- 1. Mieszalniki dodatków
- Konstruowanie prostego miksera addytywnego
- 2. Miksery multiplikatywne
- Mikser ogniw Gilberta
- Generator fal sinusoidalnych Arduino
- Wniosek
Mikser to specjalny typ obwodu elektronicznego, który łączy dwa sygnały (okresowo powtarzające się przebiegi). Miksery znajdują szerokie zastosowanie w systemach audio i RF i rzadko są używane jako proste analogowe „komputery”. Istnieją dwa typy analogowych mikserów audio - miksery addytywne i miksery multiplikatywne.
1. Mieszalniki dodatków
Jak sugeruje ich nazwa, miksery addytywne po prostu sumują wartości dwóch sygnałów w dowolnym momencie, co daje ciągły przebieg na wyjściu, będący sumą wartości poszczególnych przebiegów.
Najprostszy mikser addytywny to po prostu dwa źródła sygnału podłączone do dwóch rezystorów w następujący sposób:
Rezystory zapobiegają zakłócaniu się źródeł sygnału, dodawanie następuje we wspólnym węźle, a nie w samych źródłach sygnału. Piękno tej metody polega na tym, że w zależności od poszczególnych wartości rezystorów możliwa jest suma ważona .
Mówiąc matematycznie, z = Ax + By
Gdzie „z” to sygnał wyjściowy, „x” i „y” to sygnał wejściowy, a „A” i „B” to ratiometryczne współczynniki skalowania, tj. Wartości rezystorów względem siebie.
Na przykład, jeśli jedna z wartości rezystora to 10K, a druga to 5K, A i B staną się odpowiednio 2 i 1, ponieważ 10K to dwa razy 5K.
Oczywiście za pomocą tego miksera audio można połączyć razem więcej niż dwa sygnały.
Konstruowanie prostego miksera addytywnego
Wymagane części:
1. Rezystory 2x 10K
2. 1x rezystor 3,3K
3. Dwukanałowe źródło sygnałów
Schemat obwodu:
W przypadku dwóch rezystorów 10K wyjście to po prostu suma sygnałów wejściowych. A i B są jednością, ponieważ dwa rezystory skalujące są takie same.
Przebiegi w kolorze żółtym i niebieskim są wejściami, a przebiegi różowe na wyjściu.
Kiedy wymieniamy jeden z rezystorów 10K na rezystor 3,3K, współczynniki skalowania wynoszą 3 i 1, a jedna trzecia jednego sygnału jest dodawana do drugiego.
Równanie matematyczne to:
z = x + 3y
Poniższy rysunek przedstawia wynikowy przebieg wyjściowy w kolorze różowym, a wejścia w kolorze żółtym i niebieskim.
Zastosowanie mieszalników dodatków
Najbardziej uderzające hobbystyczne użycie prostych mikserów, takich jak ten, ma postać korektora słuchawek lub konwertera `` mono na stereo '', który konwertuje lewy i prawy kanał z gniazda stereo 3,5 mm na pojedynczy kanał przy użyciu dwóch (zwykle) 10K rezystory.
2. Miksery multiplikatywne
Miksery multiplikatywne są trochę bardziej interesujące - mnożą dwa (a może więcej, ale to trudne) sygnały wejściowe, a produktem jest sygnał wyjściowy.
Dodawanie jest proste, ale jak mamy elektronicznie pomnożyć ?
Jest jeszcze jedna mała sztuczka matematyczna, którą możemy tutaj zastosować, zwana logarytmem.
Logarytm w zasadzie stawia pytanie - do jakiej potęgi należy podnieść daną podstawę, aby dać wynik?
Innymi słowy, 2 x = 8, x =?
Pod względem logarytmów można to zapisać jako:
log 2 x = 8
Zapisywanie liczb w postaci wykładnika wspólnej podstawy umożliwia nam użycie innej podstawowej własności matematycznej:
a x xa y = a x + y
Mnożenie dwóch wykładników przez wspólną podstawę jest równoznaczne z dodaniem wykładników, a następnie podniesieniem podstawy do tej potęgi.
Z tego wynika, że jeśli zastosujemy logarytm do dwóch sygnałów, dodamy je do siebie, a następnie „wzięcie” antyloga równa się ich pomnożeniu!
Implementacja obwodu może się nieco skomplikować.
Tutaj omówimy raczej prosty obwód zwany mikserem ogniw Gilberta .
Mikser ogniw Gilberta
Poniższy rysunek przedstawia obwód miksera ogniwa Gilberta.
Obwód może na początku wyglądać bardzo onieśmielająco, ale podobnie jak wszystkie skomplikowane obwody można go podzielić na prostsze bloki funkcjonalne.
Pary tranzystorów Q8 / Q10, Q11 / Q9 i Q12 / Q13 tworzą indywidualne wzmacniacze różnicowe.
Wzmacniacze różnicowe po prostu wzmacniają różnicowe napięcia wejściowe do dwóch tranzystorów. Rozważ prosty obwód pokazany na poniższym rysunku.
