Edukacja w EdW dla szkół i uczelni - wykład 34: Tłumiki pasywne

Jos Verstraten

Kursy

24 września 2025

Tłumiki pasywne (ang. attenuators) to układy zbudowane wyłącznie z rezystorów, których zadaniem jest zmniejszenie amplitudy sygnału do pożądanej wartości.

Pojęcia wstępne

Generowanie czy pomiar – tłumiki są niezbędne

Sprzęt laboratoryjny można ogólnie podzielić na dwie kategorie: przyrządy pomiarowe oraz generatory. W obu przypadkach konieczna jest możliwość ustawienia zakresu pomiarowego albo wielkości sygnału wyjściowego. Realizuje się to za pomocą potencjometrów i/lub przełączników.

Na zdjęciu powyżej widzimy przykładowo: po lewej tłumik wyjściowy generatora sinusoidalnego PM5109, a po prawej – generatora funkcyjnego F34.

Z tej ilustracji można wysnuć kilka wniosków:

Tłumienie w praktyce jest wyskalowane zarówno w V, jak i w dB.
Przy podziale w dB stosuje się kroki będące wielokrotnościami 10 dB.
Przy podziale w V stosuje się kroki co 3 V i/lub 10 V.

W niektórych urządzeniach przełącznik tłumika i potencjometr tłumika połączone są w podwójne pokrętło sterujące. Oczywiste jest, że w przypadku konstrukcji amatorskich taka opcja nie wchodzi w grę – z tego, co wiemy, takie kombinowane elementy (przełącznik/potencjometr w jednym) nie są dostępne w sprzedaży.

Bardzo ważne układy

Mimo swojej prostoty tłumiki pasywne są niezwykle ważnymi i wręcz niezbędnymi układami. Weźmy dla przykładu tanie zestawienie typu „zrób to sam” – generator funkcyjny, który wytwarza sinusoidę o napięciu wyjściowym 10 V. W praktyce nie można tego sygnału wprost wykorzystać. Generator musi bowiem zasilać zarówno bardzo czuły wzmacniacz mikrofonowy wymagający sygnału rzędu 3 mV, jak i wzmacniacz mocy potrzebujący napięcia 0,755 V. Bez odpowiedniego tłumika, zbudowanego z przełącznika obrotowego i potencjometru, taki generator funkcyjny okazuje się bezużyteczny w praktycznych zastosowaniach.

Coś o rezystancjach wewnętrznych i obciążeniach

Tłumik pasywny oczywiście nie funkcjonuje samodzielnie, lecz jest częścią bardziej złożonego układu – z jednej strony podłączony jest do źródła sygnału, a z drugiej do obciążenia. Ani źródło, ani obciążenie nie są elementami idealnymi. Źródło posiada niepomijalną rezystancję wewnętrzną Rinw, a obciążenie – niepomijalną rezystancję wejściową Ring. Sytuację tę przedstawiono na rysunku.

Dzielnik rezystorowy R1/R2 odpowiada za żądane tłumienie. Załóżmy, że chcemy, aby na wyjściu pojawiła się połowa napięcia wejściowego. Gdyby rozpatrywać tłumik w oderwaniu od reszty układu, wystarczyłoby przyjąć, że rezystory R1 i R2 mają jednakową wartość. Wtedy na każdym z nich odkłada się identyczne napięcie, a na wyjściu otrzymujemy dokładnie połowę napięcia wejściowego.

W praktyce jednak ten „idealny” podział napięcia przestaje obowiązywać po podłączeniu tłumika do źródła sygnału i obciążenia. Rezystancja Rinw ustawia się szeregowo z rezystorem R1, natomiast rezystancja Ring równolegle z rezystorem R2.

W efekcie powstają niejako „nowe” wartości w dzielniku: R1 rośnie, R2 maleje. W rezultacie oczekiwane tłumienie do połowy napięcia wejściowego w praktyce nie zostaje osiągnięte.

Dobór rezystancji w aparaturze pomiarowej

Jeżeli używa się tłumika pasywnego do rozszerzenia zakresu pomiarowego woltomierza lub oscyloskopu, rezystory wchodzące w jego skład powinny mieć możliwie największe wartości. Wyjaśnia to poniższy przykład.

Załóżmy, że chcemy zmierzyć napięcie w pewnym punkcie układu. W tym punkcie występuje napięcie 10 V, a rezystancja wewnętrzna Rinw wynosi 100 kΩ. Wejściowy tłumik przyrządu pomiarowego symbolicznie przedstawiono jako dwa rezystory: R1=90 kΩ oraz R2=10 kΩ.

Po podłączeniu oscyloskopu do badanego punktu powstaje zamknięty obwód obejmujący Rinw, R1 i R2. Przez wszystkie trzy rezystory płynie prąd. Ponieważ Rinw=R1+R2, na każdej z gałęzi odkłada się połowa napięcia, czyli 5 V. W efekcie oscyloskop pokaże tylko 5 V, zamiast rzeczywistych 10 V obecnych w układzie bez podłączonego przyrządu!

Wniosek: obciążając punkt układu wejściowym tłumikiem oscyloskopu, wprowadzamy do badanego obwodu nieakceptowalne zakłócenia. Może to doprowadzić do nieprawidłowej pracy układu, a na pewno do całkowicie błędnych pomiarów napięcia.

Z tego względu tłumik pasywny na wejściu aparatury pomiarowej musi charakteryzować się możliwie wysoką rezystancją. W „prawdziwych” oscyloskopach wartość ta jest standaryzowana na 1 MΩ, a w cyfrowych multimetriach spotyka się nawet 10 MΩ. Trzeba jednak pamiętać, że nawet wtedy należy rozważyć, jakie skutki dla działania badanego układu ma obciążenie jego punktu pomiarowego taką rezystancją.