Bộ suy hao Pi-pad

0
128

Bộ suy hao Pi-pad hoặc bộ suy hao π-pad thường được sử dụng trong các đường truyền tần số vô tuyến và vi sóng, và có thể được thiết kế cân bằng hoặc không cân bằng.

Bộ suy hao Pi-pad được gọi như vậy vì bố cục và thiết kế cơ bản của nó giống với chữ cái Hy Lạp pi (π), có nghĩa là nó có một điện trở nối tiếp và hai điện trở shunt song song nối đất ở đầu vào và đầu ra.

Bộ suy hao Pi-pad là một mạng điện trở hoàn toàn đối xứng hoàn toàn khác có thể được sử dụng như một bộ suy hao cố định giữa các trở kháng bằng nhau hoặc để kết hợp trở kháng giữa các trở kháng không bằng nhau. Cấu hình mạch của bộ suy hao Pi-pad được đưa ra dưới đây.

Mạch Bộ suy hao Pi-pad cơ bản

 Bộ suy hao Pi-pad

Chúng ta có thể thấy rằng Bộ suy hao Pi-pad tiêu chuẩn là đối xứng khi nhìn vào từ hai đầu và kiểu thiết kế bộ suy hao này có thể được sử dụng để trở kháng phù hợp với các đường truyền bằng hoặc không bằng nhau. Nói chung, các điện trở R1 và R3 có cùng giá trị nhưng khi được thiết kế để hoạt động giữa các mạch có trở kháng không bằng nhau thì hai điện trở này có thể có giá trị khác nhau.

Bộ suy hao Pi-pad với trở kháng bằng nhau

Chúng tôi đã nói trước đây rằng Bộ suy hao Pi-pad là một thiết kế bộ suy hao đối xứng chỉ bao gồm các phần tử điện trở thụ động làm cho nó tuyến tính trong thiết kế của nó cho phép các đầu vào và đầu ra của nó được hoán vị với nhau. Điều này làm cho bộ suy hao pi pad lý tưởng để chèn vào giữa hai trở kháng bằng nhau (  S  = Z L  ) để giảm mức tín hiệu.

Trong trường hợp này, ba phần tử điện trở được chọn để đảm bảo rằng trở kháng đầu vào và trở kháng đầu ra phù hợp với trở kháng tải tạo thành một phần của mạng suy hao. Vì trở kháng đầu vào và đầu ra của Pi-pad được thiết kế để hoàn toàn phù hợp với tải, nên giá trị này được gọi là “trở kháng đặc trưng” của mạng Pi-pad đối xứng.

Sau đó, các phương trình được đưa ra để tính toán các giá trị điện trở của mạch suy hao Pi-pad được sử dụng để kết hợp trở kháng tại bất kỳ suy hao mong muốn nào được đưa ra như sau:

Phương trình Bộ suy hao Pi-pad

 Bộ suy hao Pi-pad

trong đó: K là hệ số trở kháng và Z là trở kháng nguồn / tải.

Ví dụ về bộ suy hao Pi-pad No1

Cần có mạch suy hao Pi-pad để giảm mức tín hiệu âm thanh 10dB trong khi phù hợp với trở kháng của mạng 75Ω. Tính giá trị của ba điện trở cần dùng.

Sử dụng bảng đơn giản của chúng tôi về “hệ số K”, chúng ta có thể thấy rằng giá trị hệ số “K” để tính toán tổn thất suy hao -10dB được cho là 3,1623 .

dB 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 10.0 20.0
Hệ số “K” 1.0593 1.1220 1.2589 1.4125 1.5849 1.7783 1.9953 3.1623 10.000

 Bộ suy hao Pi-pad

Khi đó điện trở R1 và R3 bằng 144Ω và điện trở R2 bằng 107Ω, hoặc các giá trị ưu tiên gần nhất.

Cũng lưu ý rằng cùng một thiết kế bộ suy hao pi-pad sẽ có các giá trị điện trở khác nhau cho một thiết bị được sử dụng trên mạng 75Ω so với giá trị điện trở được kết hợp với mạng 50Ω hoặc 600Ω.

Một lần nữa như với T-pad Attenuator , chúng ta có thể tạo ra các bảng tiêu chuẩn cho các giá trị của trở kháng nối tiếp và song song cần thiết để xây dựng mạch suy hao Pi-pad đối xứng 50Ω, 75Ω hoặc 600Ω. Các giá trị tính toán của điện trở, R1 , R2 và R3 được cho là.

