schaltbare Dämpfer

Dämpfungsglied

Dieses Bauteil erlaubt Signale abzuschwächen. Aufgrund des Bauteilkonzepts ist diese Platine nur für schwache Signale geeignet. Bei starken Signalen würden die kleinen SMD Widerstände Schaden nehmen.

Attenuator

This board may be used to reduce signal strength. Due to the used components it is targeted for low strength signals. Strong signals would overheat the small SMD resistors.

Mögliche Anwendungen dieser Platine sind das Abschwächen von starken Antennensignalen, oder das Nachprüfen von Messgeräten. Typisches Beispiel sind die Angaben von S-Metern in Transceivern die sehr oft reine Schätzmeter sind.
Das Schaltungskonzept sieht mehrere Pi Abschwächer vor, die durch einen Schalter überbrückt und dadurch abgeschaltet werden können. Dabei wird das gesamte Pi-Glied aus dem Signallauf genommen. Es gibt alternative Schaltungsvorschläge die nur den Längswiderstand mit einem Schalter überbrücken. Da blieben die "senkrechten" Widerstände weiter bestehen. Das würde das Signal weiter dämpfen. Daher habe ich das mit einem 2-poligen Schalter gelöst der das gesamte Pi-Glied abschaltet.

Die nötige Theorie Info findet man leicht auf Wikipedia. Weiteren Text zum Nachlesen im Rothammel 13. Auflage 31.3.1 Dämpfungsglieder und Eichleitungen.

Possible applications of this board are the reduction of antenna signals or verification of meters. One example is the verification of a s-meter, usually in transceiver the meters are quite poor. This board easily allows verification.
The circuit concept uses Pi-circuits as attenuator. They are bridged by a switch to turn them off. The diagram shows the complete Pi circuit is removed out of the signal flow. There are some alternative circuits around only bridging the upper length resistor, leavin the resistors between signal and ground. This remaining resistors will modify the signal. Therefore I us a 2-way switch to get the job done.

The required theoretical information is available on wikipedia. There is also a good documentation in the Rothammel book chapter 31.3.1 (in the German Book hope chapter numbers are synched in the translation)

Alternativ zum Pi-Glied kann man auch eine T Schaltung bauen. Die Wirkung bei korrekter Dimensionierung ist ident. Man könnte auch mischen. Meine Bauteilwerte für die Dämpfungsglieder habe ich berechnet und dann versucht den errechneten Wert möglichst genau zu treffen. Verwendet man ISO Standardwerte aus den Widerstandsreihen liegt man natürlich daneben, weil diese einer geometrischen Reihe folgen. Ich benutze Widerstandswerte die ich vorrätig habe. Im Wesentlichen 100Ω, 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ und ein paar weitere. Speziell für dieses Projekt habe ich nur 5,6Ω gekauft um nicht zu viele Widerstände zusammenschalten zu müssen.

There is a second circuit "T" as an alternative to the Pi variant. They work identical and can be mixed. I calculated the component values and tried to find a good match. Using the standard ISO values it is not possible to do it so exact. I used standard values which I use in my company. Most common values like 100Ω, 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ and some more. The only special one which I sourced additionally was 5,6Ω. Otherwise I had to use too many resistors in parallel to get low values.

Dämpfung	R1	R2	R3
1db	869Ω	5,7Ω	869Ω
3dB	292Ω	17,6Ω	292Ω
6dB	150Ω	37,3Ω	150Ω
10dB	96Ω	71Ω	96Ω
20dB	61Ω	247Ω	61Ω

Dämpfung

1db

869Ω

5,7Ω

869Ω

3dB

292Ω

17,6Ω

292Ω

6dB

150Ω

37,3Ω

150Ω

10dB

96Ω

71Ω

96Ω

20dB

61Ω

247Ω

61Ω

Die tatsächlich benutzen Werte sind knapp neben den errechneten. Der Fehler ist relativ gering. Wesentlich besser als wenn man die nächsten ISO Standardwerte benutzt. Es kostet nicht viel Arbeitsaufwand den Abschwächer genauer zu machen. Bauteiltoleranzen und andere HF Effekte limitieren die Genauigkeit ohnehin. Es wird kein Präzisionsinstrument angestrebt, dennoch soll mutwillige Ungenauigkeit vermieden werden.

The actually used values are quite closed to the calculated ones. The error ratio is quite small. Much better than using ISO values. It does not require much effort of money to get better quality by using more precise resistor values. I'm not trying to archive the precision of a high quality instrument. I just want to claim what is easy to reach.

Ziel Wert	mein Wert	Abweichung	ISO Reihe	Abweichung
869Ω	869Ω	0%	910Ω	5%
292Ω	299Ω	2%	300Ω	3%
150Ω	150Ω	0%	150Ω	0%
96Ω	95,65Ω	0%	100Ω	4%
71Ω	70,6Ω	1%	68Ω	-4%
61Ω	60Ω	-2%	58Ω	5%
37Ω	36,8Ω	0%	39Ω	5%
17Ω	16,8Ω	-1%	18Ω	6%
5,7Ω	5,6Ω	-2%	5,6Ω	-2%

Abweichung der Werte von den berechneten Widerstandswerten

Programmcode für den nachfolgenden Dämpfungsrechner habe ich von sengpielaudio übernommen. Die Seite behandelt Audiotechnik, die elektrischen Grundlagen sind natürlich auch für den HF Bereich gültig.

