L-pad衰減器電路公式方程計算阻抗案例摘要

在其基本形式中，L-pad衰減器只不過是一個非常簡單的分壓器網(wǎng)絡(luò)，用于許多電氣和電子電路以產(chǎn)生較低的電壓。

這次的不同之處在于，這種類型的衰減器用于頻率相關(guān)電路，以在傳輸線中產(chǎn)生損耗（衰減）或匹配不平衡源和負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的阻抗。

L-pad衰減器由兩個串聯(lián)的純電阻元件組成，它們相互連接在一個電壓源上，這兩個電阻之間的比例形成一個分壓網(wǎng)絡(luò)，如下所示。

Basic L-pad衰減器電路

我們可以看到L-pad衰減器設(shè)計與分壓器相同用于降低輸入電壓一定量的電路。兩個電阻器在整個輸入電壓上串聯(lián)連接，而輸出信號或電壓僅在一個電阻上獲得，兩個電阻元件形成倒置字母“L”的形狀，因此它們的名稱為“L” -pad衰減器“。對于這種類型的電路，衰減為 Vout / Vin 。

輸入電阻 R1 與輸出串聯(lián)，而電阻 R2 與輸出并聯(lián)，因此與負(fù)載并聯(lián)。然后，由這個“L”形排列提供的輸出電壓除以等于這兩個電阻值的比率的因子，如圖所示。

由于L-pad衰減器由純電阻元件制成，因此衰減器中沒有相移。在源極和負(fù)載之間插入衰減器不得改變源電壓，因此源所見的電阻必須始終保持相同。由于兩個電阻元件具有恒定值，如果負(fù)載的阻抗不是無窮大，則衰減會改變，因此其阻抗也會改變。因此，L-pad衰減器只能在一個方向上提供阻抗匹配。

L-pad衰減器通常用于音頻應(yīng)用，以減少更大或更強(qiáng)大的功能信號在匹配源和負(fù)載之間的阻抗時提供最大功率傳輸。但是，如果源的阻抗與負(fù)載的阻抗不同，則可以使L-pad衰減器匹配任一阻抗而不是兩者。

這是因為電阻元件的布置確實如此。從兩個方向看不到相同的阻抗。換句話說，L-pad衰減器是一個非對稱衰減器，因此，如果需要一個衰減網(wǎng)絡(luò)來匹配兩個方向上的兩個不相等的阻抗，其他類型的衰減器，如對稱的“T-pad”或“Pi-pad”應(yīng)使用衰減器。

具有等阻抗的L-pad衰減器

如前所述，無源衰減器是一種電阻網(wǎng)絡(luò)，旨在降低音頻的功率或信號電平或射頻信號不會對信號造成任何失真。有時，音頻放大器的輸出可能太高，需要衰減才能將此信號饋入揚(yáng)聲器。例如，我們假設(shè)我們希望降低放大器的功率，該放大器具有8Ω的輸出源阻抗（ Z S ），為揚(yáng)聲器負(fù)載供電（ Z L ）8Ω×6dB。電阻 R1 和 R2 的值如下。

L-pad衰減器電路

連接在兩個相等阻抗之間的L-pad衰減器電路的等式（ Z S = Z L ）在源阻抗的方向上看， Z S 將是。

為了簡化衰減器的設(shè)計，可以在上面的衰減器等式中使用“K”值來簡化數(shù)學(xué)運(yùn)算。該“K”值是對應(yīng)于給定衰減值的電壓，電流或功率的比率。 “K”的一般公式如下：

所以在我們的例如，電壓衰減 6dB 的“K”值將 10 （6/20） = 1.9953 。將此值代入衰減到兩個方程式中給出。

然后在兩個相等的阻抗之間尋找方向源阻抗 Z S ，串聯(lián)電阻的值 R1 為4Ω，并聯(lián)電阻的值 R2 是8Ω。

這種L-pad衰減器配置的問題是阻抗匹配是串聯(lián)電阻 R1 的方向，而阻抗是“ “不匹配”是指并聯(lián)電阻 R2 。這個問題是隨著衰減水平的增加，這種不匹配變得越來越大，并且在高衰減值時，并聯(lián)電阻的值將變?yōu)闅W姆的分?jǐn)?shù)。

