T型網(wǎng)絡衰減電路

1、精品文檔T 型電阻衰減電路一性能指標: 1 設計一個 T 型電阻衰減電路要求衰減倍數(shù)-40db在0-50MHZ頻率范圍內(nèi)衰減倍數(shù)基本不變 2設計一個T 型網(wǎng)絡衰減電路要求衰減倍數(shù)-60db頻率要求在低頻范圍內(nèi)（低于 200khz）二方案論證：在無線系統(tǒng)測試中常常需要對從一個設備到另一個設備的信號進行衰減。例如，射頻發(fā)射機測試中，涉及的功率等級常常從幾瓦到幾百瓦甚至上千瓦，這么大功率的信號必須得經(jīng)過衰減以后才可以連接到大部分的測試設備中，否則會對測試設備有損害。一種叫做衰減器的簡單電路常常能用來減少信號幅度，而且衰減器不但可以把信號電壓衰減到一定值還可以對阻抗值進行變換。實現(xiàn)此功能的電路常常被稱

2、作兀型或 T 型衰減網(wǎng)絡大部分測試設備常常具有特定的輸入阻抗。比如， 許多的無線通信測試設備的特性阻抗為 50 ? 而視頻設備的特性阻抗為 75? ， 而 T 型電阻衰減網(wǎng)絡可以根據(jù)實際要求隨意設置輸入阻抗，可以實現(xiàn)阻抗匹配問題；而且T 型 網(wǎng)絡采用電阻并聯(lián)后分壓的方式，也可以避免使用大電阻分壓對衰減網(wǎng)絡的性能產(chǎn)生影響；另外， T 型電阻衰減網(wǎng)絡設計簡單，易于計算，所以在電阻分壓時經(jīng)常被使用。方案一 高頻 T 型電阻衰減網(wǎng)絡題目要求設置衰減增益為 -40dB, 輸入輸出阻抗為與外部儀器阻抗匹配，因為要測試比較高的頻率( 0- 50MHZ ) ，用普通的示波器和信號發(fā)生器與電路的連接線會對測試結

3、果產(chǎn)生很大影響 (如普通的信號源連接線會等效為幾十 pf 的 電容，與電路中的電阻構成一個頻率較高的低通濾波，會在頻率高時對電路產(chǎn)生衰減作用) ， 因此要用到射頻頭和射頻線。因為射頻線的特性阻抗是 50Q ,所以射頻線特兩端 的電阻阻值必須為50Q,所以限制了 T型網(wǎng)絡的輸入輸出 阻抗，從而限制了衰減倍數(shù)。所以說要實現(xiàn)更高頻率的衰減，就不能實現(xiàn)更大的衰減。方案二 低頻 T 型電阻衰減網(wǎng)絡首先該方案是實現(xiàn)更高的衰減倍數(shù)，因為該方法電阻的取值不受限制， 可以任意設置衰減倍數(shù)。 然而電路中就不能用射頻線，因此在高頻信號時，由于普通信號線存在有等效電容，會在高頻信號時對信號衰減，所以說此方案只使用于低

4、頻信號。三 . 系統(tǒng)硬件電路設計<1> 普通的 T 型衰減網(wǎng)絡設計在設計T型電阻網(wǎng)絡衰減時，為了保證衰減倍數(shù)能夠在理論計算值誤差范圍內(nèi)，必須要考慮阻抗匹配，即上一級的輸出阻抗要和 型網(wǎng)絡的輸入阻抗要一致，即R'=RI,下一級的輸入阻抗要和T型網(wǎng)絡的輸出阻抗一致，即RL=Ro,電路圖如下所示GNDGNDitRlGNDRIRocrGND由阻抗關系可得RI = R1 R3/( R2 Ro)(1)Ro =R2 R3/(R1 RI)又根據(jù)電路輸入電壓和輸出電壓關系可得,RI R1 UI UI、()R2 =Uo-UIRI R3 RIRI R1RI(3)精品文檔由(1) (2) (3)關

5、系式可推出RI UoR1 =(1)Ro UIUo 2RIUIRI UoRo UI-RI-1Uo. 2RI R2=(Uo_1)URoUI RI Uo2 d2 -1Ro UI 22 RI UoR3 =UIRI Uo2 (2 -1Ro UI(6)(5)<2>對稱T型衰減網(wǎng)絡設計圖1設計的電路圖適用于所有 T型電阻衰減網(wǎng)絡，若當R1=R2時,該T型電阻衰減網(wǎng)絡就變成對稱T型衰減網(wǎng)絡，其電路圖如下所示(8)(9)由阻抗關系可得Ro =RI = R1 R2/(R1 RI)又根據(jù)電路輸入電壓和輸出電壓關系可得RI R1 UI UIRI R1()R1=Uo-UIRI R2 RIRI由(7) (8)

