В нашей лаборатории имеется заводской измерительный генератор, работающий в диапазоне до 50 МГц. В процессе измерений и настройки радиоаппаратуры, в частности приемников, возникают определенные неудобства, связанные с высоким выходным напряжением устройства. Оно в пределах от 1 мВ / 50 Ом до 10 В / 50 Ом, что иногда значительно превышает допустимые уровни для измерений. Для получения более низкого выходного напряжения, например, 10 мкВ / 50 Ом, потребовался дополнительный аттенюатор, обеспечивающий заметное ослабление сигнала.
Рассматривался вариант покупки готовых высокочастотных, доступных на Алиэкспрессе. Но при анализе предложений стало очевидно, что доступные модели, имеющие максимальное затухание в пределах -20 дБ, не обеспечивают требуемого уровня ослабления. Кроме того, долгое ожидание доставки создают дополнительные сложности, а потребность в приборе была срочной. Исходя из этих обстоятельств, решено было собрать аттенюатор самостоятельно.
Расчет и конструкция аттенюатора
Для проектирования П-образного аттенюатора использовалась специализированная программа, позволяющая выполнять точные расчеты. В результате было спроектировано устройство, состоящее из трех последовательно соединенных блоков, каждый из которых представляет собой 50-омный аттенюатор с затуханием -20 дБ. Это обеспечивало суммарное затухание в -60 дБ — то что надо.
Подбор резисторов для каждого из трех блоков выполнялся с учетом стандартного ряда E24. Для этой задачи отлично подходит программа ResistCalc, которая не только производит расчеты, но и округляет значения до ближайших стандартных номиналов с учетом допустимой погрешности.
В ней введите любое произвольное значение сопротивления, которое нужно, и программа рассчитает комбинацию, используя стандартные значения. Она даже показывает вам цветные полосы, которые появятся на требуемых резисторах.
Значения «E24» являются стандартными значениями, в которых обычно доступны резисторы с допуском 5%: 1k, 1.2k, 1.3k, 1.5k и так далее, а серия «E96» является стандартными значениями 1% (1.00k, 1.02k, 1.05k и т. д.). Иногда попадаются значения E24 с допуском 1%, но они менее распространены, поэтому, если нужен результат с 1%, то лучше использовать значения E96.
Выбор корпуса и монтаж
Для сборки подошла готовая посеребренная металлическая коробка, ранее применявшаяся в ВЧ-переключателе. Первоначально планировалось использовать входные и выходные разъемы BNC, подключенные через коаксиальные кабели. Но на практике выяснилось, что при столь высоком уровне входного сигнала и значительном ослаблении кабель до аттенюатора приводит к нежелательным эффектам. В частности, прикосновение рукой к кабелю изменяло показания прибора, что недопустимо для точных измерений.
Было принято решение впаять BNC-разъемы непосредственно в боковые стенки корпуса — это обеспечило лучшую экранировку. Дополнительно между тремя П-образными блоками были установлены экраны, уменьшающие паразитное влияние соседних элементов.
Конструкция выполнена с использованием обычных маломощных резисторов, установленных попарно для достижения требуемых значений сопротивления, но вы можете ставить резисторы SMD.
Измерение характеристик
После завершения сборки протестировали характеристики самодельного аттенюатора с использованием анализатора NWT-500. Результаты показали, что устройство даёт хорошие частотные свойства, полностью удовлетворяя требованиям. Учитывая, что рабочий диапазон аттенюатора ограничивается КВ и частотами до 50 МГц, качество работы устройства прекрасно подошло.
Таким образом, самостоятельная разработка и сборка аттенюатора оказалась успешной, позволив получить необходимый прибор в кратчайшие сроки и без лишних затрат. При необходимости, можно пересчитать компоненты под любое сопротивление требуемый уровень ослабления (-10, -20, -30, -40, -50 и так далее децибелл).
Вот таблица расчетов для изготовления П-образного аттенюатора, где:
- R1 — резистор между входом и землей.
- R2 — проходной резистор между входом и выходом.
- R3 — резистор между выходом и землей.
| Ослабление (дБ) | R1 (Ом) | R2 (Ом) | R3 (Ом) |
|---|---|---|---|
| -3 dB | 290 | 71.5 | 290 |
| -6 dB | 150 | 100 | 150 |
| -10 dB | 82.5 | 150 | 82.5 |
| -20 dB | 27.4 | 270 | 27.4 |
| -30 dB | 8.66 | 475 | 8.66 |
| -40 dB | 2.75 | 820 | 2.75 |
| -50 dB | 0.91 | 1300 | 0.91 |
| -60 dB | 0.29 | 2050 | 0.29 |
Эти расчёты подходят для низкочастотных и среднечастотных приборов, включая КВ-диапазон (3–30 МГц) и до 50 МГц. Но важно учитывать:
- Паразитные параметры резисторов – на частотах выше 100 МГц резисторы начинают вести себя неидеально из-за паразитных индуктивностей и емкостей.
- Выбор резисторов – для ВЧ-применений (например, 100+ МГц) лучше использовать SMD-резисторы с минимальной паразитной индуктивностью.
- Точность согласования – при работе на ВЧ (50+ МГц) важно учитывать влияние монтажа, особенно длину выводов.
Подробнее про аттенюаторы читайте в этой статье.
