T型网络衰减电路要点.docx

T 型电阻衰减电路一．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） 二．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 Q而视频设备 的特性阻抗为75Q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500，所以射频线特两端 的电阻阻值必须为500，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，所以说此方案只使用于低频信号三. 系统硬件电路设计<1>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R'RI,下一级的输入阻抗要和T型网 络的输出阻抗一致，即RL=Ro,电路图如下所示图1由阻抗关系可得RI 二 R1 + R3//(R2 + Ro)1）Ro 二 R2 + R3//(R1 + RI)2）又根据电路输入电压和输出电压关系可得(4 x U + U) x R 2 二 Uo-UI xRI R3 RI RI3）由（1）（2）（3）关系式可推出RI UoR1 二(x — 1) xRo UI RI Uo 2 jx — 1Ro UI 2旦x竺-1Ro UI2-Ro5）2 x RI x UoR3 二 丄 (6)RI Uo2 “x — 1Ro UI 2<2> 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 R1=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27）由阻抗关系可得Ro 二 RI 二 R1 + R2//(R1 + RI)又根据电路输入电压和输出电压关系可得(4x U + U)xR1 二 Uo -UIx BI±R1RI R2 RI RI由（7）（8）关系式可推出Uo—1R1 = Ro x UIUo2 -R 2 二 Ro xUIUo2 1莎—1v3＞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=R'=50Q , （R'为信号源内 部固定阻抗，与输入阻抗匹配），要设置Ro//RL+R4=50Q，（实现与射 频线匹配）为了方便计算，这里我们取Ro=50，则RL=Ro=500 （负 载与输出阻抗匹配），可推出R4=25QELDGNDGND图3先已知RI=Ro=50Q，衰减倍数Au1=-40db,由公式（4）（5）（6）可推出R1=R2=49.01QR3=1QV4＞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=lk, 由性能指标可知，Au2=-60db，可根据公式(4)(5)(6)可推出R1=R2=998QR3=2Q四．系统调试和分析<1>电路仿真1. 高频 T 型电阻衰减网络ektQ:：R2 ： -VA- 49.010xsciXFGl：R1 ： o-\\V—49J01Q ::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WaveforntsSignal Optionslufeasure 2 SourceTypeCHI Pk-Pk 199mV&3CkHI 50mV GH2 5V M 500lisCHI/STOdVWaveformsSignal 0|>tions50mV GH2 5VJU IB 询M Pos: OsM5002CHI NoneCHI NoneCHI Pk-Pk 19EmVCHI NoneMEASURE CHS None-Signal O pt io nsFrequerwyMHzDuty Cycle50Amplrtude10邯Offset■DVSet Ri如Fmll Hee |nCHI/ 17.6nVHI 50mV GH2 5V M 10rt5CH2 NoneCHI Pk-Pk 197mVCHI NoneCHI1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lkhz,lMhz,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 型电阻衰减网络下 图 是 输 入 幅 值 为 10V （ 峰 峰 值 20V ） ， 频 率 为 1kHZ ，50KHZ，300KHZ，1MHZ 的交流信号WaveformsSignal Opt io its-Signal Options-Signal OptionsSgnal Opt io nsMEASURE CHI Nor^CH1Z7B.41VCHI Nor^CHI Nor^CHI Pk-Pk 20mV CHI Noi^Ready ICH1/1.26pVM 500nsCHI NcrsCHI NcrsCHI NodeCHI Pk-PkW.BmV CHI None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—IMhz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.<2>实物电路图及结果分析1. 高频 T 型电阻衰减网络下图是输入一个峰峰值为2.5V,频率分别为100hz、10khz、IMhz、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贝U输入电压峰峰值Uo 二 25.8 + 25.6 + 25.4 + 25.2 + 26.4 + 27.0 二 25 9mV6衰减倍数 A 二 20log[Uo ]二 20log(25.9mV)沁—38dbU1 UI 2V输入功率PI1二RI2.5V x 2.5V8 x 50Q二 0.016W( )2输出功率 Po1 ^2 二 25.9mV x 25.9mV 二 0.0017mWRo 8x50Q说明该高频 T 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0—200kHZ，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、27.0mv、26.0mv、26.2mv、27.0mv 范围内，无失真，变化幅度小于 2mv则输出电压为 Uo= Uo = 27.4 + 27.0 + 26.0 + 26.2 + 27.0 = 26.72mV5衰减倍数 A 二 20log[Uo ]二 20log(26.72mV)二-57.5dbU 2 UI 20V输入功率 PI 2 =豈=20*20V = 0.05WRI 8 x10000( Uo )2(—)2输出功率Po2 = 2 2 二 25・9mVx25・9mV 二0.0089mWRo 8 x10000说明该高频 T 型电阻衰减网络可以在 0—200Khz 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，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2000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C'=50pf,输入阻抗RI=2000形成低通滤波的截止频率为1fo 二 二 沁 15MHZ2口 x RI x C' 2口 x 5 x 10-11 x 2 x 103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Z1=50Q ,而射频线左边区域的特性 阻抗为Z2=RL//Ro=25Q，由于Z1 Z2,阻抗不匹配，所以电路中会出 现反射现象反射系数=(Z2-Z1)/ (Z2+Z。