- 1. Tilsetningsblandere
- Konstruere en enkel additiv mikser
- 2. Multiplikative miksere
- Gilbert cellemikser
- Arduino Sine Wave Generator
- Konklusjon
En mikser er en spesiell type elektronisk krets som kombinerer to signaler (periodisk gjentatte bølgeformer). Mixere finner mye bruk i lyd- og RF-systemer og brukes sjelden som enkle analoge 'datamaskiner'. Det er to typer analoge lydmikser - additivmikser og multiplikasjonsmikser.
1. Tilsetningsblandere
Som navnet antyder, legger additivblandere bare sammen verdiene til to signaler når som helst, noe som resulterer i en kontinuerlig bølgeform ved utgangen som er summen av verdiene til de enkelte bølgeformene.
Den enkleste additivblanderen er ganske enkelt to signalkilder koblet til to motstander på følgende måte:
Motstandene forhindrer at signalkildene forstyrrer hverandre, tilskuddet skjer ved fellesnoden, ikke ved selve signalkildene. Det fine med denne metoden er at en vektet sum er mulig, avhengig av de enkelte motstandsverdiene.
Matematisk sett, z = Ax + By
Der 'z' er utgangssignalet, er 'x' og 'y' inngangssignalet, og 'A' og 'B' er de forholdsmetriske skaleringsfaktorene, dvs. motstandsverdiene i forhold til hverandre.
For eksempel hvis en av motstandsverdiene er 10K og den andre er 5K, blir A og B henholdsvis 2 og 1, siden 10K er to ganger 5K.
Selvfølgelig kan mer enn to signaler kombineres sammen ved hjelp av denne lydmikser.
Konstruere en enkel additiv mikser
Deler som kreves:
1. 2x 10K motstander
2. 1x 3,3K motstand
3. En tokanals signalkilde
Kretsdiagram:
Med de to 10K-motstandene er utgangen ganske enkelt summen av inngangssignalene. A og B er begge enhet, siden de to skaleringsmotstandene er de samme.
De gule og blå bølgeformene er inngangene, og den rosa bølgeformen er utgangen.
Når vi bytter ut en av 10K-motstandene med en 3.3K-motstand, blir skaleringsfaktorene 3 og 1, og en tredjedel av ett signal blir lagt til det andre.
Den matematiske ligningen er:
z = x + 3y
Figuren nedenfor viser den resulterende utgangsbølgeformen i rosa, og inngangene i gul og blå.
Påføring av tilsetningsblandere
Den mest slående hobbyistbruken av enkle miksere som dette kommer i form av en hodetelefonutjevner eller en 'mono til stereo' omformer, som konverterer venstre og høyre kanal fra en 3,5 mm stereokontakt til en enkelt kanal ved bruk av to (vanligvis) 10K motstander.
2. Multiplikative miksere
Multiplikative miksere er litt mer interessante - de multipliserer to (eller kanskje flere, men det er vanskelig) inngangssignaler, og produktet er utgangssignalet.
Tillegg er enkelt, men hvordan multipliserer vi elektronisk ?
Det er et annet lite matematisk triks vi kan bruke her, kalt logaritme.
En logaritme stiller i utgangspunktet spørsmålet - til hvilken makt må en gitt base reises for å gi resultatet?
Med andre ord, 2 x = 8, x =?
Når det gjelder logaritmer, kan dette skrives som:
logg 2 x = 8
Å skrive tall i form av en eksponent for en felles base gjør det mulig for oss å bruke en annen grunnleggende matematisk egenskap:
a x xa y = a x + y
Å multiplisere to eksponenter med en felles base tilsvarer å legge til eksponentene og deretter heve basen til den makten.
Dette har den implikasjonen at hvis vi bruker en logaritme på to signaler, er det å legge dem sammen og deretter 'ta' en antilog tilsvarer å multiplisere dem!
Kretsimplementeringen kan bli litt komplisert.
Her skal vi diskutere en ganske enkel krets som kalles en Gilbert cellemikser .
Gilbert cellemikser
Figuren nedenfor viser Gilbert cellemikserblandingskretsen.
Kretsen kan se veldig skremmende ut i begynnelsen, men som alle kompliserte kretsløp kan denne brytes ned i enklere funksjonelle blokker.
