Аттенюаторы управляемые напряжением или АУН (voltage variable attenuator, VVA) находят применение во многих задачах. Можно подключить к АУН потенциометр и плавно менять аттенюацию в широких пределах. Также АУН можно управлять автоматически, что позволяет сделать АРУ , аудиокомпрессор, регулировку выходной мощности трансивера, и так далее.
Онлайн и в литературе описано больше одной схемы АУН. Изучив варианты, я остановился на схеме, придуманной Реймондом Во (Raymond Waugh). Схема описана в нескольких публикациях, например в Avago AN1084: A Low-Cost Surface Mount PIN Diode π Attenuator [PDF] . В этой статье используются PIN-диоды Avago HSMP-3810, которых у меня, естественно, нет. Но из статьи Коммутация ВЧ сигналов при помощи диодов мы помним, что с сигналами небольшого уровня диоды 1N4148 справляются ничем не хуже PIN-диодов.
Схема получилась следующей:
Она работает как обычный аттенюатор по П-схеме , где диоды используется в роли управляемых напряжением резисторов. Рассмотрим два граничных случая. Когда на схему подано максимальное управляющее напряжение, диоды D1 и D2 открыты по ВЧ, а диоды D3 и D4 закрыты. Фактически, получили КЗ между входом и выходом, с точностью до потерь на диодах. Аттенюация минимальна. Когда же управляющее напряжение равно нулю, D1 и D2 закрыты, а D3 и D4 открыты. ВЧ сигнал оказывается притянут к земле через C4 и С5. Аттенюация максимальна.
Между этими двумя крайностями аттенюация будет где-то посередине между максимальной и минимальной. Номиналы резисторов подбираются эмпирически по минимуму вносимых потерь и КСВ на интересующих частотах.
В моем исполнении аттенюатор вышел таким:
А вот зависимость аттенюации от управляющего напряжения:
На КВ аттенюатор обладает гладкой АЧХ, а также КСВ ≤ 1.5 при любом уровне аттенюации. При питании стандартным напряжением 13.8 В вносимые потери составили 3.5 dB, а потребление тока — 20-25 мА в зависимости от аттенюации. Когда схема обесточена, она обеспечивает изоляцию портов > 50 dB и имеет высокий КСВ. Уровень входного сигнала стоит ограничить где-то -30…-20 dBm. При превышении этого уровня схема продолжает работать, но начинают быстро расти нелинейные искажения .
Меня интересовало поведение схемы на частотах до 30 МГц, но она работает и на более высоких частотах. В данном исполнении — где-то до 150 МГц, если вы не против КСВ 2.5 в худшем случае и некоторой неровности АЧХ при аттенюации более 30 dB. Если же вас интересуют еще более высокие частоты, рекомендую прочитать AN1084. Статья описывает аттенюатор, хорошо работающий на частотах до 3 ГГц.
Дополнение: Схема ВЧ усилителя управляемого напряжением