Giá trị điện trở của Bộ suy hao Pi-pad

Suy hao dB Yếu tố K  Trở kháng 50Ω  Trở kháng 75Ω  Trở kháng 600Ω
R1, R3 R2 R1, R3 R2 R1, R3 R2
1.0 1.1220 869,5Ω 5,8Ω 1K3Ω 8,7Ω 10K4Ω 69,2Ω
2.0 1.2589 436,2Ω 11,6Ω 654,3Ω 17,4Ω 5K2Ω 139,4Ω
3.0 1.4125 292,4Ω 17,6Ω 438,6Ω 26,4Ω 3K5Ω 211,4Ω
6.0 1.9953 150,5Ω 37,4Ω 225,7Ω 56.0Ω 1K8Ω 448,2Ω
10.0 3.1623 96,2Ω 71,2Ω 144,4Ω 106,7Ω 1K2Ω 853,8Ω
18.0 7.9433 64.4Ω 195,4Ω 96,6Ω 293,2Ω 772,8Ω 2K3Ω
24.0 15.8489 56,7Ω 394,6Ω 85.1Ω 592.0Ω 680,8Ω 4K7Ω
32.0 39.8107 52,6Ω 994,6Ω 78,9Ω 1K5Ω 630,9Ω 11K9Ω

Lưu ý rằng khi lượng suy hao do mạch Pi-pad tăng lên, trở kháng của điện trở nối tiếp R2 cũng tăng lên trong khi đồng thời, các giá trị trở kháng shunt song song của cả hai điện trở R1 và R3 đều giảm.

Đây là đặc điểm chung của mạch suy hao Pi-pad đối xứng được sử dụng giữa các trở kháng bằng nhau. Ngoài ra, ngay cả ở mức suy hao 32dB, các giá trị trở kháng của loạt vẫn khá cao và không nằm trong phạm vi một hoặc hai ohm như với bộ suy hao T-pad.

Điều này có nghĩa là một mạng suy hao Pi-pad đơn có thể đạt được mức suy hao cao hơn nhiều so với mạng T-pad tương đương vì trở kháng shunt song song không bao giờ nhỏ hơn trở kháng đặc trưng của đường truyền do “K” cực cao giá trị nhân tố. Ví dụ, một đường dây truyền tải có trở kháng đặc trưng là 50Ω với sự suy hao -80dB sẽ cung cấp cho các điện trở shunt R1 và R3 mỗi giá trị là 50Ω trong khi điện trở nối tiếp R2 sẽ bằng 250KΩ,

Bộ suy hao Pi-pad với trở kháng không bằng nhau

Cũng như việc sử dụng bộ suy hao Pi-pad để giảm mức tín hiệu trong mạch có trở kháng bằng nhau, (  S  = Z L  ), chúng ta cũng có thể sử dụng loại bộ suy hao này để kết hợp trở kháng của trở kháng nguồn và tải không bằng nhau (  S  ≠ Z L  ).

Tuy nhiên, để làm như vậy chúng ta cần phải sửa đổi các phương trình trước đó một chút để tính đến việc tải nguồn và trở kháng tải trên mạch suy hao không bằng nhau. Các phương trình mới được đưa ra để tính toán các phần tử điện trở của bộ suy hao Pi-pad cho các trở kháng không bằng nhau là.

Phương trình Bộ suy hao Pi-pad cho trở kháng không bằng nhau

 Bộ suy hao Pi-pad

trong đó: K là hệ số trở kháng, S là trở kháng lớn hơn của nguồn và L là nhỏ hơn của trở kháng tải.

Chúng ta có thể thấy rằng các phương trình tính toán bộ suy hao Pi ba giá trị điện trở phức tạp hơn nhiều khi nó được kết nối giữa các trở kháng không bằng nhau do ảnh hưởng của chúng trên mạng điện trở. Tuy nhiên, với sự tính toán cẩn thận, chúng ta có thể tìm thấy giá trị của ba điện trở cho bất kỳ trở kháng và suy hao mạng nhất định nào như sau:

Ví dụ về bộ suy hao Pi-pad số 2

Cần có mạch suy hao Pi-pad không cân bằng không đối xứng để làm suy hao tín hiệu giữa máy phát vô tuyến có trở kháng đầu ra 75Ω và máy đo cường độ tín hiệu nguồn có trở kháng 50Ω x 6dB. Tính giá trị của các điện trở cần thiết.

