衰减器设计
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实验二衰减及阻抗匹配网络的设计
一、实验目的
⒈了解衰减器和网络匹配的特点。
⒉学习常用衰减器和匹配网络的设计方法。
⒊学习精确阻值电阻的制作。
二、原理与说明
⒈衰减器的主要用途
在信号源与负载之间插入衰减器,使信号通过它产生一定大小或可以调节的衰减,以满足负载或下一级网络在正常工作时对输入信号幅度的要求。常用的衰减网络结构有倒L型、T型、П型和桥T型等几种。
⒉常用衰减器的衰减量有连续可调和按步级衰减两种
衰减器的衰减量,即衰减倍数可直接用输入、输出电压比表示,也可以用它的dB数表示。图2-1和图2-2所示为两种按分压器原理工作的衰减器,其中图2-1所示是一个
电位器,它的分压比连续可调;图2-2
规
律衰减的步级衰减器,这两种衰减器都可等效成倒L型网络,
输入特性阻抗和输出特性阻抗不等,且随衰减量的不同而变
化。此类衰减器常用在对匹配要求不高的场合,并且要求负
载电阻越大越好。图2-1
图2-2
⒊对称网络衰减器
当要求衰减器的插入不改变前后级匹配状况时,常采用如图2-3所示T型或П型对称网络衰减器。这类对称网络的特点是输入、输出特性阻抗一致且不随衰减档级而变化。
(a)
(b)
图2-3
若衰减器的电压衰减倍数12U N U ⎛⎫
⎪⎝⎭
和特性阻抗C Z 给定,则元件参数可由(2-1)式或(2-2)式决定。
对П型衰减器有
2112C N R Z N
-=
21
1
C
N R Z N +=- (2-1) 对T 型衰减器有
11
1C
N R Z N -=+ 2221
C N
R Z N =- (2-2)
图2-4
用多个相同的衰减器级联可构成一个步级衰减器,如图2-4所示。由于其中两个2
R 并联可用一个2R /2来等效,因此还可以用图2-5所示梯形电路构成衰减器。由于是对称
网络,级联后输入输出特性阻抗不变,而总衰减量为各级衰减量相乘或dB 数之和。
图2-5
⒋ 倒L 型网络衰减器
当前后级或信号源与负载网络不匹配时,可以插入一倒L 型网络,使之成为匹配传输网络(倒L 型网络本身是衰减器,因此在匹配的同时也产生衰减)。如图2-6所示,设信号源内阻为S R ,负载电阻为L R ,而倒L 型网络特性阻抗1()r C Z Z 和2()C Z Z ∏与1R 、2R 之间的关系,由(2-3)式和(2-4)式决定。
u
L
R
图2-6
r Z = (2-3) Z ∏=由于r Z Z ∏>,故如果S L R R >,应将r Z 一端与S R 相接,Z ∏一端与L R 相接。因此,
由r S Z R =和L Z R ∏=,解得
1
2R = (2-5)
22R =
(2-6) 三、预习要求
⒈ 用倒L 型网络设计一匹配器。如图2-6所示,其中600S R =Ω,150L R =Ω ,计算各元件值。
⒉ 设计一衰减器,它由两级П型对称网络级联而成,特性阻抗50C Z =Ω,如图2-7所示。一级衰减量为5dB,另一级衰减量为10dB,确定各元件值。
⒊ 自拟表格,将测量数据记录在表中。
C Z 图2-7
四、设计任务
⒈ 按预习时设计的结果,制作各种阻值的电阻(阻值必须准确,取四位有效数字):可选用比计算的电阻值略低的标称值系列碳模电阻,用刀刮电阻的碳模层,同时用电桥测量其阻值,直至达到要求为止。按图2-6、图2-7完成制作匹配器、衰减器的电路连接。
⒉ 将按图2-6制作的匹配网络插入5(600)S S u V R ==Ω、150f kHz =的信号源和150L R =Ω的负载之间,测量其衰减量以及信号源S u 发出和负载L R 吸收的功率。
⒊ 将按图2-7制作的衰减器插入10(50)S s u V R ==Ω、150f kHz =的信号源和负载电阻L R 之间,分别测试50L R =Ω和150L R =Ω时各级衰减量、输入阻抗。
五、设计报告要求
⒈整理设计过程和测试结果。
⒉计算插入匹配网络后,负载吸收的最大功率,并与实验值进行比较。计算插入
匹配网络后电路的效率。
⒊将测量的各级衰减量、输入阻抗与理论值进行比较,计算其误差。
⒋得出结论,并写出设计与测试报告。
六、实验设备
⒈ YB1693型函数发生器一台;
⒉ AS2294D型双通道交流毫伏表一台;
⒊ DT9205型数字万用表一块;
⒋ D26型功率表一块;
⒌碳膜电阻一组;
⒍导线若干。