被动衰减器为何物？

来源：罗姆半导体社区

无源衰减是完全电阻元件由一种特殊类型的电气或电子电路的双向的。衰减器是两端口电阻网络，旨在将电源所提供的功率减弱或“减弱”（因此得名）到适合所连接负载的水平。

无源衰减降低由单个固定量，可变的量或在一系列已知的可切换步骤被递送到所连接的负载的功率量。衰减器通常用于无线电，通信和传输线应用中，以减弱更强的信号。

无源衰减是其在各种各样的电子设备的用于通过调整信号电平延伸的测量设备的动态范围，以提供振荡器或放大器的阻抗匹配，以减少的效果的纯无源电阻网络（因此没有电源）输入/输出端接不正确，或者根据显示的应用简单地在不同电路级之间提供隔离。

衰减器连接

可以将简单的衰减器网络（也称为“衰减器”）设计为产生固定程度的“衰减”或在预定步骤中提供可变量的衰减。标准固定衰减器网络通常称为“衰减器垫”，其特定值范围为0 dB至100 dB以上。可变衰减器和开关衰减器基本上是可调电阻器网络，在每个开关步骤中，例如每个开关位置的-2dB或-6dB步长，其衰减均经过校准。

然后，衰减器是一个四端子（两端口）无源电阻网络（也提供使用晶体管和集成电路的有源类型），旨在在所有频率上对输出电信号产生“无失真”的衰减，衰减量相等，且没有相移。与无源RC滤波器网络不同，因此，为实现这一目的，衰减器应由纯无感电阻而不是绕线电阻组成，因为无功元件会产生频率歧视。

简单的被动衰减器

衰减器与放大器相反，它们通过电阻分压器电路作为典型的衰减器来降低增益。给定网络中的衰减量由以下比率确定：输出/输入。例如，如果电路的输入电压为1伏特（1V），而输出电压为1毫伏特（1mV），则衰减量为1mV / 1V，等于0.001或减少千分之一。

但是，使用电压，电流或什至功率比来确定或表示电阻衰减器网络可能具有的衰减量（称为衰减因子）可能会造成混淆，因此对于无源衰减器，其衰减程度通常使用对数表示标度以分贝（dB）给出，因此更容易处理这么小的数字。

衰减度

衰减器性能由输入信号每频率十倍频程（或倍频程）降低的分贝数表示。的分贝，简称为“DB”，通常被定义为对数或电压的“日志”措施，电流或功率比和表示贝尔（B）的十分之一的1/10。换句话说，制作一个贝尔需要10分贝。然后根据定义，输入信号（Vin）与输出信号（Vout）之比以分贝为单位：

分贝衰减

请注意，分贝（dB）是对数比，因此没有单位。因此，-140dB的值表示衰减为1：10,000,000单位或1000万与1的比率。

在无源衰减器电路中，将输入值分配为0 dB参考点通常很方便。这意味着无论输入信号或电压的实际值是多少，都将用作比较衰减输出值的参考，因此将其分配为0 dB。这意味着低于此参考点的任何输出信号电压值都将表示为负dB值（-dB）。

因此，例如-6dB的衰减表示该值比0 dB输入参考低6 dB。同样，如果输出/输入的比率小于1（单位），例如0.707，则这对应于20 log（0.707）= -3dB。如果输出/输入之比= 0.5，则相当于20 log（0.5）= -6 dB，依此类推，标准的衰减电气表可保存在计算中。

无源衰减器示例1

无源衰减器电路的插入损耗为-32dB，输出电压为50mV。输入电压的值是多少？

-1.6的对数（log -1）给出为：

然后，如果产生的输出电压具有32分贝的衰减，则需要2.0伏的输入电压。

衰减器损耗表

依此类推，生成一张衰减器设计所需的分贝值表。

通过将衰减器插入电路，以分贝表示的电压，电流或功率的这种降低称为插入损耗，最小损耗衰减器设计将阻抗不等的电路与匹配网络中的最小损耗相匹配。

既然我们知道了无源衰减器是什么，它可以被用来减少或“衰减”信号的功率或电压电平，同时引入失真或插入损耗的程度很小或没有，以分贝表示，我们就可以开始。看一下可用的不同衰减器电路设计。

