Atenuadores y compensadores
Un atenuador de 10 dB para 50 Ω necesita 25,97 y 35,14 Ω. Con los resistores comerciales más cercanos da 10,07 dB: el redondeo casi no importa, pero hay que calcularlo.
01Bajar el nivel sin desadaptar
Un atenuador reduce la amplitud de una señal en una cantidad fija de decibeles, y además presenta la impedancia correcta a los dos lados. Un simple divisor resistivo atenúa, pero cambia la impedancia que ven el generador y la carga: en un sistema de 50 Ω eso produce reflexiones, como se vio en líneas de transmisión, y la atenuación real deja de ser la calculada. Se usan para proteger la entrada de un instrumento, para bajar el nivel de un generador por debajo de su mínimo, para mejorar la adaptación entre dos equipos y para medir ganancias por comparación.
02Atenuadores T y π
Un atenuador simétrico diseñado para una impedancia \( Z_0 \) tiene impedancia de imagen \( Z_0 \) en los dos lados: terminado en \( Z_0 \), presenta \( Z_0 \) a la entrada. Con \( K = 10^{A/20} \), el cociente de tensiones que corresponde a una atenuación de \( A \) decibeles:
El T es cómodo para atenuaciones chicas, donde el resistor en derivación es grande; el π, para las grandes. Los dos son cuadripolos simétricos y, como se vio en cuadripolos, en cascada suman sus decibeles solo si cada uno está bien terminado. Los valores exactos casi nunca existen como resistores comerciales, y redondearlos cambia un poco la atenuación y la adaptación.
Elegís la topología, la impedancia y la atenuación. Se calculan los valores exactos, se redondean a la serie E24 (5 %) o E96 (1 %) más cercana y se recalcula el atenuador real entre un generador y una carga de \( Z_0 \). El esquema muestra los valores redondeados.
03Otros atenuadores
| Tipo | Para qué |
|---|---|
| Puente T | Atenuación variable cambiando solo dos resistores |
| Asimétrico de mínima pérdida | Adaptar dos impedancias distintas, por ejemplo 50 y 75 Ω, con la menor atenuación posible (5,7 dB) |
| Escalonado | Atenuadores de pasos de 1, 2, 4, 8 dB conmutados, en generadores y analizadores |
| Controlado por tensión | Diodos PIN o circuitos integrados, en control automático de ganancia |
04Compensadores
Un compensador es una red que corrige la respuesta en frecuencia o la fase de otro bloque. El caso más simple ya se vio en el osciloscopio: el atenuador compensado, con un capacitor en paralelo con cada resistor para que el divisor sea el mismo a todas las frecuencias. En control se usan redes de adelanto y atraso de fase:
Los ecualizadores de cable son compensadores del mismo tipo: un cable largo atenúa más las frecuencias altas, y una red con la respuesta inversa las restituye. Todo receptor de datos rápido tiene uno, fijo o adaptativo.
05En el laboratorio
Armar un π de 20 dB para 50 Ω con resistores E24, medir la atenuación con un generador y un osciloscopio terminado en 50 Ω, y comparar con el laboratorio.
Diseñar y armar un atenuador de mínima pérdida entre 50 y 75 Ω y medir la reflexión con y sin él.
Armar una red de adelanto con α = 0,1 y medir la fase en función de la frecuencia. Ubicar el máximo.
06Errores frecuentes
- Usar un divisor simple donde hace falta un atenuador. Cambia la impedancia y aparecen reflexiones.
- Olvidar la potencia de los resistores. El primer resistor de un atenuador conectado a un transmisor disipa casi toda la potencia.
- Terminar el atenuador en otra impedancia. La atenuación y la adaptación dejan de ser las de diseño.
- Ignorar las inductancias parásitas. A cientos de megahertz, resistores de montaje superficial y pistas cortas son imprescindibles.
07Autoevaluación
¿Qué resistores tiene un T de 6 dB para 50 Ω?
Con \( K = 2 \): serie \( 50 \cdot 1/3 \approx 16{,}7\ \Omega \) y derivación \( 50 \cdot 4/3 \approx 66{,}7\ \Omega \).
¿Cuánta potencia disipa un atenuador de 10 dB que recibe 10 W?
Sale 1 W: disipa 9 W.
¿Qué adelanto de fase máximo da una red con α = 0,25?
\( \arcsin(0{,}75/1{,}25) = \arcsin 0{,}6 \approx 37° \).
¿Por qué dos atenuadores de 3 dB mal terminados no dan 6 dB?
Porque la impedancia que cada uno ve deja de ser la de diseño y cambian su atenuación y su adaptación.
08Para ampliar
- Mac E. Van Valkenburg. Network Analysis. 3.ª ed., Prentice Hall, 1974. Impedancias de imagen y redes simétricas, la base del diseño de atenuadores.
- Katsuhiko Ogata. Ingeniería de control moderna. 5.ª ed., Pearson, 2010. Las redes de adelanto y atraso aplicadas al diseño de compensadores.
- H. Ward Silver (ed.). The ARRL Handbook for Radio Communications. ARRL, ediciones anuales. Tablas y construcción práctica de atenuadores para radiofrecuencia.