Un atténuateur passif réduit la quantité de puissance délivrée à la charge connectée soit par une quantité fixe unique, une quantité variable, ou dans une série d’étapes commutables connues. Les atténuateurs sont généralement utilisés dans les applications radio, de communication et de ligne de transmission pour affaiblir un signal plus fort.

L’Atténuateur Passif est un réseau résistif purement passif (donc sans alimentation) qui est utilisé dans une grande variété d’équipements électroniques pour étendre la plage dynamique des équipements de mesure en ajustant les niveaux de signal, fournir un appariement d’impédance des oscillateurs ou amplificateurs pour réduire les effets des terminaisons d’entrée/sortie inappropriées, ou simplement pour fournir une isolation entre différentes étapes de circuit selon leur application comme illustré.

Connexion de l’Atténuateur

Des réseaux atténuateurs simples (également connus sous le nom de “pads”) peuvent être conçus pour produire un degré fixe d’”atténuation” ou pour fournir une quantité variable d’atténuation par étapes prédéterminées. Les réseaux d’atténuation fixes standards, généralement connus sous le nom de “pad d’atténuation”, sont disponibles dans des valeurs spécifiques de 0 dB à plus de 100 dB. Les atténuateurs variables et commutés sont essentiellement des réseaux de résistances ajustables qui montrent un accroissement calibré de l’atténuation pour chaque étape commutée, par exemple des étapes de -2 dB ou -6 dB par position de commutateur.

Un Atténuateur est donc un réseau résistif passif à quatre terminaux (deux ports) (des types actifs sont également disponibles utilisant des transistors et des circuits intégrés) conçu pour produire une atténuation “sans distorsion” du signal électrique de sortie à toutes les fréquences par une quantité égale sans décalage de phase contrairement à un réseau de filtre RC passif, et pour atteindre cet objectif, les atténuateurs doivent être constitués de résistances pures non inductives et non bobinées, puisque les éléments réactifs donneront une discrimination de fréquence.

Atténuateur Passif Simple

Les atténuateurs sont l’inverse des amplificateurs en ce sens qu’ils réduisent le gain, le circuit de diviseur de tension résistif étant un atténuateur typique. La quantité d’atténuation dans un réseau donné est déterminée par le rapport de : Sortie/Entrée. Par exemple, si la tension d’entrée à un circuit est de 1 volt (1V) et que la tension de sortie est de 1 milli-volt (1mV), alors la quantité d’atténuation est 1mV/1V qui est égale à 0,001 ou une réduction d’un millième.

Cependant, utiliser des rapports de tension, de courant ou même de puissance pour déterminer ou exprimer le montant de l’atténuation qu’un réseau d’atténuation résistif peut avoir, appelé le facteur d’atténuation, peut être déroutant, donc pour l’atténuateur passif, son degré d’atténuation est normalement exprimé à l’aide d’une échelle logarithmique qui est donnée en décibels (dB) rendant plus facile la gestion de tels petits chiffres.

Degrés d’Atténuation

La performance d’un atténuateur est exprimée par le nombre de décibels que le signal d’entrée a diminué par décennie de fréquence (ou octave). Le décibel, abrégé “dB”, est généralement défini comme le logarithme ou mesure “log” du rapport de tension, de courant ou de puissance et représente un dixième (1/10) d’un Bel (B). En d’autres termes, il faut 10 décibels pour faire un Bel. Ensuite, par définition, le rapport entre un signal d’entrée (Vin) et un signal de sortie (Vout) est donné en décibels comme suit :

Atténuation en Décibels

Notez que le décibel (dB) est un rapport logarithmique et par conséquent n’a pas d’unités. Ainsi, une valeur de -140 dB représente une atténuation de 1:10 000 000 unités ou un rapport de 10 millions à 1.

Dans les circuits d’atténuateurs passifs, il est souvent pratique d’assigner la valeur d’entrée comme le point de référence 0 dB. Cela signifie que peu importe quelle est la valeur réelle du signal ou voltage d’entrée, elle est utilisée comme référence avec laquelle comparer les valeurs de sortie d’atténuation, et est donc assignée une valeur de 0 dB. Cela signifie que toute valeur de signal de sortie en dessous de ce point de référence sera exprimée comme une valeur dB négative, ( -dB ).

