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基本的Pi-pad衰减器电路电路分析教程

2020-11-19 09:37:18  325 衰减器 电路 电阻
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Pi-pad衰减器,因为它的基本布局和设计类似于希腊字母pi(π),这意味着它有一个串联电阻,并在输入和输出的两个平行分流电阻器接地的。

Pi-pad衰减器是另一个完全对称的纯电阻网络,可以用作相等阻抗之间的固定衰减器,或者用作不相等阻抗之间的阻抗匹配。Pi-pad衰减器的电路配置如下。
基本的Pi-pad衰减器电路

我们可以看到,标准的pi-pad衰减器从两端看都是对称的,这种衰减器设计可用于阻抗匹配相等或不相等的传输线。通常,电阻器R1和R3具有相同的值,但是当设计为在不相等阻抗的电路之间工作时,这两个电阻器可以具有不同的值。
具有相同阻抗的Pi-pad衰减器前面我们已经说过,pi衰减器是一种对称衰减器设计,仅由无源电阻器元件组成,使其设计呈线性,允许其输入和输出端子彼此互换。这使得pi衰减器非常适合在两个相等阻抗(Z S  = Z L  )之间插入 以减小信号电平。
在这种情况下,应选择三个电阻元件,以确保输入阻抗和输出阻抗与构成衰减器网络一部分的负载阻抗匹配。由于Pi-pad的输入和输出阻抗设计为与负载完全匹配,因此该值称为对称Pi-pad网络的“特性阻抗”。
然后,给出了用于计算在任何所需衰减下用于阻抗匹配的Pi-pad衰减器电路的电阻值的方程式为:
Pi-pad衰减器方程
其中:K是阻抗因数,Z是源/负载阻抗。
Pi-pad衰减器示例1需要使用Pi-pad衰减器电路,以将音频信号的电平降低10dB,同时匹配75Ω网络的阻抗。计算所需的三个电阻器的值。
使用我们简单的“ K因子”表,我们可以看到用于计算-10dB衰减损耗的“ K”因子值为3.1623
D b0.51.02.03.04.05.06.010.020.0
“ K”值1.05931.12201.25891.41251.58491.77831.99533.162310.000

然后,电阻器R1和R3等于144Ω,电阻器R2等于107Ω,或最接近的首选值。
还要注意,相同的pi-pad衰减器设计在75Ω网络上使用的电阻值与与50Ω或600Ω网络匹配的电阻值不同。
同样,与T-pad衰减器一样,我们可以为构建50Ω,75Ω或600Ω对称Pi-pad衰减器电路所需的串联和并联阻抗值生成标准表。电阻R1,R2和R3的计算值如下所示。
Pi-pad衰减器电阻值
分贝损耗K因子 50Ω阻抗 75Ω阻抗 600Ω阻抗
R1,R3R2R1,R3R2R1,R3R2
1.01.1220869.5Ω5.8欧1K3Ω8.7欧10K4Ω69.2Ω
2.01.2589436.2Ω11.6欧654.3Ω17.4Ω5K2Ω139.4Ω
3.01.4125292.4Ω17.6Ω438.6Ω26.4Ω3K5Ω211.4Ω
6.01.9953150.5Ω37.4Ω225.7Ω56.0Ω1K8Ω448.2欧
10.03.162396.2Ω71.2Ω144.4Ω106.7Ω1K2Ω853.8Ω
18.07.943364.4Ω195.4欧96.6Ω293.2Ω772.8Ω2K3Ω
24.015.848956.7Ω394.6Ω85.1Ω592.0Ω680.8Ω4K7Ω
32.039.810752.6Ω994.6Ω78.9Ω1K5Ω630.9Ω11K9Ω
注意,随着Pi-pad电路所需的衰减损耗量的增加,串联电阻器R2的阻抗也增加,而同时,电阻器R1和R3的并联并联阻抗值减小。
这是在相等阻抗之间使用的对称Pi-pad衰减器电路的共同特征。而且,即使在32dB的衰减下,串联阻抗值仍然相当高,并且不像T-pad衰减器那样在1或2欧姆范围内。
这意味着与同等的T-pad网络相比,单个Pi-pad衰减器网络可以实现更高水平的衰减,因为并联分流阻抗绝不会小于传输线的特性阻抗,这是因为其极高的“ K”因子值。例如,如果传输线的特征阻抗为50Ω,衰减为-80dB,则分流电阻R1和R3的值分别为50Ω,而串联电阻R2等于250KΩ,
阻抗不相等的Pi-pad衰减器除了使用Pi-pad衰减器来降低具有相同阻抗(Z S  = Z L  )的电路中的信号电平外 ,我们还可以使用这种类型的衰减器来对不相等的源阻抗和负载阻抗(  Z S  ≠ Z L  )。
但是,为此,我们需要稍微修改前面的公式,以考虑到源极负载和衰减器电路上的负载阻抗不相等。给出了用于计算不等阻抗的Pi-pad衰减器的电阻元件的新公式。
不等阻抗的Pi-pad衰减器方程