6、關系式可推出Uo-1。UIR2 =Ro2U0Uo2(10)UI2-1<3>高頻T型電阻衰減網(wǎng)絡設計由上可以知道，要設置輸入阻抗 RI=R'=50Q, （R'為信號源內(nèi) 部固定阻抗，與輸入阻抗匹配），要設置Ro/RL+R4=50 Q ,（實現(xiàn)與射 頻線匹配）為了方便計算，這里我們?nèi)?Ro=50,則RL=Ro=50Q （負 載與輸出阻抗匹配），可推出R4=25Q圖3先已知RI=Ro=50Q,衰減倍數(shù)Au1=-40db,由公式（4） （5） （6）可推出R1=R2=49.01QR3=1Q<4>低頻T型電阻衰減網(wǎng)絡設計低頻T型電阻衰減網(wǎng)絡中，雖然不用設置射頻線阻

7、抗匹配，但如圖1所示。這里我設RI=RL=1k,仍然需要設置輸入輸出阻抗匹配，由性能指標可知，Au2=-60db,可根據(jù)公式(4)(5)(6)可推出R1=R2=998QR3=2Q四.系統(tǒng)調(diào)試和分析1.高頻T型電阻衰減網(wǎng)絡<1>電路仿真下圖是輸入幅值為10V (峰峰值20V),頻率分別為1kHZ、1MHZ、50MHz的交流信號件mrw'orTT 與n_n_S15J OptcrsFrequerwy 1| MHz-Djty Cyote 50MiplitWe 10VpOffMt p pSet Rjse/Fal Timeek JV H Trig'd M Fes: Ds MEA

8、SURESgrial 0ggsFt為例icy50 VHzDirty Cycte 5Amplitude10I VpOffset o p$et REMFHITmg CHI WmV CH2 5V USODnsCHi/，府上圖為仿真出來的輸出波形（輸入為綠色，輸出為黃色），輸入波形的頻率為 1khz,1Mhz,50Mhz，峰峰值為 20V,輸出波形的峰峰值為200mV.基本無偏差.由上可知知道，該T型分壓衰減網(wǎng)絡可以實現(xiàn)在 0-50MHZ頻率范圍內(nèi)，實現(xiàn)對信號共減-40db.2.低頻T型電阻衰減網(wǎng)絡二%血:下圖是輸入幅值為10V （峰峰值20V ）,頻率為1kHZ ,50KHZ,300KHZ,1MHZ

9、 的交流信號E;ral Optiors上圖為仿真出來的輸出波形（輸入為綠色，輸出為黃色），輸入波形 的頻率為01Mhz范圍內(nèi)，峰峰值為20M輸出波形的峰峰值均值為20mv.綜上現(xiàn)象可以知道，該T型分壓衰減網(wǎng)絡可以實現(xiàn)在 0-1MHZ頻率范圍內(nèi)，實現(xiàn)對信號衰減-60db.<2>實物電路圖及結果分析1.高頻T型電阻衰減網(wǎng)絡下圖是輸入一個峰峰值為 2.5V,頻率分別為100hz、10khz、1Mhz、 20Mhz、50Mhz、80Mhz的正弦波，通過T型衰減網(wǎng)絡，具輸出波形如下所示由上可知，頻率在0 50MHZ,輸入電壓峰峰值為UI=2.5V經(jīng)過該高頻T型電阻衰減網(wǎng)絡后，輸出波形的峰峰值

10、為25.8mv、25.6mv、 25.4mv、25.2mv、25.8mv、26.4mv,無失真，總體變化幅度小于 2mv則輸入電壓峰峰值 Uo 二益8 25.6 25.4 25.2 26.4 27.0 : 25.9mV6衰減倍數(shù) Aui =20logUO =20log(25.9mV) -38dbUI2V(UI)2輸入功率 PI1 = 2 2=2.5V 2.5V =0.016WRI 8 50Q(Uo )2輸出功率說明該高頻2 225.9mV 25.9mVPo1 = 2 2= = 0.0017mWRo8 50QT型電阻衰減網(wǎng)絡可以在 050Mhz頻率范圍內(nèi)衰減-38db,且衰減倍數(shù)無明顯變化，在誤

