L’atténuateur Pi-pad tire son nom de la similitude de son agencement de base avec la lettre grecque pi (π), cela signifie qu’il dispose d’une résistance en série et de deux résistances shunt parallèles à la masse, à l’entrée et à la sortie.

L’atténuateur Pi-pad est un autre réseau purement résistif entièrement symétrique qui peut être utilisé comme un atténuateur fixe entre des impédances égales ou pour un adaptateur d’impédance entre des impédances inégales. La configuration du circuit de l’atténuateur Pi-pad est illustrée ci-dessous.

Circuit de base de l’atténuateur Pi-pad

Nous pouvons constater que l’atténuateur Pi-pad standard est symétrique en le regardant de chaque extrémité. Ce type de conception d’atténuateur peut être utilisé pour adapter des lignes de transmission ayant des impédances égales ou inégales. Généralement, les résistances R1 et R3 sont de même valeur, mais lorsqu’il est conçu pour fonctionner entre des circuits d’impédances inégales, ces deux résistances peuvent avoir des valeurs différentes.

Atténuateur Pi-pad avec Impédances Égales

Nous avons déjà mentionné que l’atténuateur Pi-pad est une conception d’atténuateur symétrique composée uniquement d’éléments résistifs passifs, ce qui le rend linéaire dans sa conception permettant aux bornes d’entrée et de sortie d’être interchangées. Cela rend l’atténuator Pi-pad idéal pour être inséré entre deux impédances égales ( Z_S = Z_L ) afin de réduire les niveaux de signal.

Dans ce cas, les trois éléments résistifs sont choisis pour s’assurer que l’impédance d’entrée et l’impédance de sortie correspondent à l’impédance de charge qui fait partie du réseau d’atténuation. Comme les impédances d’entrée et de sortie de l’atténuateur Pi-pad sont conçues pour correspondre parfaitement à la charge, cette valeur est appelée “impédance caractéristique” du réseau Pi-pad symétrique.

Équations de l’Atténuateur Pi-pad

où : K est le facteur d’impédance et Z est l’impédance de source/charge.

Exemple d’Atténuateur Pi-pad N°1

Un circuit d’atténuateur Pi-pad est nécessaire pour réduire le niveau d’un signal audio de 10 dB tout en adaptant l’impédance d’un réseau de 75Ω. Calculez les valeurs des trois résistances nécessaires.

En utilisant notre table simple de “facteurs K”, nous pouvons voir que la valeur du facteur “K” pour un perte d’atténuation de -10dB est donnée comme 3.1623.

Alors les résistances R1 et R3 sont égales à 144Ω et la résistance R2 est égale à 107Ω, ou aux valeurs préférées les plus proches.

Notez également que la même conception d’atténuateur Pi-pad aura des valeurs de résistance différentes selon qu’elle soit utilisée sur un réseau de 75Ω ou qu’elle soit adaptée à un réseau de 50Ω ou 600Ω.

Tout comme avec l’atténuateur T-pad, nous pouvons produire des tableaux standards pour les valeurs des impédances série et parallèle nécessaires pour construire un circuit d’atténuation symétrique Pi-pad à 50Ω, 75Ω ou 600Ω. Les valeurs calculées des résistances, R1, R2 et R3 sont données ci-dessous.

Valeurs Résistives d’un Atténuateur Pi-pad

Notez qu’à mesure que la perte d’atténuation requise par le circuit Pi-pad augmente, l’impédance de la résistance série R2 augmente également, tandis que les valeurs d’impédance shunt parallèle des résistances R1 et R3 diminuent.

C’est une caractéristique courante d’un circuit d’atténuateur Pi-pad symétrique utilisé entre des impédances égales. Même à une atténuation de 32 dB, les valeurs d’impédance séries sont encore relativement élevées et ne se situent pas dans la plage d’un ou deux ohms comme avec l’atténuateur T-pad.

Cela signifie qu’un réseau atténuateur Pi-pad peut atteindre des niveaux d’atténuation beaucoup plus élevés par rapport à l’équivalent réseau T-pad, puisqu’ les impédances shunt parallèles ne descendent jamais en deçà de l’impédance caractéristique de la ligne de transmission en raison de la valeur du facteur “K” très élevée.

Par exemple, une ligne de transmission avec une impédance caractéristique de 50Ω avec une atténuation de -80 dB donnerait aux résistances shunt R1 et R3 une valeur de 50Ω chacune tandis que la résistance série R2 serait égale à 250KΩ.

Atténuateur Pi-pad avec Impédances Inégales

En plus d’utiliser l’atténuateur Pi-pad pour réduire les niveaux de signal dans un circuit ayant des impédances égales, ( Z_S = Z_L ), nous pouvons également utiliser ce type d’atténuateur pour l’adaptation d’impédance entre des impédances de source et de charge inégales ( Z_S ≠ Z_L ).

