- 1. Смесители за добавки
- Изграждане на обикновен смесител за добавки
- 2. Мултипликативни миксери
- Смесител за клетки Gilbert
- Генератор на синусоида Arduino
- Заключение
Смесителят е специален тип електронна схема, която комбинира два сигнала (периодично повтарящи се форми на вълната). Миксерите намират много приложение в аудио и RF системи и рядко се използват като обикновени аналогови „компютри“. Има два вида аналогови аудио миксери - добавъчни миксери и мултипликативни миксери.
1. Смесители за добавки
Както подсказва името им, добавъчните миксери просто събират стойностите на два сигнала във всеки един момент, което води до непрекъсната форма на вълната на изхода, която е сумата от стойностите на отделните форми на вълната.
Най-простият смесител за добавки е просто два източника на сигнал, свързани към два резистора по следния начин:
Резисторите пречат на източниците на сигнал да се намесват помежду си, добавянето става в общия възел, а не при самите източници на сигнал. Красотата на този метод е, че е възможна претеглена сума , в зависимост от отделните стойности на резистора.
Математически казано, z = Ax + By
Когато 'z' е изходният сигнал, 'x' и 'y' са входният сигнал, а 'A' и 'B' са коефициентите на пропорционално мащабиране, т.е. стойностите на резистора един спрямо друг.
Например, ако една от стойностите на резистора е 10K, а другата е 5K, A и B стават съответно 2 и 1, тъй като 10K е два пъти 5K.
Разбира се, повече от два сигнала могат да се комбинират заедно с помощта на този аудио миксер.
Изграждане на обикновен смесител за добавки
Необходими части:
1. 2x 10K резистори
2. 1x 3.3K резистор
3. Двуканален източник на сигнали
Електрическа схема:
С двата 10K резистора изходът е просто сумата от входните сигнали. А и В и двете са единство, тъй като двата мащабиращи резистора са еднакви.
Жълтата и синята форма на вълната са входовете, а розовата форма на вълната е изходът.
Когато заменим един от 10K резисторите с 3.3K резистор, коефициентите на мащабиране стават 3 и 1 и една трета от един сигнал се добавя към втория.
Математическото уравнение е:
z = x + 3y
По-долу фигурата показва получената изходна форма на вълната в розово, а входовете в жълто и синьо.
Приложение на смесители с добавки
Най-поразителното използване на обикновени миксери като този се предлага под формата на еквалайзер за слушалки или конвертор „моно в стерео“, който преобразува левия и десния канал от 3,5 мм стерео жак в един канал, използвайки два (обикновено) 10K резистори.
2. Мултипликативни миксери
Мултипликативните миксери са малко по-интересни - те умножават два (или може би повече, но това е трудно) входни сигнали и продуктът е изходният сигнал.
Събирането е просто, но как да умножим по електронен път ?
Има още един малък математически трик, който можем да приложим тук, наречен логаритъм.
Логаритъмът основно задава въпроса - до каква степен трябва да се повиши дадена основа , за да се даде резултат?
С други думи, 2 х = 8, х =?
По отношение на логаритмите това може да се запише като:
log 2 x = 8
Записването на числа чрез степен на обща база ни позволява да използваме друго основно математическо свойство:
a x xa y = a x + y
Умножаването на два експонента с обща основа е еквивалентно на добавяне на експонентите и след това повишаване на основата до тази степен.
Това означава, че ако приложим логаритъм към два сигнала, добавянето им заедно и след това „вземането“ на антилог е равносилно на умножаването им!
Внедряването на веригата може да стане малко сложно.
Тук ще обсъдим една доста проста схема, наречена Gilbert cell mixer .
Смесител за клетки Gilbert
По-долу фигурата показва схемата за смесител на клетки Gilbert.
В началото схемата може да изглежда много смущаваща, но както всички сложни вериги и тази може да бъде разделена на по-прости функционални блокове.
Двойките транзистори Q8 / Q10, Q11 / Q9 и Q12 / Q13 образуват отделни диференциални усилватели.
Диференциалните усилватели просто усилват диференциалните входни напрежения към двата транзистора. Помислете за простата схема, показана на фигурата по-долу.