 Bộ suy hao Pi-pad

Giá trị điện trở R1

 Bộ suy hao Pi-pad

Giá trị điện trở R2

 Bộ suy hao Pi-pad

Giá trị điện trở R3

 Bộ suy hao Pi-pad

Cho ta mạch suy hao Pi không đối xứng sau:

 Bộ suy hao Pi-pad

Các phép toán liên quan đến việc tính toán các giá trị điện trở của bộ suyhao Pi-pad được sử dụng giữa các trở kháng không bằng nhau phức tạp hơn các phép toán được sử dụng để tính toán các giá trị giữa các trở kháng bằng nhau. Như vậy suy hao Pi-pad có xu hướng được sử dụng nhiều hơn cho tín hiệu suy hao trên đường dây tải điện với nguồn phù hợp / trở kháng tải   S  = Z L  .

Đối với bộ suy hao Pi-pad có các thành phần phản kháng như cuộn cảm và tụ điện trong thiết kế của chúng, EEWeb có Công cụ suy hao Pi-pad trực tuyến miễn phí để tính toán các giá trị thành phần ở tần số yêu cầu.

Bộ suy hao cân bằng-Pi

Bộ suy hao cân bằng-Pi hay gọi tắt là “Bộ suy hao cân bằng-π”, sử dụng một phần tử điện trở bổ sung trong đường dây nối đất chung để tạo thành một mạng điện trở cân bằng như hình dưới đây.

Mạch suy hao cân bằng-Pi

 Bộ suy hao Pi-pad

Bộ suy hao cân bằng-Pi còn được gọi là bộ suy hao O-pad vì cách bố trí các phần tử điện trở của nó tạo thành hình dạng của một chữ cái “O” và do đó tên của chúng là “Bộ suy hao O-pad”. Các giá trị điện trở của mạch Pi cân bằng trước hết được tính toán dưới dạng cấu hình Pi-pad không cân bằng được kết nối giữa các trở kháng bằng nhau giống như trước đây, nhưng lần này giá trị của điện trở nối tiếp R2 giảm đi một nửa (chia cho hai) đặt một nửa vào mỗi dòng như hình. Giá trị điện trở tính toán của hai điện trở shunt song song không đổi.

Sử dụng các giá trị được tính trước đó ở trên cho bộ suy hao Pi-pad không cân bằng, điện trở nối tiếp R2 = 106,7 ÷ 2 = 53,4Ω đối với hai điện trở nối tiếp và điện trở shunt song song, R1, R3 = 144,4Ω giống như trước.

Bộ suy hao Pi-pad là một trong những mạch suy hao đối xứng được sử dụng phổ biến nhất và do đó, thiết kế của nó được sử dụng trong nhiều bộ suy hao có bán trên thị trường. Trong khi bộ suy hao Pi-pad có thể đạt được mức suy hao rất cao trong một giai đoạn, tốt hơn nên xây dựng một bộ suy hao cao trên 30dB bằng cách xếp tầng một số phần Pi-pad riêng lẻ lại với nhau để đạt được mức suy hao cuối cùng theo từng giai đoạn .

Bằng cách xếp tầng các bộ suy hao pi-pad với nhau, số lượng phần tử điện trở cần thiết trong thiết kế có thể được giảm bớt vì các điện trở liền kề có thể được kết hợp với nhau. Vì vậy, đối với Pi-pad, điều này đơn giản có nghĩa là hai điện trở shunt song song liền kề có thể được thêm vào với nhau.

Độ chính xác của bộ suy hao pi được tính toán sẽ được xác định bởi độ chính xác của các điện trở thành phần được sử dụng. Dung sai bao giờ của điện trở được chọn để xây dựng mạch suy hao Pi , 1%, 5% hoặc thậm chí 10% chúng PHẢI đều là điện trở không cảm ứng và không phải loại dây quấn. Cũng như chúng ta đang sử dụng các điện trở trong mạng suy hao, các điện trở không cảm ứng này PHẢI có thể tiêu tán một cách an toàn lượng điện năng cần thiết như được tính bằng Định luật Ohms.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here