T型网络衰减电路

1、T 型电阻衰减电路性能指标 :1 设计一个 T 型电阻衰减电路要求衰减倍数 -40db在0-50MHZ频率范围内衰减倍数基本不变2设计一个 T 型网络衰减电路要求衰减倍数 -60db频率要求在低频范围内（低于 200khz） 方案论证： 在无线系统测试中常常需要对从一个设备到另一个设备的信 号进行衰减。例如，射频发射机测试中，涉及的功率等级常 常从几瓦到几百瓦甚至上千瓦，这么大功率的信号必须得经 过衰减以后才可以连接到大部分的测试设备中，否则会对测 试设备有损害。一种叫做衰减器的简单电路常常能用来减少 信号幅度，而且衰减器不但可以把信号电压衰减到一定值还 可以对阻抗值进行变换。实现此功能的电路

2、常常被称作n型或 T 型衰减网络大部分测试设备常常具有特定的输入阻抗。比如， 许 多的无线通信测试设备的特性阻抗为 50 ? 而视频设备 的特性阻抗为 75?,而T型电阻衰减网络可以根据实际要 求随意设置输入阻抗，可以实现阻抗匹配问题；而且T型网络采用电阻并联后分压的方式，也可以避免使用大电阻 分压对衰减网络的性能产生影响；另外， T 型电阻衰减网 络设计简单，易于计算，所以在电阻分压时经常被使用。 方案一 高频 T 型电阻衰减网络题目要求设置衰减增益为 -40dB, 输入输出阻抗为与外部仪 器阻抗匹配，因为要测试比较高的频率(0- 50MHZ),用 普通的示波器和信号发生器与电路的连接线会对

3、测试结果 产生很大影响(如普通的信号源连接线会等效为几十 pf 的 电容，与电路中的电阻构成一个频率较高的低通滤波，会 在频率高时对电路产生衰减作用) ，因此要用到射频头和射 频线。因为射频线的特性阻抗是 50Q，所以射频线特两端 的电阻阻值必须为50Q，所以限制了 T型网络的输入输出 阻抗，从而限制了衰减倍数。所以说要实现更高频率的衰 减，就不能实现更大的衰减。方案二 低频 T 型电阻衰减网络 首先该方案是实现更高的衰减倍数，因为该方法电阻的取值不 受限制， 可以任意设置衰减倍数。 然而电路中就不能用射频线， 因此在高频信号时，由于普通信号线存在有等效电容，会在高 频信号时对信号衰减，所以说

4、此方案只使用于低频信号。三 . 系统硬件电路设计 普通的 T 型衰减网络设计在设计T型电阻网络衰减时，为了保证衰减倍数能够在理论计算值误差范围内，必须要考虑阻抗匹配，即上一级的输出阻抗要和T型网络的输入阻抗要一致，即RRI，下一级的输入阻抗要和T型网 络的输出阻抗一致，即RL=Ro,电路图如下所示GNDGNDRIRoGNDGND由阻抗关系可得(1)RI = R1 R3/( R2 Ro)Ro =R2 R3/( R1 RI)又根据电路输入电压和输出电压关系可得( UL.UI) R2=uo-ui 心RI R3 RIRI由（1）（2）（3）关系式可推出Uo2RI RI UoUIR1 =(1)U -RI

5、Ro UI RI .Uo2 d2 -1Ro UI 2Uo.2RI x R2 二(四-1)- RoUI RI Uo2 d2 -1Ro UI 22 RIR32RI Uo2 ,2 -1Ro UI对称T型衰减网络设计图1设计的电路图适用于所有 T型电阻衰减网络，若当R仁R2时,该T型电阻衰减网络就变成对称T型衰减网络，其电路图如下所示图2由阻抗关系可得Ro =RI = R1 R2/(R1 RI)(RI R1(RIUIR2又根据电路输入电压和输出电压关系可得RI +R1RI由（7）（8）关系式可推出UIR12U0R2 = RoUl1Ul21高频T型电阻衰减网络设计由上可以知道，要设置输入阻抗RI=R50