Входът е в диференциална форма, между основите на транзисторите Q14 и Q15. Базовите напрежения са еднакви, така че колекторните токове и напрежението в R23 и R24 са еднакви, така че изходното диференциално напрежение е нула. Ако има разлика в базовите напрежения, колекторните токове се различават, настройвайки различни напрежения в двата резистора. Изходната люлка е по-голяма от входната люлка, благодарение на транзисторното действие.
Отклонението от това е, че усилването на усилвателя зависи от задния ток, който е сумата от двата колекторни тока. Колкото по-голям е задният ток, толкова по-голям е коефициентът на усилване.
В схемата на смесител на клетки Gilbert, показана по-горе, горните два диференциални усилвателя (образувани от Q8 / Q10 и Q11 / Q9) имат напречно свързани изходи и общ набор от товари.
Когато задните токове на двата усилвателя са еднакви и диференциалният вход A е 0, напреженията в резисторите са еднакви и няма изход. Това е и случаят, когато вход A има малко диференциално напрежение, тъй като задните токове са еднакви, кръстосаното свързване анулира общия изход.
Само когато двата опашни тока са различни, изходното напрежение е функция от разликата в задните токове.
В зависимост от това кой опашен ток е по-голям или по-малък, коефициентът на усилване може да бъде положителен или отрицателен (спрямо входния сигнал), т.е. инвертиращ или неинвертиращ.
Разликата в задните токове се получава с помощта на друг диференциален усилвател, образуван от транзистори Q12 / Q13.
Общият резултат е, че изходната диференциална люлка е пропорционална на произведението на диференциалните люлки на входовете A и B.
Изграждане на смесител за клетки Gilbert
Необходими части:
1. 3x 3.3K резистори
2. 6x NPN транзистори (2N2222, BC547 и др.)
Във входовете се подават две фазово изместени синусоиди (показани от жълтите и сините следи), а изходът е показан в розово на изображението отдолу, в сравнение с функцията за умножение по математика на обхвата, чийто изход е лилавата следа.
Тъй като осцилоскопът прави умножение „в реално време“, входовете трябва да са свързани с променлив ток, така че да се изчисли и отрицателният пик, тъй като входовете към действителния миксер са свързани с постоянен ток и той може да се справи с умножението на двете полярности.
Има и малка фазова разлика между изхода на миксера и проследяването на обхвата, тъй като неща като забавяне на разпространението трябва да се имат предвид в реалния живот.
Приложения на мултипликативни миксери
Най-голямата употреба за мултипликативни миксери е в RF схеми, за да демодулират високочестотни форми на вълната, като ги смесват с междинна честота.
Клетка на Гилбърт като тази е умножител от четири квадранта , което означава, че е възможно умножение и в двете полярности, следвайки простите правила:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Генератор на синусоида Arduino
Всички форми на вълната, използвани за този проект, са генерирани с помощта на Arduino. По-рано обяснихме подробно схемата на генератора на функцията Arduino.
Електрическа схема:
Обяснение на кода:
Разделът за настройка създава две справочни таблици със стойностите на функцията синус, мащабирани до цяло число от 0 до 255 и една фаза, изместена на 90 градуса.
Цикълната секция просто записва стойностите, съхранени в таблицата за търсене, в PWM таймера. Изходът на PWM щифтовете 11 и 3 може да бъде филтриран с ниски честоти, за да се получи почти идеална синусоида. Това е добър пример за DDS или директен цифров синтез.
Получената синусоида има много ниска честота, ограничена от ШИМ честотата. Това може да бъде поправено с някаква магия на регистъра на ниско ниво. Пълният код на Arduino за генератор на синусоида е даден по-долу:
Код на Arduino:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int резултат, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); за (фаза = 0, i = 0; фаза <= (2 * pi); фаза = фаза + 0,1, i ++) {резултат = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (фаза)))); sineValuesOne = резултат; resultTwo = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (фаза - (pi * 0.5)))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); забавяне (5); }}
Заключение
Смесителите са електронни схеми, които добавят или умножават два входа. Те намират широко приложение в аудио, RF и понякога като елементи на аналогов компютър.