- 1. Tilsætningsblandere
- Konstruktion af en simpel additiv mixer
- 2. Multiplikative blandere
- Gilbert celleblander
- Arduino Sine Wave Generator
- Konklusion
En mixer er en speciel type elektronisk kredsløb, der kombinerer to signaler (periodisk gentagne bølgeformer). Mixere finder meget brug i lyd- og RF-systemer og bruges sjældent som enkle analoge 'computere'. Der er to typer analoge lydmixere - additive mixere og multiplikative mixere.
1. Tilsætningsblandere
Som navnet antyder, tilføjer additivblandere simpelthen værdierne for to signaler på ethvert øjeblik, hvilket resulterer i en kontinuerlig bølgeform ved udgangen, der er summen af værdierne for de enkelte bølgeformer.
Den enkleste additiv mixer er simpelthen to signalkilder forbundet til to modstande på følgende måde:
Modstandene forhindrer signalkilderne i at forstyrre hinanden, tilføjelsen sker ved den fælles knude, ikke ved selve signalkilderne. Skønheden ved denne metode er, at en vægtet sum er mulig afhængigt af de enkelte modstandsværdier.
Matematisk set
z = Ax + By
Hvor 'z' er udgangssignalet, er 'x' og 'y' indgangssignalet, og 'A' og 'B' er de ratiometriske skaleringsfaktorer, dvs. modstandsværdierne i forhold til hinanden.
For eksempel, hvis en af modstandsværdierne er 10K og den anden er 5K, bliver A og B henholdsvis 2 og 1, da 10K er to gange 5K.
Selvfølgelig kan mere end to signaler kombineres ved hjælp af denne lydmixer.
Konstruktion af en simpel additiv mixer
Nødvendige dele:
1. 2x 10K modstande
2. 1x 3,3K modstand
3. En tokanals signalkilde
Kredsløbsdiagram:
Med de to 10K modstande er output simpelthen summen af indgangssignalerne. A og B er begge enhed, da de to skaleringsmodstande er de samme.
De gule og blå bølgeformer er input, og den lyserøde bølgeform er output.
Når vi udskifter en af 10K-modstandene med en 3,3K-modstand, bliver skaleringsfaktorerne 3 og 1, og en tredjedel af det ene signal føjes til det andet.
Den matematiske ligning er:
z = x + 3y
Nedenstående figur viser den resulterende outputbølgeform i lyserød og inputne i gul og blå.
Anvendelse af additivblandere
Den mest slående hobbyistiske brug af enkle miksere som denne kommer i form af en hovedtelefonudligning eller en 'mono til stereo' konverter, der konverterer venstre og højre kanal fra et 3,5 mm stereostik til en enkelt kanal ved hjælp af to (normalt) 10K modstande.
2. Multiplikative blandere
Multiplikative mixere er lidt mere interessante - de multiplicerer to (eller måske flere, men det er vanskeligt) indgangssignaler, og produktet er udgangssignalet.
Tilføjelse er enkel, men hvordan multiplicerer vi elektronisk ?
Der er et andet lille matematisk trick, som vi kan anvende her, kaldet en logaritme.
En logaritme stiller dybest set spørgsmålet - til hvilken magt skal en given base hæves for at give resultatet?
Med andre ord, 2 x = 8, x =?
Med hensyn til logaritmer kan dette skrives som:
log 2 x = 8
At skrive tal i form af en eksponent for en fælles base giver os mulighed for at bruge en anden grundlæggende matematisk egenskab:
a x xa y = a x + y
At multiplicere to eksponenter med en fælles base svarer til at tilføje eksponenterne og derefter hæve basen til den magt.
Dette har den implikation, at hvis vi anvender en logaritme til to signaler, tilføjes dem sammen og derefter 'tager' en antilog svarer til at multiplicere dem!
Kredsløbets implementering kan blive lidt kompliceret.
Her skal vi diskutere et ret simpelt kredsløb kaldet en Gilbert-celleblander .
Gilbert celleblander
Nedenstående figur viser Gilbert-celleblanderkredsløbet.
Kredsløbet kan se meget skræmmende ud i starten, men som alle komplicerede kredsløb kan denne opdeles i enklere funktionelle blokke.
Transistorpar Q8 / Q10, Q11 / Q9 og Q12 / Q13 danner individuelle differentialforstærkere.
Differentialforstærkere forstærker simpelthen de forskellige indgangsspændinger til de to transistorer. Overvej det enkle kredsløb vist i nedenstående figur.