6、Q, (R为信号源内部固定阻抗，与输入阻抗匹配)，要设置Ro/RL+R4=50 Q,(实现与射 频线匹配)为了方便计算，这里我们取 Ro=50,则RL=Ro=50 Q (负 载与输出阻抗匹配)，可推出R4=25Q图3先已知RI=Ro=50 Q ,衰减倍数Au1=-40db,由公式(4) (5) (6)可推出R仁 R2=49.01QR3=1 Q低频T型电阻衰减网络设计低频T型电阻衰减网络中，虽然不用设置射频线阻抗匹配，但仍然需要设置输入输出阻抗匹配，如图1所示。这里我设RI=RL=1k,由性能指标可知，Au2=-60db,可根据公式 (5)(6)可推出R仁 R2=998QR3=2Q四.系统调试和

7、分析电路仿真1.高频T型电阻衰减网络下图是输入幅值为10V (峰峰值20V),频率分别为1kHZ、1MHZ、50MHZ的交流信号i- Wa v e formsFrecjirtiwy1I kHzDiity CycleSOI %AmplitudeID| VpOffset0I v5亏ml OptiorsHI MmV CH2ICHI/ 970dVCHI Pk-Pk l59mVUeure 2SourVVa 心丁 rrmn_n_Freqincy4IlMHzDuty Cycie1 *DSfjril OptcrsArnplitjde 10VpOffsetSet Rise/Falf TrrLTLF 曲 uerc

8、y50VHzDuty CyceE nAirpiitude101 VpOffset|olvS-sral Opt ors$et Riw3FRI Em总上图为仿真出来的输出波形（输入为绿色，输出为黄色），输入波形 的频率为 1khz,1Mhz,50Mhz，峰峰值为 20V,输出波形的峰峰值为200mV.基本无偏差.由上可知知道，该T型分压衰减网络可以实现在 0-50MHZ频率范围内，实现对信号衰减-40db.2低频T型电阻衰减网络,R1VA&9EQR2：AW口口口 0 01 ： ：| i TR42L下图是输入幅值为10V （峰峰值20V ）,频率为1kHZ ,50KHZ,300KHZ,1MHZ 的交

9、流信号Signal QptkxtsFreiuerKy1kHzDuty Cy&te|閱l%Ampfitude10VpOffset0厂Set Rise/Fall TimeHl 5mV CH2 5V U KWusCHl/32flFrequewy50kHzDuty Cycle|50二 _Arr10VpOffset|ofv$t F歸Fall TimeSignal OptcrsUEASURE -CHINoneSral OotorsrmFr&suercyfrakHzDuty Cyc* =AmplitudeioI Vp -offset pySet Rjs/Fall Urne ITtkCHI NoneCHI M

10、oreCHI 5mV CH2 5VCHI Pfc-Pfc20mV CHI NtowCH1lZ7B.4fVE;ral OptiorsF馆九bey1MHzDuty CycletaaanArrp-irtude10VpOffset0I V讣歛Ris/F日II万币已 |:HI 5mV CH2 5V M &00uCH1/1.26pV上图为仿真出来的输出波形（输入为绿色，输出为黄色），输入波形 的频率为0 1Mhz范围内，峰峰值为20V,输出波形的峰峰值均值为20mv .综上现象可以知道，该T型分压衰减网络可以实现在 0-1MHZ频率范 围内，实现对信号衰减-60db.实物电路图及结果分析1. 高频T型电阻

11、衰减网络下图是输入一个峰峰值为 2.5V,频率分别为100hz、1Okhz、1Mhz、20Mhz、50Mhz、80Mhz的正弦波，通过T型衰减网络，其输出波形如下所示由上可知，频率在0 50MHZ,输入电压峰峰值为UI=2.5V经过该高频T型电阻衰减网络后，输出波形的峰峰值为25.8mv、25.6mv、 25.4mv、25.2mv、25.8mv、26.4mv,无失真，总体变化幅度小于 2mv 则输入电压峰峰值u。/5*8 256 254 252 264 27J 25.9mV6衰减倍数 Au20logUop20log（25.9mV -38dbUI2V输入功率RI2.5V 2.5V8 50Q= 0