Wejście ma postać różnicową między bazami tranzystorów Q14 i Q15. Napięcia bazowe są takie same, podobnie jak prądy kolektora i napięcie na R23 i R24 są takie same, więc wyjściowe napięcie różnicowe wynosi zero. Jeśli występuje różnica w napięciach bazowych, prądy kolektora różnią się, powodując różne napięcia na dwóch rezystorach. Kołysanie na wyjściu jest większe niż na wejściu dzięki działaniu tranzystora.
Wniosek z tego jest taki, że wzmocnienie wzmacniacza zależy od prądu ogonowego, który jest sumą dwóch prądów kolektora. Im większy prąd ogonowy, tym większe wzmocnienie.
W pokazanym powyżej obwodzie miksera ogniwa Gilberta, dwa górne wzmacniacze różnicowe (utworzone przez Q8 / Q10 i Q11 / Q9) mają wyjścia połączone krzyżowo i wspólny zestaw obciążeń.
Gdy prądy końcowe dwóch wzmacniaczy są takie same, a różnicowe wejście A wynosi 0, napięcia na rezystorach są takie same i nie ma wyjścia. Dzieje się tak również w przypadku, gdy wejście A ma małe napięcie różnicowe, ponieważ prądy końcowe są takie same, połączenie krzyżowe anuluje całkowitą moc wyjściową.
Tylko wtedy, gdy dwa prądy ogonowe są różne, napięcie wyjściowe jest funkcją różnicy prądów ogonowych.
W zależności od tego, który prąd ogonowy jest większy lub mniejszy, wzmocnienie może być dodatnie lub ujemne (w stosunku do sygnału wejściowego), tj. Odwracające lub nieodwracające.
Różnicę w prądach ogonowych uzyskuje się za pomocą innego wzmacniacza różnicowego utworzonego przez tranzystory Q12 / Q13.
Ogólny wynik jest taki, że wyjściowe wahania różniczkowe są proporcjonalne do iloczynu wahań różniczkowych wejść A i B.
Konstruowanie miksera do komórek Gilberta
Wymagane części:
1. Rezystory 3x 3,3K
2. 6x tranzystory NPN (2N2222, BC547 itp.)
Dwie fale sinusoidalne przesunięte w fazie są podawane na wejścia (pokazane przez żółty i niebieski ślad), a wyjście jest pokazane na różowo na poniższym obrazku, w porównaniu do funkcji mnożenia matematycznego oscyloskopu, której wyjście jest fioletowym śladem.
Ponieważ oscyloskop dokonuje mnożenia w czasie rzeczywistym, wejścia musiały być sprzężone prądem przemiennym, aby obliczyć również ujemną wartość szczytową, ponieważ wejścia do rzeczywistego miksera były sprzężone prądem stałym i mógł obsługiwać mnożenie obu polaryzacji.
Istnieje również niewielka różnica faz między wyjściem miksera a przebiegiem oscyloskopu, ponieważ takie rzeczy, jak opóźnienia propagacji, muszą być brane pod uwagę w prawdziwym życiu.
Zastosowania mikserów multiplikatywnych
Największym zastosowaniem mikserów multiplikatywnych są obwody RF do demodulacji przebiegów o wysokiej częstotliwości poprzez mieszanie ich z przebiegiem o częstotliwości pośredniej.
Komórka Gilberta, taka jak ta, jest mnożnikiem czterech ćwiartek , co oznacza, że mnożenie w obu polaryzacjach jest możliwe, zgodnie z prostymi zasadami:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Generator fal sinusoidalnych Arduino
Wszystkie przebiegi użyte w tym projekcie zostały wygenerowane przy użyciu Arduino. Wcześniej szczegółowo wyjaśniliśmy obwód generatora funkcji Arduino.
Schemat obwodu:
Objaśnienie kodu:
Sekcja konfiguracji tworzy dwie tabele przeglądowe z wartościami funkcji sinus, przeskalowanymi do liczby całkowitej od 0 do 255 i jedną fazą przesuniętą o 90 stopni.
Sekcja pętli po prostu zapisuje wartości przechowywane w tabeli przeglądowej do zegara PWM. Wyjście pinów PWM 11 i 3 może być filtrowane dolnoprzepustowo, aby uzyskać prawie idealną falę sinusoidalną. To jest dobry przykład DDS lub bezpośredniej syntezy cyfrowej.
Powstała fala sinusoidalna ma bardzo niską częstotliwość, ograniczoną częstotliwością PWM. Można to naprawić za pomocą magii rejestrów niskiego poziomu. Pełny kod Arduino dla generatora fal sinusoidalnych jest podany poniżej:
Kod Arduino:
# zdefiniować pinOne 11 # zdefiniować pinTwo 3 # zdefiniować pi 3.14 float phase = 0; int result, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); dla (faza = 0, i = 0; faza <= (2 * pi); faza = faza + 0,1, i ++) {wynik = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (faza)))); sineValuesOne = wynik; wynikTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (faza - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); opóźnienie (5); }}
Wniosek
Miksery to układy elektroniczne, które dodają lub zwielokrotniają dwa wejścia. Znajdują szerokie zastosowanie w audio, RF i czasami jako elementy komputera analogowego.