Indgangen er i differentiel form mellem baserne på transistorer Q14 og Q15. Basisspændingerne er de samme, så er kollektorstrømmene, og spændingen over R23 og R24 er de samme, så udgangsdifferentialspændingen er nul. Hvis der er en forskel i basisspændingerne, er kollektorstrømmene forskellige, idet de opsætter forskellige spændinger på tværs af de to modstande. Udgangssvinget er større end indgangssvinget takket være transistorhandling.
Takeaway fra dette er, at forstærkerens forstærkning afhænger af halestrømmen, som er summen af de to kollektorstrømme. Jo større halestrøm, jo større gevinst.
I Gilbert-celleblanderkredsløbet vist ovenfor har de to øverste diff-forstærkere (dannet af Q8 / Q10 og Q11 / Q9) krydsforbundne udgange og et fælles sæt belastninger.
Når halestrømmene på de to forstærkere er de samme, og differensindgangen A er 0, er spændingerne over modstandene de samme, og der er ingen output. Dette er også tilfældet, når indgangen A har en lille differentieret spænding, da halestrømmene er de samme, fjerner krydsforbindelsen det samlede output.
Kun når de to halestrømme er forskellige, er udgangsspændingen en funktion af forskellen mellem halestrømmene.
Afhængig af hvilken halestrøm der er større eller mindre, kan forstærkningen være positiv eller negativ (i forhold til indgangssignalet), dvs. inverterende eller ikke-inverterende.
Forskellen i halestrømme frembringes ved hjælp af en anden differentiel forstærker dannet af transistorer Q12 / Q13.
Det samlede resultat er, at outputdifferentialsvingningen er proportional med produktet af differentieringssvingningerne af input A og B.
Konstruktion af en Gilbert Cell Mixer
Nødvendige dele:
1. 3x 3,3K modstande
2. 6x NPN-transistorer (2N2222, BC547 osv.)
To faseskiftede sinusbølger føres ind i indgangene (vist med de gule og blå spor), og output vises i lyserødt i billedet nedenfor sammenlignet med omfangets matematiske multipliceringsfunktion, hvis output er den lilla kurve.
Da oscilloskopet multiplikerer 'realtid', skulle indgangene være AC-koblet, så det også beregnede den negative top, da inputene til den aktuelle mixer var DC-koblet, og det kunne håndtere multiplikation af begge polariteter.
Der er også en lille faseforskel mellem mixeroutput og omfangsspor, da ting som udbredelsesforsinkelser skal overvejes i det virkelige liv.
Anvendelser af multiplikative blandere
Den største anvendelse for multiplikative blandere er i RF-kredsløb til at demodulere højfrekvente bølgeformer ved at blande den med en mellemfrekvensbølgeform.
En Gilbert-celle som denne er en multiplikator med fire kvadranter , hvilket betyder, at multiplikation i begge polariteter er mulig efter de enkle regler:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino Sine Wave Generator
Alle de bølgeformer, der blev brugt til dette projekt, blev genereret ved hjælp af en Arduino. Vi har tidligere forklaret Arduino funktionsgenerator kredsløb i detaljer.
Kredsløbsdiagram:
Kode forklaring:
Opsætningsafsnittet opretter to opslagstabeller med værdierne for sinusfunktionen, skaleret til et heltal fra 0 til 255 og en fase forskudt med 90 grader.
Loopafsnittet skriver simpelthen de værdier, der er gemt i opslagstabellen til PWM-timeren. Outputtet fra PWM-benene 11 og 3 kan lavpasfiltreres for at få en næsten perfekt sinusbølge. Dette er et godt eksempel på DDS eller direkte digital syntese.
Den resulterende sinusbølge har en meget lav frekvens, begrænset af PWM-frekvensen. Dette kan løses med noget magisk register. Komplet Arduino-kode til sinusbølgenerator er angivet nedenfor:
Arduino kode:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int result, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; ugyldig opsætning () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); for (fase = 0, i = 0; fase <= (2 * pi); fase = fase + 0,1, i ++) {resultat = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase)))); sineValuesOne = resultat; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } ugyldig sløjfe () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); forsinkelse (5); }}
Konklusion
Mixere er elektroniske kredsløb, der tilføjer eller multiplicerer to indgange. De finder udstrakt brug i lyd, RF og lejlighedsvis som elementer i en analog computer.