被動衰減器為何物？

來源：羅姆半導體社區(qū)

無源衰減是完全電阻元件由一種特殊類型的電氣或電子電路的雙向的。衰減器是兩端口電阻網(wǎng)絡，旨在將電源所提供的功率減弱或“減弱”（因此得名）到適合所連接負載的水平。

無源衰減降低由單個固定量，可變的量或在一系列已知的可切換步驟被遞送到所連接的負載的功率量。衰減器通常用于無線電，通信和傳輸線應用中，以減弱更強的信號。

無源衰減是其在各種各樣的電子設備的用于通過調整信號電平延伸的測量設備的動態(tài)范圍，以提供振蕩器或放大器的阻抗匹配，以減少的效果的純無源電阻網(wǎng)絡（因此沒有電源）輸入/輸出端接不正確，或者根據(jù)顯示的應用簡單地在不同電路級之間提供隔離。

衰減器連接

可以將簡單的衰減器網(wǎng)絡（也稱為“衰減器”）設計為產(chǎn)生固定程度的“衰減”或在預定步驟中提供可變量的衰減。標準固定衰減器網(wǎng)絡通常稱為“衰減器墊”，其特定值范圍為0 dB至100 dB以上?？勺兯p器和開關衰減器基本上是可調電阻器網(wǎng)絡，在每個開關步驟中，例如每個開關位置的-2dB或-6dB步長，其衰減均經(jīng)過校準。

然后，衰減器是一個四端子（兩端口）無源電阻網(wǎng)絡（也提供使用晶體管和集成電路的有源類型），旨在在所有頻率上對輸出電信號產(chǎn)生“無失真”的衰減，衰減量相等，且沒有相移。與無源RC濾波器網(wǎng)絡不同，因此，為實現(xiàn)這一目的，衰減器應由純無感電阻而不是繞線電阻組成，因為無功元件會產(chǎn)生頻率歧視。

簡單的被動衰減器

衰減器與放大器相反，它們通過電阻分壓器電路作為典型的衰減器來降低增益。給定網(wǎng)絡中的衰減量由以下比率確定：輸出/輸入。例如，如果電路的輸入電壓為1伏特（1V），而輸出電壓為1毫伏特（1mV），則衰減量為1mV / 1V，等于0.001或減少千分之一。

但是，使用電壓，電流或什至功率比來確定或表示電阻衰減器網(wǎng)絡可能具有的衰減量（稱為衰減因子）可能會造成混淆，因此對于無源衰減器，其衰減程度通常使用對數(shù)表示標度以分貝（dB）給出，因此更容易處理這么小的數(shù)字。

衰減度

衰減器性能由輸入信號每頻率十倍頻程（或倍頻程）降低的分貝數(shù)表示。的分貝，簡稱為“DB”，通常被定義為對數(shù)或電壓的“日志”措施，電流或功率比和表示貝爾（B）的十分之一的1/10。換句話說，制作一個貝爾需要10分貝。然后根據(jù)定義，輸入信號（Vin）與輸出信號（Vout）之比以分貝為單位：

分貝衰減

請注意，分貝（dB）是對數(shù)比，因此沒有單位。因此，-140dB的值表示衰減為1：10,000,000單位或1000萬與1的比率。

在無源衰減器電路中，將輸入值分配為0 dB參考點通常很方便。這意味著無論輸入信號或電壓的實際值是多少，都將用作比較衰減輸出值的參考，因此將其分配為0 dB。這意味著低于此參考點的任何輸出信號電壓值都將表示為負dB值（-dB）。

因此，例如-6dB的衰減表示該值比0 dB輸入?yún)⒖嫉? dB。同樣，如果輸出/輸入的比率小于1（單位），例如0.707，則這對應于20 log（0.707）= -3dB。如果輸出/輸入之比= 0.5，則相當于20 log（0.5）= -6 dB，依此類推，標準的衰減電氣表可保存在計算中。

無源衰減器示例1

無源衰減器電路的插入損耗為-32dB，輸出電壓為50mV。輸入電壓的值是多少？

-1.6的對數(shù)（log -1）給出為：

然后，如果產(chǎn)生的輸出電壓具有32分貝的衰減，則需要2.0伏的輸入電壓。

衰減器損耗表

依此類推，生成一張衰減器設計所需的分貝值表。

通過將衰減器插入電路，以分貝表示的電壓，電流或功率的這種降低稱為插入損耗，最小損耗衰減器設計將阻抗不等的電路與匹配網(wǎng)絡中的最小損耗相匹配。

既然我們知道了無源衰減器是什么，它可以被用來減少或“衰減”信號的功率或電壓電平，同時引入失真或插入損耗的程度很小或沒有，以分貝表示，我們就可以開始?？匆幌驴捎玫牟煌p器電路設計。

