یک تضعیف کننده T-pad (تضعیف کننده تی پد)، یک شبکه‌ی تضعیف کننده‌ی متشکل از سه عنصر مقاومتی غیرالقایی متصل‌شده به‌یکدیگر، برای شکل دادن پیکربندی “T” (همانند نام خود) است.
اگرچه چندان رایج نیست؛ اما این پیکربندی “T” می‌تواند به‌عنوان پیکربندی تضعیف کننده “Y” نیز درنظر گرفته‌شود. برخلاف تضعیف کننده‌ی L-pad قبلی، که دارای مقدار متفاوت مقاومتی هنگام اتصال به دو طرف مدار بوده و آن را نامتقارن می‌کند؛ طراحی تضعیف کننده‌ی T-pad متقارن است.
شکل گیری عناصر مقاومتی به‌شکل حرف “T” بدین معناست که تضعیف کننده‌ی T-pad دارای مقدار برابری از مقاومت از هر دو طرف است. پس این شکل گیری، “تضعیف کننده “T-pad را به یک تضعیف کننده متقارن تبدیل می‌کند؛ که قابلیت جابه‌جایی ترمینال‌های ورودی و خروجی، با یکدیگر را دارد و در شکل زیر آمده است.
مدار پایه‌ی تضعیف کننده‌ی T-pad
می‌توانیم ببینیم که تضعیف کننده‌ی T-pad در طراحی خود، از هر دو طرف متقارن است و از این نوع طراحی تضعیف کننده، می‌توان برای تطابق امپدانس با خطوط انتقال برابر یا نابرابر استفاده کرد. در حالت کلی، مقاومت‌های R1 و R2 دارای مقدار برابر می‌باشند. اما وقتی که برای کار بین مدارهای امپدانس نابرابر طراحی می‌شوند؛ این دو مقاومت می‌توانند دارای مقادیر متفاوتی باشند. در این مورد، تضعیف کننده T-pad، اغلب “تضعیف کننده‌ی taper pad ” نامیده می‌شود.
اما پیش از آن که با جزئیات بیشتری به تضعیف کنندههای T-pad نگاه کنیم، نیاز به فهم استفاده از “ضریب K” برای محاسبه امپدانس‌های تضعیف کننده داریم؛ که سبب کاهش بیشتر محاسبات ریاضی شده و کار ما را آسان‌تر می‌کند.
تضعیف‌کننده‌های با ضریب "K"
ضریب “K”، که به عنوان “ضریب امپدانس” نیز شناخته می‌شود؛ معمولا با تضعیف کننده‌ها، برای ساده‌سازی روند طراحی مدارهای تضعیف کننده پیچیده استفاده می‌شود. این ضریب یا مقدار “K”، نسبت ولتاژ، جریان یا توان مرتبط به مقدار داده‌شده‌ی تضعیف است. معادله‌ی کلی برای “K” به‌صورت زیر است:
به بیان دیگر، نسبت ولتاژ Kv به‌صورت: Vin/Vout = 10dB/20، نسبت جریان Ki به‌صورت: Iin/Iout = 10dB/20، و در نهایت نسبت توان Kp به‌صورت: Pin/Pout = 10dB/10 است.
برای مثال، اگر مقدار K برای تضعیف ولتاژ 6dB برابر با 10 (6/20) = 1.9953 باشد، برای تضعیف 18dB، مقدار 10 (18/20) = 7.9433 خواهد بود و این گونه ادامه خواهد یافت. اما به جای هر بار محاسبه‌ی این مقدار “K”، در زمانی‌که می‌خواهیم یک مدار تضعیف‌کننده‌ی جدید را طراحی کنیم؛ می‌توانیم یک جدول ضریب “K” برای محاسبه‌ی تلفات تضعیف کننده مانند زیر، تولید کنیم.
جدول تلفات درج
و اینگونه، تولید یک جدول تلفات تضعیف کننده، با مقادیر زیادی برحسب دسی بل، برای نیاز مرتبط به طراحی تضعیف‌کننده ما، ادامه می‌یابد.