Ainsi, par exemple, une atténuation de -6 dB indique que la valeur est 6 dB en dessous de la référence d’entrée 0 dB. De même, si le rapport sortie/entrée est inférieur à un (unité), par exemple 0,707, cela correspond à 20 log(0,707) = -3 dB. Si le rapport sortie/entrée = 0,5, alors cela correspond à 20 log(0,5) = -6 dB, et ainsi de suite, avec des tables électriques standards d’atténuation disponibles pour économiser sur le calcul.

Exemple d’Atténuateurs Passifs No1

Un circuit d’atténuation passif a une perte d’insertion de -32 dB et une tension de sortie de 50 mV. Quelle sera la valeur de la tension d’entrée.

L’antilog (log^-1) de -1.6 est donné comme :

Alors, si la tension de sortie produite avec 32 décibels d’atténuation, une tension d’entrée de 2.0 volts est requise.

Tableau de Perte d’Atténuateur

et ainsi de suite, produisant un tableau avec autant de valeurs dB que nous le souhaitons pour notre conception d’atténuateur.

Cette diminution de tension, de courant ou de puissance exprimée en décibels par l’insertion de l’atténuateur dans un circuit électrique est connue sous le nom de perte d’insertion et des conceptions d’atténuateurs à perte minimum appariées avec des circuits d’impédances inégales avec une perte minimale dans le réseau d’appariement.

Maintenant que nous savons ce qu’est un atténuateur passif et comment il peut être utilisé pour réduire ou “atténuer” le niveau de puissance ou de tension d’un signal, tout en introduisant peu ou pas de distorsion et de perte d’insertion, par un montant exprimé en décibels, nous pouvons commencer à examiner les différents designs de circuits d’atténuation disponibles.

Conception d’Atténuateurs Passifs

Il existe de nombreuses façons d’organiser des résistances dans des circuits d’atténuation, le Circuit Diviseur de Potentiel étant le type le plus simple de circuit d’atténuateur passif. Le circuit de diviseur de potentiel ou de tension est généralement connu sous le nom d’atténuateur “en L” car son schéma ressemble à un “L” inversé.

Mais il existe d’autres types courants de réseaux d’atténuation tels que l’atténuateur “en T” et l’atténuateur “Pi-pad” (π) selon la façon dont vous connectez les composants résistifs. Ces trois types d’atténuateurs communs sont illustrés ci-dessous.

Types d’Atténuateurs

Les conceptions de circuits d’atténuateur ci-dessus peuvent être agencées sous forme “équilibrée” ou “déséquilibrée”, l’action des deux types étant identique. La version équilibrée de l’atténuateur “en T” est appelée l’atténuateur “H-pad”, tandis que la version équilibrée de l’atténuateur “π-pad” est appelée l’atténuateur “O-pad”. Des atténuateurs de type T bridgés sont également disponibles.

Dans un atténuateur déséquilibré, les éléments résistifs sont connectés d’un seul côté de la ligne de transmission, tandis que l’autre côté est mis à la terre pour empêcher les fuites à des fréquences plus élevées. Généralement, le côté mis à la terre du réseau d’atténuation n’a pas d’éléments résistifs et est donc appelé “ligne commune”.

Dans une configuration d’atténuateur équilibré, le même nombre d’éléments résistifs est connecté de manière égale de chaque côté de la ligne de transmission, la mise à la terre étant située à un point central créé par les résistances parallèles équilibrées. En général, les réseaux d’atténuation équilibrés et déséquilibrés ne peuvent pas être connectés ensemble car cela entraînerait que la moitié du réseau équilibré soit court-circuitée à la terre par la configuration déséquilibrée.

Atténuateurs Passifs Commutés

Au lieu d’avoir un seul atténuateur pour atteindre le degré d’atténuation requis, des pads d’atténuation individuels peuvent être connectés ou enchaînés ensemble pour augmenter le montant de l’atténuation par étapes données. Des interrupteurs rotatifs multipolaires, des interrupteurs à bascule ou des commutateurs-poussoirs groupés peuvent également être utilisés pour connecter ou contourner des réseaux d’atténuation fixes individuels dans n’importe quelle séquence souhaitée de 1 dB à 100 dB ou plus, ce qui facilite la conception et la construction de réseaux d’atténuation commutés, également connus sous le nom d’atténuator à étapes. En commutant les atténuateurs appropriés, l’atténuation peut être augmentée ou diminuée par étapes fixes comme montré ci-dessous.