例如，衰減為-32dB的 R1 和 R2 為7.8Ω和0.2Ω，即200mΩ有效地使揚(yáng)聲器短路，這可能對放大器輸出電路產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

在不使源過載的情況下增加衰減的一種方法是在負(fù)載阻抗方向阻抗匹配電路， Z L 。然而，由于我們現(xiàn)在正在從并聯(lián)電阻器側(cè)觀察L-pad衰減器電路，因此方程略有不同。然后在相等的阻抗和從負(fù)載看的阻抗匹配之間，值或電阻 R1 和 R2 計算如下。

“尋找”從負(fù)載

如果我們知道增加衰減到-32dB，電阻的值將變?yōu)?，R1 =310Ω，R2 =8.2Ω這些值對于它所連接的源電路來說足夠安全。

具有不等阻抗的L-pad衰減器

到目前為止，我們已經(jīng)看過連接L-pad Attenuator之間的阻抗相等，以便提供信號衰減。但我們也可以使用“L-pad衰減器”來匹配兩個不等電路的阻抗。該阻抗匹配可以是較大或較小阻抗的方向，但不是兩者。衰減器的配置與以前相同，但用于匹配兩個不等阻抗的公式如圖所示不同。

在兩個不等阻抗之間，阻抗匹配朝向兩個阻抗中較小的阻抗來自光源。

阻抗匹配小阻抗

在兩個不相等的阻抗之間，阻抗匹配朝向來自負(fù)載的兩個阻抗中的較大者。

阻抗匹配更大的阻抗

L-pad Attenuator示例No2

源阻抗為75Ω的信號傳輸線應(yīng)連接到阻抗50Ω的信號強(qiáng)度計，其最大顯示為 - 12分貝。計算L-pad衰減器電路中所需的電阻值，以便以最大功率運(yùn)行儀表。

當(dāng)阻抗匹配較小的50Ω值時，電阻 R1 和 R2 計算如下。

然后電阻 R1 等于59.6Ω并且 R2 等于22.2Ω，或最接近的首選值。

L-pad衰減器可用于將一個阻抗與另一個阻抗完美匹配，從而提供固定的衰減量，但產(chǎn)生的電路是“有損耗的”。但是，如果固定量的衰減不重要且僅在源和負(fù)載之間需要最小插入損耗，則L-pad衰減器可用于匹配兩個不等值的阻抗。以下公式計算電阻， R1 和 R2 。

最小插入損耗

其中：電阻 R1 位于阻抗較大的一側(cè)，電阻 R2 位于阻抗較小的一側(cè)，在上面的示例中，將分別為75Ω和50Ω。因此，在源和負(fù)載之間連接的L-pad衰減器的最小插入損耗（以分貝為單位）如下：

以dB為單位的最小衰減

對于在其設(shè)計中具有電感和電容等無功元件的L-pad衰減器，EEWeb有一個免費的在線L-pad衰減器工具，用于計算所需頻率下的元件值。

L-pad衰減器摘要

在本教程中，我們已經(jīng)看到L-pad衰減器電路是一種無源和純電阻網(wǎng)絡(luò)，可用于降低a的強(qiáng)度。在匹配源和負(fù)載的阻抗時發(fā)出信號。 L-pad衰減器通常用于音頻電子設(shè)備，以減少傳送到揚(yáng)聲器或耳機(jī)的放大器產(chǎn)生的音頻信號。

然而，“L-pad衰減器”的主要缺點之一是因為L-pad衰減器是恒定阻抗器件，在低功率設(shè)置下，衰減器將未發(fā)送到負(fù)載的所有能量轉(zhuǎn)換成可能相當(dāng)大的熱量。此外，在更高的頻率或需要衰減器電路與輸入和輸出完美匹配的情況下，使用其他改進(jìn)的衰減器設(shè)計。

在下一個關(guān)于無源衰減器的教程中，我們將討論另一種稱為T-pad衰減器的衰減器設(shè)計，該設(shè)計使用三個電阻元件來產(chǎn)生平衡衰減器。