衰减及阻抗匹配网络的设计

实验二衰减及阻抗匹配网络的设计

一、实验目的

⒈了解衰减器和网络匹配的特点。

⒉学习常用衰减器和匹配网络的设计方法。

⒊学习精确阻值电阻的制作。

二、原理与说明

⒈衰减器的主要用途

在信号源与负载之间插入衰减器，使信号通过它产生一定大小或可以调节的衰减，以满足负载或下一级网络在正常工作时对输入信号幅度的要求。常用的衰减网络结构有倒L型、T型、П型和桥T型等几种。

⒉常用衰减器的衰减量有连续可调和按步级衰减两种

衰减器的衰减量，即衰减倍数可直接用输入、输出电压比表示，也可以用它的dB数表示。图2-1和图2-2所示为两种按分压器原理工作的衰减器，其中图2-1所示是一个

电位器，它的分压比连续可调；图2-2

规

律衰减的步级衰减器，这两种衰减器都可等效成倒L型网络，

输入特性阻抗和输出特性阻抗不等，且随衰减量的不同而变

化。此类衰减器常用在对匹配要求不高的场合，并且要求负

载电阻越大越好。图2-1

图2-2

⒊对称网络衰减器

当要求衰减器的插入不改变前后级匹配状况时，常采用如图2-3所示T型或П型对称网络衰减器。这类对称网络的特点是输入、输出特性阻抗一致且不随衰减档级而变化。

(a)

(b)

图2-3

若衰减器的电压衰减倍数12U N U ⎛⎫

⎪⎝⎭

和特性阻抗C Z 给定，则元件参数可由（2-1）式或（2-2）式决定。

对П型衰减器有

2112C N R Z N

-=

21

1

C

N R Z N +=- （2-1） 对T 型衰减器有

11

1C

N R Z N -=+ 2221

C N

R Z N =- （2-2）

图2-4

用多个相同的衰减器级联可构成一个步级衰减器，如图2-4所示。由于其中两个2

R 并联可用一个2R /2来等效，因此还可以用图2-5所示梯形电路构成衰减器。由于是对称

网络，级联后输入输出特性阻抗不变，而总衰减量为各级衰减量相乘或dB 数之和。

图2-5

⒋ 倒L 型网络衰减器

当前后级或信号源与负载网络不匹配时，可以插入一倒L 型网络，使之成为匹配传输网络（倒L 型网络本身是衰减器,因此在匹配的同时也产生衰减）。如图2-6所示，设信号源内阻为S R ,负载电阻为L R ，而倒L 型网络特性阻抗1()r C Z Z 和2()C Z Z ∏与1R 、2R 之间的关系，由（2-3）式和（2-4）式决定。

u

L

R

图2-6

r Z = (2-3) Z ∏=由于r Z Z ∏>,故如果S L R R >,应将r Z 一端与S R 相接,Z ∏一端与L R 相接。因此，

由r S Z R =和L Z R ∏=,解得

1

2R = （2-5）

22R =

（2-6） 三、预习要求

⒈ 用倒L 型网络设计一匹配器。如图2-6所示，其中600S R =Ω,150L R =Ω ,计算各元件值。

⒉ 设计一衰减器，它由两级П型对称网络级联而成，特性阻抗50C Z =Ω，如图2-7所示。一级衰减量为5dB,另一级衰减量为10dB,确定各元件值。

⒊ 自拟表格，将测量数据记录在表中。

C Z 图2-7

四、设计任务

⒈ 按预习时设计的结果，制作各种阻值的电阻（阻值必须准确，取四位有效数字）：可选用比计算的电阻值略低的标称值系列碳模电阻，用刀刮电阻的碳模层，同时用电桥测量其阻值，直至达到要求为止。按图2-6、图2-7完成制作匹配器、衰减器的电路连接。

⒉ 将按图2-6制作的匹配网络插入5(600)S S u V R ==Ω、150f kHz =的信号源和150L R =Ω的负载之间，测量其衰减量以及信号源S u 发出和负载L R 吸收的功率。

⒊ 将按图2-7制作的衰减器插入10(50)S s u V R ==Ω、150f kHz =的信号源和负载电阻L R 之间，分别测试50L R =Ω和150L R =Ω时各级衰减量、输入阻抗。

五、设计报告要求

⒈整理设计过程和测试结果。

⒉计算插入匹配网络后，负载吸收的最大功率，并与实验值进行比较。计算插入

匹配网络后电路的效率。

⒊将测量的各级衰减量、输入阻抗与理论值进行比较，计算其误差。

⒋得出结论，并写出设计与测试报告。

六、实验设备

⒈ YB1693型函数发生器一台；

⒉ AS2294D型双通道交流毫伏表一台；

⒊ DT9205型数字万用表一块；

⒋ D26型功率表一块；

⒌碳膜电阻一组；

⒍导线若干。