12、.016W（Uo_）2输出功率说明该高频2J225.9mV 75.9mV8 50QPo1=0.0017mWRoT型电阻衰减网络可以在 0 50Mhz频率范围内衰减 -38db,且衰减倍数无明显变化，在误差范围内满足实验要求。另外，在测试高频T型电阻衰减网络时，用的示波器型号是DS22022. 低频T型电阻衰减网络下图是输入一个峰峰值为 20V,频率分别为100hz、10khz、50khz、100khz、200khz的正弦波，通过T型衰减网络，其输出波形如下所 示由上可知，频率在o200kHZ,输入电压峰峰值 UI=20V ,经过该低频T型电阻衰减网络后，输出波形的峰峰值分别为27.4mv、27

13、.0mv、26.0mv、26.2mv、27.0mv范围内，无失真，变化幅度小于 2mv贝S输出电压为 UO二Uo = 27.4 27.0 26.0 26.2 27.0 = 26.72mV5Uo26.72mV衰减倍数凡2 =20log =20log() -57.5dbUI20V输入功率RI20V 20V8 1000Q= 0.05W输出功率Uo 2()25.9mV 25.9mVRo8 1000Q= 0.0089 mW说明该高频 T型电阻衰减网络可以在 0200Khz频率范围内衰减 -57.5db,由于输入输出电阻匹配度不够，误差较大，但仍大致达到实 验要求。五.遇到的问题及解决方案1、在测试过程中

14、，用普通的示波器和信号发生器连接线在测试 T 型分压衰减网络的频率响应时，当信号达到十几兆时，信号会产生幅 度较大的衰减，已知输入出阻抗是 200Q答;因为信号发生器连接线可以等效成几十pf的电容与电路的输入阻抗形成低通滤波，所以会衰减，计算如下：等效电容大致取值为C50pf,输入阻抗RI=200 Q形成低通滤波的截止频率为fo12 二 RI C12 二 5 1041 2 103：15MHZ所以说信号在十几兆会产生明显的衰减2.为什么阻抗不匹配在高频信号中会反射，什么是反射？反射是指在电路中由于拐角，过孔，元件引脚，线宽变化， T型 引线等阻抗发生突变，就会有部分信号沿传输线反射回源端。 表征

15、这 一现象的最好的量化方法就是使用反射系数， 反射系数是指反射信号 与入射信号幅值之比，其大小为：(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)。Z1是第一个区域的特性阻抗，Z2是第二个区域的特性阻抗。当信号从第一个区域 传输到第二个区域时，交界处发生阻抗突变，因而形成反射例如，图a左边是T型网络的输出端并联一个负载，右边是一个 射频线。设射频线的特性阻抗为Z仁50Q,而射频线左边区域的特性 阻抗为Z2二RL/Ro=25 Q,由于ZZ2,阻抗不匹配，所以电路中会出 现反射现象反射系数=(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)= (50-25) /(50+25)=33.2%输入电压为1.25V则电压反射量=1.25*

16、33%=0.41隠AGND图a3射频线的工作特性如下：Vol为输出一个电压值，为了保证阻抗匹配，需要加匹配电阻R仁50Q与射频线的特性阻抗R2匹配，射频头阻断了电流从 Vol流向Vo2,因此Vo仁Vo2Vol .匹配阻抗R1R2 :Vo2I方案改进综上可知，方案一可以试验 0-50MHZ 的信号衰减， 然而衰减倍数 却只能衰减-40db,案二可以实现更大的衰减倍数，却因此阻抗不匹配， 不能用射频线， 在频率高时， 由于连接线上存在的等效电容和电感等 会使带宽受到限制。 若要在带宽足够大时增大衰减倍数， 需要使用更 小的电阻才能实现。十实验总结与提高1实验中存在的不足之处1. 方案一衰减倍数不够大，方案二带宽不够2. 实验结果误差较大3. 方案设计时只采用了对称 T 型网络，未采用非对称 T 型网络 2实验注意事项(1) 在设计高频T型电阻衰减网络PCB时，要保持地的完整性，信号线 距离要短，减少弯曲(2) 在设计电路时，尽量选择阻值较小的电阻，