I use a script from sengpielaudio for the attenuator calculator. The site deals with audio electronics. The physics behind is also valid for HF as well.

Die Berechnung des Dämpfungsglieds folgt folgenden Formeln

PI: R1 = R3 = RL · (d + 1) / (d − 1) und R2 = RL · (d2 − 1) 
				/ 2 d 

				T: R1 = R3 = RL · (d − 1) / (d + 1) und R2 = RL · 2 d / (d2 − 1)

Wobei RL Impedanz der Last (Antenne, Transceiver) und "d" die Dämpfung in dB ist.

The calculation of the values follows the following Formula

PI: R1 = R3 = RL · (d + 1) / (d − 1) and R2 = RL · (d2 − 1) 
				/ 2 d 

				T: R1 = R3 = RL · (d − 1) / (d + 1) and R2 = RL · 2 d / (d2 − 1)

Where RL is the load impedance (antenna, transceiver) and d is the attendance in dB.

Die Schaltung es Abschwächers folgt dem vorgestellten Konzept mit den Pi Schaltkreis. Wobei ich die errechneten Widerstandswerte mit Parallel- und Serienschaltung von Widerstandswerten die ich auf Lager habe erreicht habe. Bei Verwendung von T Gliedern habe ich schwerer die errechneten Werte auf Basis meiner vorhandenen Bauteile erreicht daher wurden es konsequent Pi Abschwächer. Insbesondere der Unterschied in den Bauteilwerten eines Gliedes sind bei der T Variante kleiner und man benötigt eher niederohmige Widerstände die ich sonst nirgends benutze. Das macht das Erreichen der Widerstandswerte schwieriger.
Nachfolgend die Schaltung mit den Widerstandswerten.

The circuit of the attenuator follows the presented concept of the Pi circuit. I use resistors which I have on stock by using serial or parallel circuits. Using T circuit I had more difficulties to reach the calculated resistors based on my existing resistor values. So I decides to use the Pi variant for all parts. Especially the difference between the resistor values in one segment is lower. The T filters require more low resistance values, usually I don't need low values so it is more difficult for me to reach the calculated values. I would need much more components to do that.
Underneath is the circuit with the standard resistor values.

Die Platine ist 33x160mm groß. Das ist 1/3 einer Eurokarte das wird das Fertigen stark vereinfachen. Für die Anschlüsse habe ich BNC vorgesehen. Die Stecker sind relativ klein und es gibt gute Werte auch bei hohen Frequenzen. Für SMA oder PL müssen entsprechende Stecker Konverter verwendet werden die sind üblicherweise ohnehin im Fundus jedes Funkamateurs.

The board has a size of 33x160mm. This is abouth 1/2 of a euro card which allows easy sourcing of the required PCB material. I have used BNC connectors as they are fairly small and have good characteristics even on high frequencies. For SMA and PL connectors converters are necessary. Usually all HAMs have converters available.

Als nächstes plane ich eine Prototyp Platine zu ätzen und das Layout zu verifizieren. Die Platine soll mit einer Acrylplatte abgedeckt werden, da muß ich noch überprüfen wie hoch die Schaltknüppel sind, wie dick die Deckplatte sein darf.

The next step is to do a prototype board to verify the design. The board should be protected by a acryl sheets. I need to check how thick it can be depending on the switch nobs.

Der Schiebeschalter JS202011SCQN ist bei Versendern leicht beschaffbar. DigiKey 401-2002-1-ND oder RS-Components 154-6137 . Der Hersteller gibt an daß 5000 Betätigungen garantiert werden, für den Hobbybereich wohl ausreichend.

The switch is available at various dealers. DigiKey 401-2002-1-ND or RS-Components 154-6137 . The vendor specifies that the switch will cover 5000 cycles, for hobby usage more than enough

Das ist ein Quick & Dirty Projekt dachte ich, kann ja nix passieren. Beim Ausmessen des Prototyps sind mir verdächtig niedrige Widerstandswerte bei den 1dB Stufen aufgefallen. Die Ursache: die Werte für die senkrechen und waagrechten Widerstände waren vertauscht schon ist das Ding daneben, unbrauchbar daneben! OK deshalb macht man Prototypen.

I thought this is an easy quick & dirty project. On verification of the prototype I found out that the impedance is terribly low on the input side using the 1dB circuit. It turned out that I have swapped the values of the horizontal and vertical resistors. OK that's why I do prototypes.

Die Schalter sind beschriftet und erlauben in 1dB Schritten die Abschwächung von 0dB bis 41dB an 50Ω. Mehr scheint mir nicht sinnvoll für diese Bauform. Die Position oben überbrückt das Abschwächerglied. Ganz links ist ein Schalter der eine schnelle einfache Gesamtüberbrückung ermöglicht. Um einen der anderen Schalter - untere Position - zu aktivieren muß auch der erste Schalter in der unteren Position sein.

The switches are all labeled. They allow attenuation in 1 dB steps on 50Ω from 0 dB to 41dB. I guess more is not useful in such an board. The upper switch position shortcuts the attenuator resistor network, the lower activates it. The first switch is a bypass for all. It needs to be on to use the board.

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