其中:K是阻抗因数,Z S是源阻抗的较大值,Z L是负载阻抗的较小值。我们可以看到,当将Pi衰减器的三个电阻值连接在不等阻抗之间时,由于它们对电阻网络的影响,用于计算Pi衰减器三个电阻值的方程要复杂得多。但是,通过仔细的计算,对于任何给定的网络阻抗和衰减,我们可以找到三个电阻的值,如下所示:
Pi-pad衰减器示例2需要不平衡的非对称Pi-pad衰减器电路,以将输出阻抗为75Ω的无线电发射机与阻抗为50Ω的功率信号强度计之间的信号衰减6dB。计算所需电阻的值。
电阻R1值
电阻R2值
电阻R3值
为我们提供以下非对称Pi衰减器电路:

计算在不相等阻抗之间使用的Pi-pad衰减器的电阻值所涉及的数学比用于在相等阻抗之间计算值的数学更为复杂。这样,Pi-pad衰减器倾向于更多地用于具有匹配的源/负载阻抗Z S  = Z L的传输线上的信号衰减   。
对于在设计中包含无功元件(例如电感器和电容器)的Pi-pad衰减器,EEWeb提供免费的在线Pi-pad衰减器工具,用于在所需频率下计算分量值。
平衡Pi衰减器平衡-裨衰减器或“平衡-π衰减器”的简称,使用了一个附加电阻元件在公共地线形成平衡电阻网络如下所示。
平衡Pi衰减器电路

平衡Pi衰减器也称为O-pad衰减器,因为其电阻元件的布局形成字母“ O”的形状,因此也称为“ O-pad衰减器”。首先将平衡Pi电路的电阻值计算为与之前相同的连接在相等阻抗之间的不平衡Pi-pad配置,但是这次串联电阻R2的值减半(除以2),每行一半如图所示。计算出的两个并联并联电阻的电阻值保持不变。
使用上面先前为不平衡的Pi-pad衰减器计算的值,两个串联电阻和并联并联电阻R1,R3 =144.4Ω的串联电阻R2 = 106.7÷2 =53.4Ω,与以前相同。
Pi-pad衰减器是最常用的对称衰减器电路之一,因此,其设计已在许多市售衰减器垫中使用。尽管Pi-pad衰减器可以在一个单级中实现非常高的衰减水平,但最好是通过将多个单独的Pi-pad区域级联在一起来构建30dB以上的高损耗衰减器,以便分阶段实现最终的衰减水平。
通过将pi-pad衰减器级联在一起,可以减少设计中所需的电阻元件的数量,因为可以将相邻的电阻器组合在一起。因此,对于Pi-pad而言,这仅意味着可以将两个相邻的并联并联电阻器加在一起。
计算得出的pi衰减器的精度将取决于所用分量电阻的精度。选择哪种电阻公差来构成Pi衰减器电路,它们的1%,5%或什至10%都必须全部为无感电阻,而不是线绕型。同样,当我们在衰减网络中使用电阻器时,这些无感电阻器必须能够安全地耗散使用欧姆定律计算出的所需电量。

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王栋春 2020-11-19 22:01:27
围观了解一下
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张静静 2020-11-24 09:52:58
感谢楼主的分享
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