Материал публикуется с любезного разрешения автора.
Многофункциональный генератор качающейся частоты 100 кГц...2 ГГц
Аттенюатор 20...120 дБ.
Александр Кравченко, Украина
E-mail: alderkra{собака}ukr.net
Январь 2005 г.
Работа аттенюатора (рис.18) понятна по его схеме. Здесь привожу методику расчета сопротивлений резисторов и описание конструкции аттенюатора.
Расчет сопротивлений резисторов аттенюатора выполнялся для одного звена, ослабление которого составляет 10 дБ, по эквивалентным схемам, изображенным на рис.18. При этом внутреннее сопротивление генератора G принималось равным нулю, так как схема АРМ поддерживает постоянный уровень ВЧ напряжения между точкой подключения катода диода VD1 и корпусом.
Расчет сопротивлений резисторов Ra и Rb выполнялся, решением системы уравнений с двумя неизвестными. Каждое уравнение составлялось, по выполнению требуемых условий для схемы.
По первому условию для эквивалентной схемы (1), напряжение между точками x и z, должно быть в К раз больше, чем напряжение между точками y и z, составлено первое уравнение: (I*(Rb+Ra))/(I*Ra)=K, где K - коэффициент ослабления одного звена по напряжению в разах, который в данном случае, при ослаблении звена 10 дБ, равняется 3,1623. Ток I - сокращаем, и получаем уравнение (Rb+Ra)/Ra=K.
По второму условию для эквивалентной схемы (2), сопротивление между точками y и z должно равняться выходному сопротивлению звена, составлено второе уравнение: (1/(Ra+Rb))+(1/Ra)=S, где S - величина обратная выходному сопротивлению звена, и в данном случае равняется 1/50, или 0,02.
Решив эту систему уравнений, получим формулу для определения сопротивления резистора Ra: Ra=(K+1)/(K*S). Сопротивление резистора Rb, вычисляем по формуле Rb=K*Ra-Ra, полученной из первого уравнения системы.
На эквивалентной схеме (3) изображена цепочка, которой, при наращивании звеньев, заменяют резистор Ra (правый) на эквивалентных схемах. Сопротивление этой цепочки между точками y и z должно равняться сопротивлению резистора Ra. По выполнению этого условия и определяем сопротивление резистора Rc. Для удобства рассчитываем сначала проводимость резистора Rc:
1/Rc=(1/Ra)-(1/(Rb+Ra)). А сопротивление - величина, обратная проводимости: Rc=1/(1/Rc).
Теперь зная номиналы всех резисторов, можно определить напряжение генератора G, необходимое для обеспечения требуемых уровней напряжений на всех выходах аттенюатора. Расчет производим по эквивалентной схеме (1), зная что напряжение на генераторе Ug, больше за напряжение Uxz на падение напряжения резисторе Ra, Ug=Uxz+(I*Ra) где ток I=Uxz/(Ra+Rb). Подставив значение тока в предыдущее выражение, получим формулу для определения требуемого напряжения генератора: Ug=Uxz+((Uxz*Ra)/(Ra+Rb)).
Для схемы аттенюатора, величина ВЧ напряжения (Uxz) на ненагруженном выходе "-20 дБ/В" должна составлять 200 мкВ. При этом мощность, выделяемая на нагрузке 50 Ом, подключенной к этому выходу будет составлять 200 мкВт, при напряжении на нагрузке 100 мВ. Для получения таких уровней напряжения и мощности, схема АРМ должна поддерживать расчетный уровень ВЧ напряжения между точкой подключения катода диода VD1 и корпусом, равный 263,2 мВ, рассчитанный по выше приведенной формуле. Исходя из этого, расчетная мощность на нагрузке 50 Ом подключенной к выходу аттенюатора "Вых. 18 дБ/В", будет составлять 346 мкВт, что соответствует приближенно уровню -18 дБ/В. P=(U^2)/R, где U=263,2/2=131,6 мВ (выходное сопротивление выхода "-18 дБ/В" равняется сопротивлению резистора R1=50 Ом).
Корпус аттенюатора, вид которого изображен на рис.18, изготовлен из одностороннего фольгированного стеклотекстлита толщиной 1,5 мм, имеет внутренние размеры 149 х 30 мм и глубину 22 мм. Передняя панель изготовлена из двустороннего стеклотекстолита, толщиной 1,5 мм, и выступает за наружные габариты корпуса с каждой стороны по 7 мм. Все детали корпуса соединены при помощи паек. Корпус поделен на секции при помощи перегородок которые изготовлены из тонкой жести или латуни. В каждой секции установлено гнездо СР-50-73ФВ. Отверстия для гнезд в корпусе, необходимо прорезать не круглые, а по форме резьбовой части гнезда, так чтоб гнезда не проворачивались в процессе работы. Боковые разъемы устанавливают на такой высоте, чтоб их центральные выводы находились в одной плоскости с выводами резисторов R2 и R3. После крепления гнезд к корпусу, при помощи гаек, корпусные части гнезд (не нарушая резьбу) соединяют пайками с корпусом аттенюатора при помощи прямоугольных металлических полосок, а для секции "-20 дБ/В", вырезают П-образную металлическую пластину, которую также припаивают к корпусной части гнезда и к корпусу аттенюатора. Эти металлические полоски и пластина изображены на рис.18 не затемненными. В перегородках между секциями предварительно сверлят отверстия диаметром 1,5...2 мм, в которые впоследствии вставляют выводы резисторов.
Технология изготовления резисторов с нестандартными сопротивлениями есть в описании конструкции ГКЧ. Все резисторы припаивают, обеспечивая минимальную длину выводов, а также располагая их на как можно близком расстоянии к металлическим частям корпуса. Конденсаторы С1, С2, и С3 применяют безвыводные. Можно использовать конденсаторы типа КМ, отпаяв предварительно от них выводы. Проверить аттенюатор на наличие ошибок можно так: замкнуть на корпус точку соединения C3 и R2, и проверить прозвонкой сопротивление всех его выходов (-20...-120 дБ) - между корпусом и центральными выводами. Все измерения должны показать 50 Ом. В составе ГКЧ, АЧХ аттенюатора по выходам -20 дБ/В и -40 дБ/В можно проверить при помощи 50-ти омной детекторной головки, подключая ее к этим выходам, а уровень детектированного сигнала контролировать осциллографом. При этом должна работать схема АРМ, использующая сигнал датчика АРМ аттенюатора. После сборки аттенюатора, и проверки его работоспособности, каждую секцию закрывают пластинами из тонкого фольгированного стеклотекстолита (толщиной 0,1...0,2 мм), или металла, опаивая по периметру. Стеклотекстолит предпочтительнее, так как при ремонте, доступ к деталям можно получить, прорезав окно ножом.
При помощи измерительного приемника, работу аттенюатора по выходу -120 дБ/В проверено на частотах до 400 Мгц - в этой полосе частот неравномерность затухания не превышает 1 дБ. По выходу -100 дБ работу проверено на частотах до 1000 МГц, неравномерность затухания до 600 МГц не превышает 2 дБ, до 800 МГц не превышает 3,5 дБ, до 1000 МГц не превышает 5,5 дБ. Неравномерность затухания остальных выходов имеет меньшие величины.
Внимание! При работе с аттенюатором, для получения расчетных уровней мощности на внешней нагрузке 50 Ом, допускается нагружать только один из выходов -20...-120 дБ/В.