Atténuateur Commuté

Ici, il y a quatre réseaux atténuateurs résistifs indépendants en cascade dans un réseau en échelle série avec chaque atténuateur ayant une valeur deux fois supérieure à celle de son prédécesseur, (1-2-4-8). Chaque réseau d’atténuation peut être commuté “dans” ou “hors” du chemin du signal selon les besoins par l’interrupteur associé, produisant un circuit d’atténuation par ajustement par étapes qui peut être commuté de 0 dB à -15 dB par étapes de 1 dB.

Par conséquent, le montant total d’atténuation fourni par le circuit serait la somme de tous les réseaux d’atténuation qui sont commutés “EN”. Par exemple, une atténuation de -5 dB nécessiterait les commutateurs SW1 et SW3 connectés, et une atténuation de -12 dB nécessiterait les commutateurs SW3 et SW4 connectés, et ainsi de suite.

Résumé des Atténuateurs Passifs

• Un atténuateur est un dispositif à quatre terminaux qui réduit l’amplitude ou la puissance d’un signal sans distordre la forme d’onde du signal, un atténuateur introduit une certaine quantité de perte.
• Le réseau d’atténuation est inséré entre une source et un circuit de charge pour réduire la magnitude du signal source par un montant connu approprié pour la charge.
• Les atténuateurs peuvent être fixes, entièrement variables ou variables par étapes d’atténuation connues, -0,5 dB, -1 dB, -10 dB, etc.
• Un atténuateur peut être symétrique ou asymétrique en forme et soit équilibré soit déséquilibré.
• Les atténuateurs fixes également appelés “pad” sont utilisés pour “apparier” des impédances inégales.
• Un atténuateur est effectivement l’opposé d’un amplificateur. Un amplificateur fournit un gain tandis qu’un atténuateur fournit une perte, ou un gain inférieur à 1 (unité).
• Les atténuateurs sont généralement des dispositifs passifs fabriqués à partir de simples réseaux de diviseurs de tension. Le passage entre différentes résistances produit des atténuateurs à étapes réglables et des atténuateurs à ajustement continu utilisant des potentiomètres.

Pour simplifier la conception de l’atténuateur, une valeur de “K” (pour constante) peut être utilisée. Cette valeur “K” est le rapport de la tension, du courant ou de la puissance correspondant à une valeur donnée d’atténuation en dB et est donné comme suit :

Nous pouvons produire un ensemble de valeurs constantes appelées valeurs “K” pour différents montants d’atténuation comme donné dans le tableau suivant.

Tableau de Perte d’Atténuateur

et ainsi de suite, produisant un tableau avec autant de valeurs “K” que nous le souhaitons.

Les atténuateurs passifs à valeur fixe, appelés “pads d’atténuation” sont principalement utilisés dans les lignes de transmission de radio fréquence (Rf) pour abaisser la tension, dissiper la puissance, ou améliorer l’appariement d’impédance entre différents circuits mal appariés.

Les atténuateurs de niveau ligne dans les préamplificateurs ou amplificateurs audio peuvent être aussi simples qu’un potentiomètre de 0,5 watt, ou un diviseur de tension en L conçu pour réduire l’amplitude d’un signal audio avant d’atteindre le haut-parleur, réduisant le volume de la sortie.

Dans les signaux de mesure, des pads d’atténuation haute puissance sont utilisés pour abaisser l’amplitude du signal d’un montant connu pour permettre des mesures, ou pour protéger le dispositif de mesure contre des niveaux de signal élevés qui pourraient autrement l’endommager.

Dans le prochain tutoriel sur les Atténuateurs, nous examinerons le type le plus basique de réseau d’atténuation résistif communément appelé atténuateur “en type L” ou “pad L” qui peut être fabriqué en utilisant juste deux composants résistifs. Le circuit atténuateur “pad L” peut également être utilisé comme un circuit de diviseur de tension ou de potentiel.