تضعیف کننده‌ی T-pad با امپدانس‌های برابر
پیش از این گفتیم که یک تضعیف کننده‌ی T-pad، یک طراحی تضعیف کننده‌ی متقارن است؛ که امکان جابه‌جایی پایانه‌های ورودی و خروجی آن با یکدیگر وجود دارد. این امر، تضعیف کننده‌ی T-pad را برای قرارگرفتن دو امپدانس برابر در آن (ZS=ZL) برای کاهش سطوح سیگنال؛ به یک تضعیف کننده‌ی ایده‌آل تبدیل می‌کند.
در این حالت، سه عنصر مقاومتی برای اطمینان از تطابق امپدانس ورودی و امپدانس خروجی با امپدانس بار، انتخاب می‌شوند؛ که قسمتی از شبکه‌ی تضعیف کننده را شکل می‌دهند. از آن‌جایی‌که امپدانس‌های ورودی و خروجی T-pad برای تطابق کامل با بار طراحی‌شده‌اند؛ این مقدار “امپدانس مشخصه” یک شبکه‌ی متقارن T-pad خوانده می‌شود.
پس معادلات داده‌شده برای محاسبه‌ی مقادیر مقاومتی یک مدار تضعیف کننده‌ی T-pad، برای تطابق امپدانس برای تضعیف مورد انتظار به صورت زیر استفاده می‌شود:
معادلات تضعیف کننده‌ی T-pad
در اینجا : K، ضریب امپدانس از جدول بالا بوده و Z، امپدانس نسبت منبع بر بار است.
مثال 1
یک تضعیف کننده‌ی T-pad، برای کاهش سطح سیگنال صوتی با 18dB، زمانی‌که تطابق امپدانس شبکه 600Ω است؛ مورد نیاز است. مقادیر سه مقاومت مورد نیاز را محاسبه کنید.
پس مقاومت‌های R1 و R2، هردو برابر با 466Ω و مقاومت R3 برابر با 154Ω یا نزدیک‌ترین مقادیر مقاومتی به آن‌هاست.
همانند قبل می‌توانیم جداول استاندارد برای مقادیر امپدانس‌های سری و موازی مورد نیاز برای ساخت یک مدار تضعیف کننده‌ی متقارن T-pad، 50Ω، 75Ω و 600Ω، ازآن‌جایی که این مقادیر بدون درنظر گرفتن کاربرد همیشه یکسان خواهند ماند؛ بسازیم. مقادیر محاسبه‌شده‌ی مقاومت‌های R1 ،R2 و R3 در زیر آمده‌است.
توجه داشته باشید که با افزایش میزان تضعیف مورد نیاز برای مدار، مقادیر امپدانس سری R1 و R2 نیز افزایش یافته؛ در حالی که امپدانس شنت موازی R3 کاهش می‌یابد. این مشخصه‌ی مدار تضعیف کننده‌ی متقارن T-pad بین امپدانس‌های برابر استفاده می‌شود.
تضعیف کننده‌ی T-pad با امپدانس‌های نابرابر
علاوه بر استفاده از تضعیف کننده‌ی T-pad برای کاهش سطوح سیگنال در مدار با امپدانس‌های برابر، می‌توان از آن برای تطابق بین امپدانس‌های نابرابر (ZS≠ZL) نیز استفاده نمود. هنگام استفاده از تطابق امپدانس، تضعیف کننده T-pad، تضعیف کننده‌ی Taper pad نامیده می‌شود. در هر حال برای این کار، نیاز به کمی تغییر در معادلات قبلی بوده، تا بار نابرابر منبع و امپدانس بار، در مدار تضعیف کننده در نظر گرفته شود. معادلات جدید، به‌صورت زیر است:
معادلات تضعیف کننده Taper Pad برای امپدانس‌های نابرابر
در اینجا: K، ضریب امپدانس از جدول بالا بوده و Z1، نسبت بزرگتر منبع به بار و Z2، نسبت کوچکتر منبع به بار است.
مثال 2
یک تضعیف کننده‌ی taper pad، به امپدانس بار 50Ω متصل‌شده‌است؛ که نیاز به کاهش سطح سیگنال صوتی تا 18dB از امپدانس منبع 75Ω دارد. مقادیر سه مقاومت مورد نیاز را محاسبه کنید.
پس: Z1=75Ω (بزرگترین امپدانس)، Z2=50Ω (کوچکترین امپدانس) و K=18dB=7.9433 از جدول بالا است.