Cependant, pour ce faire, nous devons légèrement modifier les équations précédentes afin de tenir compte du chargement inégal des impédances de source et de charge sur le circuit d’atténuation. Les nouvelles équations données pour calculer les éléments résistifs d’un atténuateur Pi-pad pour des impédances inégales sont.

Équations de l’Atténuateur Pi-pad pour Impédances Inégales

où : K est le facteur d’impédance, Z_S est la plus grande des impédances de source et Z_L est la plus petite des impédances de charge.

Nous pouvons voir que les équations pour calculer les trois valeurs de résistance des atténuateurs Pi sont beaucoup plus complexes lorsqu’ils sont connectés entre des impédances inégales en raison de leur effet sur le réseau résistif. Cependant, avec un calcul minutieux, nous pouvons trouver les valeurs des trois résistances pour une impédance de réseau et une atténuation données comme suit :

Exemple d’Atténuateur Pi-pad N°2

Un circuit d’atténuateur Pi-pad déséquilibré et non symétrique est nécessaire pour atténuer un signal d’un émetteur radio avec une impédance de sortie de 75Ω vers un mètre de puissance de signal avec une impédance de 50Ω de 6dB. Calculez les valeurs des résistances nécessaires.

Valeur de la Résistance R1

Valeur de la Résistance R2

Valeur de la Résistance R3

Ce qui nous donne le circuit d’atténuator Pi asymétrique suivant :

Les calculs nécessaires pour déterminer les valeurs de résistance d’un atténuateur Pi-pad utilisé entre des impédances inégales sont plus complexes que ceux utilisés pour calculer les valeurs entre des impédances égales. Ainsi, les atténuateurs Pi-pad tendent à être plus utilisés pour l’atténuation de signaux sur des lignes de transmission avec des impédances sources/charges adaptées  Z_S = Z_L .

Pour les atténuateurs Pi-pad qui comprennent des composants réactifs tels que des condensateurs et des inducteurs dans leur conception, ici chez Cictro, nous avons un outil de calculateur d’impédance Pi-pad en ligne gratuit pour calculer les valeurs des composants à la fréquence requise.

Atténuateur Pi Équilibré

L’ atténuateur Pi équilibré ou “Atténuateur-π Équilibré” en abrégé, utilise un élément résistif supplémentaire dans la ligne de terre commune pour former un réseau résistif équilibré comme montré ci-dessous.

Circuit d’Atténuateur Pi Équilibré

L’atténuateur Pi équilibré est également appelé atténuateur O-pad parce que la disposition de ses éléments résistifs forme la forme d’une lettre “O” et par conséquent leur nom, “atténuateurs O-pad”.

Les valeurs résistives du circuit équilibré Pi sont d’abord calculées comme une configuration Pi-pad déséquilibrée connectée entre des impédances égales comme auparavant, mais cette fois la valeur de la résistance série R2 est divisée par deux, plaçant la moitié dans chaque ligne. La valeur résistive calculée des deux résistances shunt parallèles reste la même.

En utilisant les valeurs calculées précédemment pour l’atténuateur Pi-pad déséquilibré, nous obtenons une résistance série R2 = 106.7÷2 = 53.4Ω pour les deux résistances série et les résistances shunt parallèles, R1, R3 = 144.4Ω comme auparavant.

Les atténuateurs Pi-pad sont l’un des circuits d’atténuation symétriques les plus couramment utilisés et, en tant que tel, leur conception est utilisée dans de nombreux pads d’atténuation disponibles dans le commerce. Bien que l’atténuateur Pi-pad puisse atteindre un très haut niveau d’atténuation en une seule étape, il est préférable de construire un atténuateur à haut niveau de perte supérieur à 30 dB en enchaînant plusieurs sections Pi-pad individuelles pour atteindre le niveau final d’atténuation par étapes.

En reliant des atténuateurs Pi-pad, le nombre d’éléments résistifs requis dans la conception peut être réduit, car les résistances adjacentes peuvent être combinées. Pour le Pi-pad, cela signifie simplement que les deux résistances shunt parallèles adjacentes peuvent être additionnées.

La précision de l’atténuateur Pi calculé sera déterminée par la précision des résistances composants utilisées. Quel que soit le degré de tolérance de la résistance sélectionné pour construire un circuit atténuateur Pi, 1%, 5% ou même 10%, elles DOIVENT toutes être des résistances non inductives et non des types enroulés de fils.

De plus, étant donné que nous utilisons des résistances dans le réseau d’atténuation, ces résistances non inductives DOIVENT être capables de dissiper en toute sécurité la quantité requise de puissance électrique calculée à l’aide de la loi d’Ohm.