衰减器课程设计的基本原理及电路图

衰减器课程设计的基本原理及电路图
信号衰减器原理及设计
衰减器是在指定的频率范围内，⼀种⽤以引⼊⼀预定衰减的电路，⼀般以所引⼊衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。

衰减器⼴泛地应⽤于电⼦设备中，它的主要⽤途是：
（1）调整电路中信号的⼤⼩；（2）改善阻抗匹配，若某些电路要求有⼀个⽐较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插⼊⼀个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。

通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的⼆端⼝⽹络，它的特性阻抗、衰减量都是与频率⽆关的常数，相移等于零。

实际应⽤中，有固定衰减器和可变衰减两⼤类。

1、固定衰减器的设计
常⽤的固定衰减器有对称型的T型、∏型、桥T型和倒L型（不对称型）等⼏种结构，其电路形式和计算公式如下。

图1. T型衰减器
图2. ∏型衰减器
1
2
1
1
2
2
1-
=
+
R N N R R C C 1 1 2 1 2 2 1-+ = -= N N R R N N R R C C 1 )1 ( 2 1-= -
R
R C
C
图3. 桥T 型衰减器
图4. 倒L 型衰减器
式中，Rc 为⼆端⼝⽹络的特性阻抗（对称时），即输⼊输出阻抗，Rc1和Rc2两侧特性阻抗，分别为⾮对称衰减器的输⼊输出阻抗；20
10A N =，为输⼊电压与输出电压之⽐，A 为衰减的分贝数。

电压⽐分贝：dB=20lg （Uo/Ui ）
以上衰减器中，T 型、∏型、桥T 型属于对称衰减器，主要⽤于衰减。

⽽倒L 型属于不对称衰减器，主要⽤于阻抗匹配。

倒L 型不对称衰减器构成阻抗匹配器，与对称衰减器所不同的是，不能指定衰减量，其输⼊输出阻抗确定后，其衰减量也就确定了。

其衰减值见下表。

表1 倒L 型衰减器衰减值与输⼊输出阻抗⽐的关系
值得注意的是，桥T 型衰减器中，有两个电阻的值即为特性阻抗（输⼊输出电阻），且计算公式简洁，⽤于组成可调衰减器⾮常⽅便。

例1：设计⼀衰减器，匹配于信号源内阻R S =800欧与负载电阻R L =150欧之间，其衰减量为30dB 。

解：因为RS 、RL 不相等，所以选⽤⼀节倒L 型和⼀节对称T 型构成衰减器，如图5所⽰。

（1）倒L 型电路计算：
10.14
8001501111166.41150
800800
150721.11)150800(800)(1
1
1
2
12112
22111=
--=?
--=Ω
由于总衰减量A=30dB ，N=10^(30/20)=31.62；所以桥T 型衰减量N 2为 N 2=N/N 1=31.62/10.14=3.1184 计算R1和R2 1
122
11
2
2111112)(-?
--=-=-=C C C C C C C C C R R N R R R R R R R R R
Ω=-?=-=Ω=+-=+-=107.2311184.31184
.3215012277.15611184.31
1184.3150112
221N N R R N N R R C C
（3）电路及仿真结果
图5. 由倒L-T 型构成的800-150 30dB 衰减器
（仿真电路：衰减器L-T 800-150 30dB.ewb ）
例2. 设计⼀衰减器，匹配于信号源内阻R S -600欧与负载电阻R L =75欧之间，其衰减量为30dB 。

选⽤⼀节倒L 型和⼀节对称桥T 型组成衰减器，如图6所⽰。

（1）倒L 型电路计算：
（2）桥T 型电路计算：
由于总衰减量A=30dB ，N=10^(30/20)=31.62；所以桥T 型衰减量N 2为 N 2=N/N 1=31.62/15.48=2.04 计算R 1和R 2 R 1=Rc(N 2-1)=75×(2.04-1)=78.18Ω R 2=Rc/(N 2-1)=75/(2.04-1)=71.95Ω（3）电路及仿真结果
48.1560075111118.8075600600
7525.561)75600(600)(1
1121211222111=???? ??--=???? ?
--=Ω
=-=-=Ω=-?=-=--C C C C C C C C C R R N R R R R R R R R R
图6. 由倒L和桥T型组成的600-75 30dB衰减器
（仿真电路：衰减器L-BrgT 600-75 30dB）
2、可变衰减器的设计
可变衰减器，⼀般是指特性阻抗值恒定的，⽽它的衰减值是可变的衰减器，由桥T型衰减器构成⽐较⽅便。

可变桥T型衰减器的电路结构如图7所⽰。

图7 可变T型衰减器
采⽤这种可变衰减器电路的优点是，电路中只有两个可变化部分，⽽可变T型或可变∏型衰减将有三个可变部分），⽽且R为固定电阻，可以避免因旋钮换档时，由于旋钮触点接触不良⽽引起电路中断现象。

例：设计⼀个可变桥T型衰减器。

各档衰减值分别为10、20、30dB，特性阻抗Rc=600欧。

解: 计算各档电阻值
(1)10dB N1=3.162
Rs1=Rc*(N1-1)=600*(3.162-1)=1297.37Ω
Rp1=Rc/(N1-1)=600/(3.162-1)=277.49 Ω
(2)20dB N2=10
Rs2=Rc*(N2-1)=600*(10-1)=5400 Ω
Rp2=Rc/(N2-1)=600/(10-1)=66.67 Ω
(3)30dB N3=31.62
(4) 计算各档电阻值
R11=Rs1=1297.37 Ω
R12=Rs2-Rs1=5400-1297.37=4102.63 Ω
R13=Rs3-Rs2=18373.67-5400=12973.67 Ω
R23=Rp3=19.59 Ω
R22=Rp2-Rp3=66.67-19.59=47.08 Ω
R21=Rp1-Rp2=277.49-66.67=210.82 Ω
(5) 电路及仿真结果
图8 由桥T型衰减器构成的可变（0,10,20,30dB）衰减器（仿真电路：衰减器brg-T 600可调.ewb）
课程设计的难点主要是理解电路原理，并计算。

计算⽐较繁多，可能会出错，这是特别要注意的，若计算出错，那么做出来的衰减器就不能满⾜要求。