پس مقاومت R1 برابر با 15.67Ω ، R2، برابر با 62Ω و مقاومت R3 برابر با 36Ω یا نزدیک‌ترین مقادیر مقاومتی به آن‌هاست.
برای تضعیف کنندههای T-pad که دارای عناصر راکتیو مانند سلف و خازن در طراحی خود می‌باشند؛ EEWeb ،دارای ابزار رایگان آنلاین تضعیف‌کننده T-pad برای محاسبه مقادیر عناصر در فرکانس موردنیاز آن‌هاست.
تضعیف کننده متعادل T
یک تضعیف کننده‌ی متعادل T-pad یا یک تضعیف کننده‌ی متعادل T به اختصار، از دو مدار تضعیف کننده‌ی T-pad متصل به یکدیگر، برای شکل دادن یک شبکه‌ی متعادل تصویر آینه‌ای، همانند زیر تشکیل شده‌است.
مدار تضعیف کننده متعادل T
به تضعیف کننده‌ی متعادل T، تضعیف کننده‌ی H-pad نیز می‌گویند؛ زیرا چیدمان عناصر مقاومتی آن، دارای فرم “H” است و از این‌رو نام آن تضعیف کننده‌ی H-pad است. مقادیر مقاومتی مدار تضعیف کننده‌ی متعادل T، ابتدا همانند پیکربندی نامتعادل T-pad محاسبه می‌گردند که همانند محاسبات قبل است؛ اما اینبار مقادیر مقاومت سری هر طرف نصف‌شده (تقسیم بر دو)، تا یک تصویر آینه‌ای برای هرطرف زمین فراهم آورد. مقدار مقاومتی کل محاسبه‌شده در مرکز مقاومت موازی، یکسان باقی می‌ماند؛ اما تقسیم بر دو شده و زمین آن به مرکز متصل است و سبب تولید مدار متعادل می‌شود.
استفاده از مقادیر بالا برای تضعیف کننده نامتعادل T-pad به ما مقاومت R1 = R2 = 466Ω ÷ 2 = 233Ω برای هر چهار مقاومت سری می‌دهد و مقاومت شنت موازی R3 = 154Ω همانند قبل، باقی می‌ماند. این مقادیر را می‌توان با استفاده از معادلات ساده‌شده‌ی زیر، برای تضعیف کننده‌ی متعادل T به‌دست آورد.
معادلات تضعیف کننده متعادل T
خلاصه تضعیف کننده T-pad
یک تضعیف کننده‌ی T-pad (تضعیف کننده تی پد)، یک شبکه‌ی تضعیف کننده‌ی متقارن است؛ که می‌تواند در مدار خط انتقال که امپدانس برابر یا نابرابر دارد؛ مورد استفاده قرار گیرد. از آن جایی که تضعیف کننده‌ی T-pad در طراحی خود، متقارن است؛ می‌تواند در هر دو جهت متصل شده و آن را به مدار دوجهته تبدیل کند.
یکی از مشخصات اصلی تضعیف کننده‌ی T، امپدانس بازوی شنت (موازی) بوده که با افزایش تضعیف، کوچکتر می‌شود. تضعیف کنندههای T-pad مورد استفاده در مدارهای تطابق امپدانس، معمولا “تضعیف کننده‌‌هاها‌های taper pad” خوانده می‌شوند.
دیدیم که تضعیف کنندههای T-pad، می‌توانند شبکه‌های مقاومتی متعادل یا نامتعادل باشند. تضعیف کنندههای مقدار ثابت نامتعادل T-pad، از همه متداول‌تر بوده و به طور کلی در خطوط انتقال فرکانس رادیویی و کابل کواکس تلویزیون استفاده می‌شوند؛ که یک طرف خط زمین می‌باشد.
تضعیف کنندههای متعادل T، تضعیف کنندههای H-pad نیز، به‌دلیل طراحی و ساخت، خوانده می‌شوند. این تضعیف کنندههای H-pad، عمدتا در خطوط انتقال داده استفاده می‌شوند؛ که از کابل‌کشی متوازن یا پیچ‌خورده استفاده می‌کنند.
در آموزش بعدی در مورد تضعیف کننده‌ها، به نوع دیگری از طراحی تضعیف‌کننده‌ی T-pad به‌نام تضعیف کننده‌ی پل T، که از یک عنصر مقاومتی اضافی در خط سری خود استفاده می‌کند می‌پردازیم.