无源衰减器设计

在衰减器电路中可以采用许多方式来布置电阻，其中分压器电路是最简单的无源衰减器电路类型。电位或分压器电路通常被称为“ L-pad”衰减器，因为其电路图类似于反相的“ L”电路图。

但是，还有其他常见的衰减器网络类型，例如“ T-pad”衰减器和“ Pi-pad”（π）衰减器，具体取决于将电阻组件连接在一起的方式。这三种常见的衰减器类型如下所示。

衰减器类型

上述衰减器电路设计可以“平衡”或“不平衡”形式布置，两种类型的作用相同。“ T-pad”衰减器的平衡版本称为“ H-pad”衰减器，而“π-pad”衰减器的平衡版本称为“ O-pad”衰减器。也可提供桥接T型衰减器。

在不平衡衰减器中，电阻元件仅连接到传输线的一侧，而另一侧接地，以防止在较高频率下泄漏。通常，衰减器网络的接地侧没有电阻元件，因此被称为“公共线”。

在平衡衰减器配置中，相同数量的电阻元件均等地连接到传输线的每一侧，并且接地点位于由平衡并联电阻产生的中心点。通常，平衡和不平衡的衰减器网络无法连接在一起，因为这会导致一半的平衡网络通过不平衡的配置短路到地。

开关衰减器

代替仅使用一个衰减器即可达到所需的衰减程度，可以将各个衰减器垫连接或级联在一起，以在给定的衰减步骤中增加衰减量。多极旋转开关，翘板开关或组合式按钮开关还可用于以1dB至100dB或更高的任何所需顺序连接或旁路单个固定衰减器网络，从而使设计和构建开关衰减器网络变得容易，这也是众所周知的作为步进衰减器。通过接通适当的衰减器，可以按固定步骤增大或减小衰减，如下所示。

开关衰减器

这里，有四个独立的电阻衰减器网络，它们串联成梯形网络，每个衰减器的值是其前任（1-2-4-8）值的两倍。每个衰减器网络都可以根据相关开关的要求在信号路径中“切入”或“切出”，从而产生一个步进调节衰减器电路，该电路可以以1dB的步长从0dB切换到-15dB。

因此，电路提供的衰减总量将是“ IN”切换的所有四个衰减器网络的总和。因此，例如，-5dB的衰减将需要连接开关SW1和SW3，而-12dB的衰减将需要连接开关SW3和SW4，依此类推。

衰减器摘要

衰减器是一种四端设备，可在不使信号波形失真的情况下减小信号的幅度或功率，衰减器会引入一定量的损耗。

衰减器网络插入在源和负载电路之间，以将源信号的幅度减小适合负载的已知量。

衰减器可以是固定的，完全可变的，也可以以已知的衰减，-0.5dB，-1dB，-10dB等可变。

衰减器的形式可以对称或不对称，并且可以平衡也可以不平衡。

固定衰减器也称为“衰减器”，用于“匹配”不相等的阻抗。

衰减器实际上与放大器相反。放大器提供增益，而衰减器提供损耗，或者增益小于1（单位）。

衰减器通常是由简单的分压器网络制成的无源设备。在不同电阻之间切换会产生可调式步进衰减器，并使用电位计来连续可调式衰减器。

为了简化衰减器的设计，可以使用“ K”（恒定）值。该“ K”值是对应于给定dB衰减值的电压，电流或功率之比，并表示为：

我们可以针对下表列出的不同衰减量生成一组称为“ K”值的常数值。

衰减器损耗表

依此类推，生成一个表，其中包含我们所需的“ K”值。

固定值衰减器（称为“衰减器垫”）主要用于射频（Rf）传输线中，以降低电压，耗散功率或改善各种失配电路之间的阻抗匹配。

前置放大器或音频功率放大器中的线路电平衰减器可以像0.5瓦电位器一样简单，也可以采用分压器L-pad来简化音频信号在到达扬声器之前的幅度，从而减小输出音量。

在测量信号时，使用大功率衰减器垫将信号幅度降低已知量以进行测量，或保护测量设备免受可能损坏设备的高信号电平的影响。

审核编辑 黄昊宇