無源衰減器設計

在衰減器電路中可以采用許多方式來布置電阻，其中分壓器電路是最簡單的無源衰減器電路類型。電位或分壓器電路通常被稱為“ L-pad”衰減器，因為其電路圖類似于反相的“ L”電路圖。

但是，還有其他常見的衰減器網(wǎng)絡類型，例如“ T-pad”衰減器和“ Pi-pad”（π）衰減器，具體取決于將電阻組件連接在一起的方式。這三種常見的衰減器類型如下所示。

衰減器類型

上述衰減器電路設計可以“平衡”或“不平衡”形式布置，兩種類型的作用相同?！?T-pad”衰減器的平衡版本稱為“ H-pad”衰減器，而“π-pad”衰減器的平衡版本稱為“ O-pad”衰減器。也可提供橋接T型衰減器。

在不平衡衰減器中，電阻元件僅連接到傳輸線的一側，而另一側接地，以防止在較高頻率下泄漏。通常，衰減器網(wǎng)絡的接地側沒有電阻元件，因此被稱為“公共線”。

在平衡衰減器配置中，相同數(shù)量的電阻元件均等地連接到傳輸線的每一側，并且接地點位于由平衡并聯(lián)電阻產(chǎn)生的中心點。通常，平衡和不平衡的衰減器網(wǎng)絡無法連接在一起，因為這會導致一半的平衡網(wǎng)絡通過不平衡的配置短路到地。

開關衰減器

代替僅使用一個衰減器即可達到所需的衰減程度，可以將各個衰減器墊連接或級聯(lián)在一起，以在給定的衰減步驟中增加衰減量。多極旋轉開關，翹板開關或組合式按鈕開關還可用于以1dB至100dB或更高的任何所需順序連接或旁路單個固定衰減器網(wǎng)絡，從而使設計和構建開關衰減器網(wǎng)絡變得容易，這也是眾所周知的作為步進衰減器。通過接通適當?shù)乃p器，可以按固定步驟增大或減小衰減，如下所示。

開關衰減器

這里，有四個獨立的電阻衰減器網(wǎng)絡，它們串聯(lián)成梯形網(wǎng)絡，每個衰減器的值是其前任（1-2-4-8）值的兩倍。每個衰減器網(wǎng)絡都可以根據(jù)相關開關的要求在信號路徑中“切入”或“切出”，從而產(chǎn)生一個步進調節(jié)衰減器電路，該電路可以以1dB的步長從0dB切換到-15dB。

因此，電路提供的衰減總量將是“ IN”切換的所有四個衰減器網(wǎng)絡的總和。因此，例如，-5dB的衰減將需要連接開關SW1和SW3，而-12dB的衰減將需要連接開關SW3和SW4，依此類推。

衰減器摘要

衰減器是一種四端設備，可在不使信號波形失真的情況下減小信號的幅度或功率，衰減器會引入一定量的損耗。

衰減器網(wǎng)絡插入在源和負載電路之間，以將源信號的幅度減小適合負載的已知量。

衰減器可以是固定的，完全可變的，也可以以已知的衰減，-0.5dB，-1dB，-10dB等可變。

衰減器的形式可以對稱或不對稱，并且可以平衡也可以不平衡。

固定衰減器也稱為“衰減器”，用于“匹配”不相等的阻抗。

衰減器實際上與放大器相反。放大器提供增益，而衰減器提供損耗，或者增益小于1（單位）。

衰減器通常是由簡單的分壓器網(wǎng)絡制成的無源設備。在不同電阻之間切換會產(chǎn)生可調式步進衰減器，并使用電位計來連續(xù)可調式衰減器。

為了簡化衰減器的設計，可以使用“ K”（恒定）值。該“ K”值是對應于給定dB衰減值的電壓，電流或功率之比，并表示為：

我們可以針對下表列出的不同衰減量生成一組稱為“ K”值的常數(shù)值。

衰減器損耗表

依此類推，生成一個表，其中包含我們所需的“ K”值。

固定值衰減器（稱為“衰減器墊”）主要用于射頻（Rf）傳輸線中，以降低電壓，耗散功率或改善各種失配電路之間的阻抗匹配。

前置放大器或音頻功率放大器中的線路電平衰減器可以像0.5瓦電位器一樣簡單，也可以采用分壓器L-pad來簡化音頻信號在到達揚聲器之前的幅度，從而減小輸出音量。

在測量信號時，使用大功率衰減器墊將信號幅度降低已知量以進行測量，或保護測量設備免受可能損壞設備的高信號電平的影響。

審核編輯黃昊宇