- 1. Tillsatsblandare
- Konstruera en enkel tillsatsblandare
- 2. Multiplikativa blandare
- Gilbert cellblandare
- Arduino Sine Wave Generator
- Slutsats
En mixer är en speciell typ av elektronisk krets som kombinerar två signaler (periodiskt upprepade vågformer). Blandare hittar mycket användning i ljud- och RF-system och används sällan som enkla analoga "datorer". Det finns två typer av analoga ljudblandare - tillsatsblandare och multiplikatorblandare.
1. Tillsatsblandare
Som namnet antyder lägger additivblandare helt enkelt samman värdena för två signaler när som helst, vilket resulterar i en kontinuerlig vågform vid utgången som är summan av värdena för de enskilda vågformerna.
Den enklaste tillsatsblandaren är helt enkelt två signalkällor anslutna till två motstånd på följande sätt:
Motstånden hindrar signalkällorna från att störa varandra, tillägget sker vid den gemensamma noden, inte vid själva signalkällorna. Skönheten i denna metod är att en vägd summa är möjlig, beroende på de enskilda motståndsvärdena.
Matematiskt sett, z = Ax + By
Där 'z' är utsignalen är 'x' och 'y' insignalen och 'A' och 'B' är de förhållandemetriska skalningsfaktorerna, dvs motståndsvärdena i förhållande till varandra.
Till exempel om ett av motståndsvärdena är 10K och det andra är 5K, blir A och B 2 respektive 1, eftersom 10K är två gånger 5K.
Naturligtvis kan mer än två signaler kombineras tillsammans med denna ljudmixer.
Konstruera en enkel tillsatsblandare
Delar som krävs:
1. 2x 10K motstånd
2. 1x 3,3K motstånd
3. En tvåkanals signalkälla
Kretsschema:
Med de två 10K-motstånden är utgången helt enkelt summan av insignalerna. A och B är båda enhet, eftersom de två skalningsmotstånden är desamma.
De gula och blå vågformerna är ingångarna, och den rosa vågformen är utgången.
När vi byter ut ett av 10K-motstånden med ett 3,3K-motstånd blir skalningsfaktorerna 3 och 1 och en tredjedel av en signal läggs till den andra.
Den matematiska ekvationen är:
z = x + 3y
Nedanstående figur visar den resulterande vågformen i rosa och ingångarna i gult och blått.
Applicering av tillsatsblandare
Den mest slående hobbyistanvändningen av enkla blandare som denna kommer i form av en hörlursutjämnare eller en 'mono till stereo' omvandlare, som konverterar vänster och höger kanaler från ett 3,5 mm stereouttag till en enda kanal med två (vanligtvis) 10K motstånd.
2. Multiplikativa blandare
Multiplikatorblandare är lite mer intressanta - de multiplicerar två (eller kanske fler, men det är svårt) ingångssignaler och produkten är utsignalen.
Tillägg är enkelt, men hur multiplicerar vi elektroniskt ?
Det finns ett annat litet matematiskt trick som vi kan använda här, kallat logaritm.
En logaritm ställer i princip frågan - till vilken makt måste en given bas höjas för att ge resultatet?
Med andra ord, 2 x = 8, x =?
När det gäller logaritmer kan detta skrivas som:
logga 2 x = 8
Att skriva siffror i termer av en exponent för en gemensam bas gör det möjligt för oss att använda en annan grundläggande matematisk egenskap:
a x xa y = a x + y
Att multiplicera två exponenter med en gemensam bas motsvarar att lägga till exponenterna och sedan höja basen till den makten.
Detta har innebörden att om vi tillämpar en logaritm på två signaler, att lägga till dem tillsammans och sedan "ta" en antilog motsvarar att multiplicera dem!
Kretsimplementeringen kan bli lite komplicerad.
Här ska vi diskutera en ganska enkel krets som kallas en Gilbert-cellblandare .
Gilbert cellblandare
Nedanstående figur visar Gilbert-cellblandarkretsen.
Kretsen kan se mycket skrämmande ut i början, men som alla komplicerade kretsar kan den här delas upp i enklare funktionella block.
Transistorpar Q8 / Q10, Q11 / Q9 och Q12 / Q13 bildar individuella differentialförstärkare.
Differentialförstärkare förstärker helt enkelt differentiella ingångsspänningar till de två transistorerna. Tänk på den enkla kretsen som visas i bilden nedan.