11、差范圍內(nèi)滿足實驗要求。另外，在測試高頻T型電阻衰減網(wǎng)絡時，用的示波器型號是DS22022.低頻T型電阻衰減網(wǎng)絡下圖是輸入一個峰峰值為 20V,頻率分別為100hz、10khz、50khz、100khz、200khz的正弦波，通過T型衰減網(wǎng)絡，具輸出波形如下所示由上可知，頻率在0200kHZ,輸入電壓峰峰值 UI=20V,經(jīng)過該低頻T型電阻衰減網(wǎng)絡后，輸出波形的峰峰值分別為27.4mv、27.0mv、26.0mv、26.2mv、27.0mv范圍內(nèi)，無失真，變化幅度小于 2mv則輸出電壓為 Uo=Uo = 27.4 27.0 26° 至2 27°=26.72mV5Uo26.72

12、mV垠;減倍數(shù) Au 2 =20log =20log() - -57.5dbUI20V輸入功率(UL)2PI2=2RI20V 20V8 1000Q= 0.05WUo 2 ()妗山竹玄2 225.9mV 25.9mV輸出功率 Po2 = = 0.0089mWRo8 1000Q說明該高頻 T型電阻衰減網(wǎng)絡可以在0200Khz頻率范圍內(nèi)衰減 -57.5db,由于輸入輸出電阻匹配度不夠，誤差較大，但仍大致達到實 驗要求。五.遇到的問題及解決方案1、在測試過程中，用普通的示波器和信號發(fā)生器連接線在測試 T 型分壓衰減網(wǎng)絡的頻率響應時，當信號達到十幾兆時，信號會產(chǎn)生幅 度較大的衰減，已知輸入出阻抗是 20

13、0Q答;因為信號發(fā)生器連接線可以等效成幾十pf的電容與電路的輸入阻抗形成低通濾波，所以會衰減，計算如下：等效電容大致取值為C'=50pf,輸入阻抗RI=200 Q形成低通濾波的截止頻率為fo =2 二 RI C'12n 5 10* 2 103：15MHZ所以說信號在十幾兆會產(chǎn)生明顯的衰減2 .為什么阻抗不匹配在高頻信號中會反射，什么是反射？反射是指在電路中由于拐角，過孔，元件引腳，線寬變化，T型引線等阻抗發(fā)生突變，就會有部分信號沿傳輸線反射回源端。 表征這 一現(xiàn)象的最好的量化方法就是使用反射系數(shù)，反射系數(shù)是指反射信號與入射信號幅值之比，其大小為：(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)

14、 。 Z1是第一個區(qū)域的特性阻抗，Z2是第二個區(qū)域的特性阻抗。當信號從第一個區(qū)域 傳輸?shù)降诙€區(qū)域時，交界處發(fā)生阻抗突變，因而形成反射例如，圖a左邊是T型網(wǎng)絡的輸出端并聯(lián)一個負載，右邊是一個 射頻線。設射頻線的特性阻抗為Z1=50Q,而射頻線左邊區(qū)域的特性 阻抗為Z2=RL/Ro=25 Q ,由于Z1 #Z2,阻抗不匹配，所以電路中會出 現(xiàn)反射現(xiàn)象反射系數(shù)=(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)= (50-25) /(50+25)=33.2%輸入電壓為1.25V則電壓反射量=1.25*33%=0.413 .射頻線的工作特性如下：Vo1為輸出一個電壓值，為了保證阻抗匹配，需要加匹配電阻R1=50Q與射

15、頻線的特性阻抗R2匹配，射頻頭阻斷了電流從 Vo1流向 Vo2,因此 Vo1=Vo2Vo1 ,；匹配阻抗R1R2 : Vo2射頻線方案改進綜上可知， 方案一可以試驗0-50MHZ 的信號衰減， 然而衰減倍數(shù)卻只能衰減-40db,案二可以實現(xiàn)更大的衰減倍數(shù)，卻因此阻抗不匹配，不能用射頻線， 在頻率高時， 由于連接線上存在的等效電容和電感等會使帶寬受到限制。 若要在帶寬足夠大時增大衰減倍數(shù)， 需要使用更小的電阻才能實現(xiàn)。十實驗總結與提高 1 實驗中存在的不足之處1 .方案一衰減倍數(shù)不夠大，方案二帶寬不夠2 .實驗結果誤差較大3 .方案設計時只采用了對稱T 型網(wǎng)絡，未采用非對稱 T 型網(wǎng)絡 2 實驗注意事項(1)在設計高頻T型電阻衰減網(wǎng)絡PCB時，要保持地的完整性，信號線距離要短，減少彎曲(2)在設計電路時，盡量選擇阻值較小的電阻，否則會產(chǎn)生噪聲等(3)(