( dB ) giúp dễ dàng xử lý những con số nhỏ như vậy.

Mức độ suy giảm

Hiệu suất của bộ suy hao được biểu thị bằng số decibel mà tín hiệu đầu vào đã giảm trên mỗi thập kỷ tần số (hoặc quãng tám). Các decibel , viết tắt là “dB”, thường được định nghĩa là logarit hoặc “đăng nhập” thước đo điện áp, tỷ lệ hiện tại hoặc điện và đại diện cho một phần mười 1 / 10th của một Bel (B). Nói cách khác, cần 10 decibel để tạo ra một Bel. Sau đó, theo định nghĩa, tỷ số giữa tín hiệu đầu vào (Vin) và tín hiệu đầu ra (Vout) được tính bằng decibel là:

Hệ số suy hao Decibel

Lưu ý rằng decibel ( dB ) là một tỷ lệ logarit và do đó không có đơn vị. Vì vậy, giá trị -140dB đại diện cho sự suy giảm 1: 10.000.000 đơn vị hoặc tỷ lệ 10 triệu trên 1.

Trong các mạch suy hao thụ động, thường thuận tiện để gán giá trị đầu vào là điểm tham chiếu 0 dB. Điều này có nghĩa là bất kể giá trị thực của tín hiệu hoặc điện áp đầu vào là bao nhiêu, đều được sử dụng làm tham chiếu để so sánh các giá trị suy hao đầu ra và do đó được gán giá trị 0 dB. Điều này có nghĩa là bất kỳ giá trị nào của điện áp tín hiệu đầu ra dưới điểm tham chiếu này sẽ được biểu thị dưới dạng giá trị dB âm, ( -dB ).

Vì vậy, ví dụ, sự suy giảm -6dB chỉ ra rằng giá trị là 6 dB dưới tham chiếu đầu vào 0 dB. Tương tự như vậy nếu tỷ lệ đầu ra / đầu vào nhỏ hơn một (thống nhất), ví dụ 0,707, thì tỷ lệ này tương ứng với 20 log (0,707) = -3dB. Nếu tỷ lệ đầu ra / đầu vào = 0,5, thì điều này tương ứng với 20 log (0,5) = -6 dB, v.v., với các bảng điện tiêu chuẩn về suy hao có sẵn để lưu vào tính toán.

Ví dụ về bộ suy hao thụ động No1

Một mạch suy hao thụ động có suy hao chèn là -32dB và điện áp ra là 50mV. Giá trị của điện áp đầu vào sẽ là bao nhiêu.

Antilog ( log ^-1 ) của -1,6 được cho là:

Sau đó, nếu điện áp đầu ra được tạo ra với sự suy giảm 32 decibel, thì điện áp đầu vào là 2,0 volt là bắt buộc.

Bảng suy hao bộ suy hao

và như vậy, tạo ra một bảng có nhiều giá trị decibel như chúng tôi yêu cầu cho thiết kế bộ suy hao .

Sự giảm điện áp, dòng điện hoặc công suất này được biểu thị bằng decibel bằng cách chèn bộ suy hao vào mạch điện được gọi là suy hao chèn và thiết kế bộ suy hao tổn hao tối thiểu phù hợp với các mạch có trở kháng không bằng nhau với tổn hao tối thiểu trong mạng kết hợp.

Bây giờ chúng ta đã biết bộ suy hao thụ động là cách nó có thể được sử dụng để giảm hoặc “làm suy giảm” mức công suất hoặc điện áp của tín hiệu, trong khi giới thiệu ít hoặc không có biến dạng và suy hao chèn, bằng một lượng được biểu thị bằng decibel, chúng ta có thể bắt đầu nhìn vào các thiết kế mạch suy hao khác nhau có sẵn.

Thiết kế bộ suy hao thụ động

Có nhiều cách để bố trí điện trở trong mạch suy hao với Mạch phân chia tiềm năng là loại mạch suy hao thụ động đơn giản nhất. Mạch phân chia điện thế hoặc điện áp thường được gọi là bộ suy hao “L-pad” vì sơ đồ mạch của nó giống với sơ đồ mạch của “L” ngược.

Nhưng có những loại mạng suy hao phổ biến khác cũng như bộ suy giảm “T-pad” và bộ suy hao “Pi-pad” (π) tùy thuộc vào cách bạn kết nối các thành phần điện trở với nhau. Ba loại bộ suy hao phổ biến được hiển thị bên dưới.

Các loại bộ suy hao

Các thiết kế mạch suy hao trên có thể được bố trí ở dạng “cân bằng” hoặc “không cân bằng” với hoạt động của cả hai loại là giống hệt nhau. Phiên bản cân bằng của bộ suy hao “T-pad” được gọi là bộ suy hao “H-pad” trong khi phiên bản cân bằng của bộ suy giảm “π-pad” được gọi là bộ suy giảm “O-pad”. Bộ suy giảm kiểu chữ T cầu nối cũng có sẵn.

Trong bộ suy hao không cân bằng, các phần tử điện trở chỉ được nối với một phía của đường truyền trong khi phía kia được nối đất để ngăn chặn rò rỉ ở tần số cao hơn. Nói chung phía nối đất của mạng suy hao không có phần tử điện trở và do đó được gọi là “đường chung”.

Trong cấu hình bộ suy hao cân bằng, có cùng số phần tử điện trở được nối bằng nhau về mỗi phía của đường dây tải điện với mặt đất đặt tại một điểm chính giữa tạo bởi các điện trở song song cân bằng. Nói chung, các mạng bộ suy giảm cân bằng và không cân bằng không thể được kết nối với nhau vì điều này dẫn đến một nửa mạng cân bằng bị nối đất thông qua cấu hình không cân bằng.