Ingången är i differentiell form, mellan baserna på transistorerna Q14 och Q15. Basspänningarna är desamma, så är kollektorströmmarna och spänningen över R23 och R24 är densamma, så utgångsdifferensspänningen är noll. Om det finns en skillnad i basspänningarna skiljer sig kollektorströmmarna och ställer in olika spänningar över de två motstånden. Utgångssvinget är större än ingångssvinget tack vare transistoråtgärd.
Avhämtningen från detta är att förstärkarens förstärkning beror på svansströmmen, som är summan av de två samlarströmmarna. Ju större svansström, desto större är förstärkningen.
I Gilbert-cellblandarkretsen som visas ovan har de två översta diffförstärkarna (bildade av Q8 / Q10 och Q11 / Q9) tvärkopplade utgångar och en gemensam uppsättning belastningar.
När svängströmmarna på de två förstärkarna är desamma och differentialingången A är 0, är spänningarna över motstånden desamma och det finns ingen utgång. Detta är också fallet när ingången A har en liten differentialspänning, eftersom svansströmmarna är desamma, avbryter tvärförbindelsen den totala utgången.
Först när de två svansströmmarna är olika är utspänningen en funktion av skillnaden mellan svansströmmarna.
Beroende på vilken svansström som är större eller mindre kan förstärkningen vara positiv eller negativ (relativt insignalen), dvs inverterande eller icke-inverterande.
Skillnaden i svansströmmar åstadkommes med användning av en annan differentiell förstärkare bildad av transistorerna Q12 / Q13.
Det totala resultatet är att utgångsdifferentialsvängningen är proportionell mot produkten av differentialsvängningarna för ingångarna A och B.
Konstruera en Gilbert Cell Mixer
Delar som krävs:
1. 3x 3,3K motstånd
2. 6x NPN-transistorer (2N2222, BC547, etc.)
Tvåfasförskjutna sinusvågor matas in i ingångarna (visas med gula och blåa spår), och utgången visas i rosa i bilden nedan, jämfört med omfångets matematiska multipliceringsfunktion, vars utgång är den lila spårningen.
Eftersom oscilloskopet multiplicerar "i realtid", måste ingångarna vara AC-kopplade så att det också beräknade den negativa toppen, eftersom ingångarna till själva mixern var DC-kopplade och det kunde hantera multiplicering av båda polariteterna.
Det finns också en liten fasskillnad mellan mixerutgången och omfångsspåret, eftersom saker som fortplantningsfördröjningar måste beaktas i verkliga livet.
Tillämpningar av multiplikatorblandare
Den största användningen för multiplikatorblandare är i RF-kretsar för att demodulera högfrekventa vågformer genom att blanda den med en mellanfrekvensvågform.
En Gilbert-cell som den här är en multiplikator med fyra kvadranter , vilket innebär att multiplikation i båda polariteterna är möjlig enligt de enkla reglerna:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino Sine Wave Generator
Alla vågformer som användes för detta projekt genererades med en Arduino. Vi har tidigare förklarat Arduino-funktionsgeneratorns krets i detalj.
Kretsschema:
Kodförklaring:
Installationsavsnittet skapar två uppslagstabeller med sinusfunktionens värden, skalade till ett heltal från 0 till 255 och en fas förskjuten med 90 grader.
Slingningssektionen skriver helt enkelt värdena som är lagrade i uppslagstabellen till PWM-timern. Utgången från PWM-stiften 11 och 3 kan vara lågpassfiltrerad för att få en nästan perfekt sinusvåg. Detta är ett bra exempel på DDS eller direkt digital syntes.
Den resulterande sinusvågen har en mycket låg frekvens, begränsad av PWM-frekvensen. Detta kan åtgärdas med lite registernivå magi. Komplett Arduino-kod för sinusgenerator ges nedan:
Arduino-kod:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int resultat, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; ogiltig installation () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); för (fas = 0, i = 0; fas <= (2 * pi); fas = fas + 0,1, i ++) {resultat = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fas)))); sineValuesOne = resultat; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fas - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } ogiltig loop () {för (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); fördröjning (5); }}
Slutsats
Blandare är elektroniska kretsar som lägger till eller multiplicerar två ingångar. De hittar omfattande användning i ljud, RF och ibland som element i en analog dator.