Bộ suy hao đã chuyển đổi

Thay vì chỉ có một bộ suy hao để đạt được mức độ suy giảm cần thiết, các miếng đệm suy hao riêng lẻ có thể được kết nối hoặc xếp tầng với nhau để tăng lượng suy hao trong các bước suy giảm nhất định. Các công tắc xoay đa cực, công tắc điều chỉnh hoặc công tắc nút nhấn dạng nhóm cũng có thể được sử dụng để kết nối hoặc bỏ qua các mạng suy hao cố định riêng lẻ theo bất kỳ trình tự mong muốn nào từ 1dB đến 100dB trở lên, giúp dễ dàng thiết kế và xây dựng mạng suy hao chuyển mạch, còn được gọi là như một bộ suy hao bước . Bằng cách chuyển đổi các bộ suy hao thích hợp, độ suy giảm có thể được tăng hoặc giảm theo các bước cố định như hình dưới đây.

Bộ suy hao chuyển mạch

Ở đây, có bốn mạng suy hao điện trở độc lập được xếp tầng với nhau trong một mạng bậc thang nối tiếp với mỗi bộ suy giảm có giá trị gấp đôi so với mạng trước đó của nó, (1-2-4-8). Mỗi mạng bộ suy hao có thể được chuyển “vào” hoặc “ra” khỏi đường tín hiệu theo yêu cầu của công tắc liên kết tạo ra mạch suy hao điều chỉnh bước có thể được chuyển từ 0dB đến -15dB trong các bước 1dB.

Do đó, tổng lượng suy hao do mạch cung cấp sẽ là tổng của tất cả bốn mạng suy hao được chuyển sang “IN”. Vì vậy, ví dụ như sự suy giảm -5dB sẽ yêu cầu các công tắc SW1 và SW3 được kết nối và sự suy giảm -12dB sẽ yêu cầu các công tắc SW3 và SW4 được kết nối, v.v.

Tóm tắt 

• Bộ suy hao là một thiết bị bốn đầu cuối làm giảm biên độ hoặc công suất của tín hiệu mà không làm biến dạng dạng sóng tín hiệu, bộ suy hao tạo ra một lượng suy hao nhất định.
• Mạng bộ suy hao được chèn vào giữa nguồn và mạch tải để giảm cường độ tín hiệu nguồn một lượng đã biết phù hợp với tải.
• Bộ suy giảm có thể được cố định, hoàn toàn thay đổi hoặc thay đổi trong các bước suy giảm đã biết, -0,5dB, -1dB, -10dB, v.v.
• Bộ suy hao có thể đối xứng hoặc không đối xứng về hình thức và cân bằng hoặc không cân bằng.
• Bộ suy hao cố định còn được gọi là “tấm đệm” được sử dụng để “khớp” các trở kháng không bằng nhau.
• Bộ suy giảm có hiệu quả ngược lại với bộ khuếch đại. Một bộ khuếch đại cung cấp độ lợi trong khi bộ suy giảm cung cấp suy hao hoặc độ lợi nhỏ hơn 1 (sự thống nhất).
• Bộ suy giảm thường là các thiết bị thụ động được tạo ra từ các mạng phân áp đơn giản. Việc chuyển đổi giữa các điện trở khác nhau tạo ra các bộ suy giảm có thể điều chỉnh được và các bộ suy giảm có thể điều chỉnh liên tục bằng cách sử dụng chiết áp.

Để đơn giản hóa việc thiết kế bộ suy hao, có thể sử dụng giá trị “K” (cho không đổi). Đây “K” giá trị là tỷ số giữa điện áp, dòng điện hoặc điện tương ứng với một giá trị nhất định dB suy giảm và được đưa ra như sau:

Chúng ta có thể tạo ra một tập hợp các giá trị không đổi được gọi là giá trị “K” cho các lượng suy giảm khác nhau như được cho trong bảng sau.

Bảng suy hao bộ suy giảm

v.v., tạo ra một bảng có nhiều giá trị “K” như chúng tôi yêu cầu.

Bộ suy hao có giá trị cố định, được gọi là “miếng đệm suy hao” được sử dụng chủ yếu trong các đường truyền tần số vô tuyến ( Rf ) để hạ điện áp, tiêu tán công suất hoặc để cải thiện sự phù hợp trở kháng giữa các mạch không khớp khác nhau.

Bộ suy giảm mức dòng trong bộ tiền khuếch đại hoặc bộ khuếch đại công suất âm thanh có thể đơn giản như một chiết áp 0,5 watt, hoặc bộ chia điện áp L-pad được thiết kế để giảm biên độ của tín hiệu âm thanh trước khi nó đến loa, giảm âm lượng của đầu ra.

Trong tín hiệu đo, miếng đệm suy hao công suất cao được sử dụng để giảm biên độ của tín hiệu xuống một lượng đã biết để thực hiện phép đo hoặc để bảo vệ thiết bị đo khỏi các mức tín hiệu cao có thể làm hỏng thiết bị.

Trong hướng dẫn tiếp theo về bộ suy hao , chúng ta sẽ xem xét loại mạng cơ bản nhất của mạng suy giảm điện trở thường được gọi là bộ suy giảm “L-type” hoặc “L-pad” có thể được tạo ra chỉ bằng hai thành phần điện trở. Mạch suy hao “L-pad” cũng có thể được sử dụng làm mạch phân áp hoặc điện thế.