Transistorpar Q8 / Q10, Q11 / Q9 og Q12 / Q13 danner individuelle differensialforsterkere.
Differensialforsterkere forsterker ganske enkelt differensialinngangsspenningene til de to transistorene. Tenk på den enkle kretsen vist i figuren nedenfor.
Inngangen er i differensiell form, mellom basene til transistorer Q14 og Q15. Basisspenningene er de samme, så er kollektorstrømmene og spenningen over R23 og R24 er den samme, så utgangsdifferensialspenningen er null. Hvis det er en forskjell i basespenningene, er kollektorstrømmene forskjellige og setter opp forskjellige spenninger over de to motstandene. Utgangssvinget er større enn inngangssvinget, takket være transistorhandling.
Takeaway fra dette er at forsterkningen til forsterkeren avhenger av halestrømmen, som er summen av de to samlerstrømmene. Jo større halestrøm, jo større gevinst.
I Gilbert-celleblanderkretsen vist ovenfor har de to øverste diffforsterkerne (dannet av Q8 / Q10 og Q11 / Q9) tverrkoblede utganger og et felles sett med belastninger.
Når halestrømmene til de to forsterkerne er de samme og differensialinngangen A er 0, er spenningen over motstandene den samme og det er ingen utgang. Dette er også tilfelle når inngangen A har en liten differensialspenning, siden halestrømmene er de samme, fjerner kryssforbindelsen den totale utgangen.
Bare når de to halestrømmene er forskjellige, er utgangsspenningen en funksjon av forskjellen på halestrømmene.
Avhengig av hvilken halestrøm som er større eller mindre, kan forsterkningen være positiv eller negativ (i forhold til inngangssignalet), dvs. inverterende eller ikke-inverterende.
Forskjellen i halestrømmer oppstår ved å bruke en annen differensialforsterker dannet av transistorer Q12 / Q13.
Det samlede resultatet er at utgangsdifferensialsvingningen er proporsjonal med produktet av differensialsvingningene på inngangene A og B.
Konstruksjon av en Gilbert Cell Mixer
Deler som kreves:
1. 3x 3,3K motstander
2. 6x NPN-transistorer (2N2222, BC547, etc.)
To-faseskiftede sinusbølger mates inn i inngangene (vist med de gule og blå sporene), og utgangen vises i rosa under bildet, sammenlignet med omfangets matematiske multipliseringsfunksjon, hvis utgang er det lilla sporet.
Siden oscilloskopet multiplikerer 'sanntid', måtte inngangene være vekselstrømskoblet slik at det også beregnet den negative toppen, siden inngangene til selve mikseren var likestrømskoblet og den kunne håndtere multiplikasjon av begge polaritetene.
Det er også en liten faseforskjell mellom mikserutgang og omfangsspor, siden ting som forplantningsforsinkelser må vurderes i det virkelige liv.
Anvendelser av multiplikative miksere
Den største bruken for multiplikative miksere er i RF-kretser, for å demodulere høyfrekvente bølgeformer ved å blande den med en mellomfrekvensbølgeform.
En Gilbert-celle som denne er en multiplikator på fire kvadranter , noe som betyr at multiplikasjon i begge polariteter er mulig, i henhold til de enkle reglene:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino Sine Wave Generator
Alle bølgeformene som ble brukt til dette prosjektet ble generert ved hjelp av en Arduino. Vi har tidligere forklart Arduino-funksjonsgeneratorkretsen i detalj.
Kretsdiagram:
Kode forklaring:
Oppsettdelen oppretter to oppslagstabeller med verdiene til sinusfunksjonen, skalert til et helt tall fra 0 til 255 og en fase forskjøvet 90 grader.
Sløyfedelen skriver ganske enkelt verdiene som er lagret i oppslagstabellen til PWM-tidtakeren. Utgangen fra PWM-pinnene 11 og 3 kan være lavpassfiltrert for å få en nesten perfekt sinusbølge. Dette er et godt eksempel på DDS, eller direkte digital syntese.
Den resulterende sinusbølgen har en veldig lav frekvens, begrenset av PWM-frekvensen. Dette kan løses med noe magisk register. Komplett Arduino-kode for sinusbølgenerator er gitt nedenfor:
Arduino-kode:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int result, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; ugyldig oppsett () {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 sløyfe () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); forsinkelse (5); }}
Konklusjon
Blandere er elektroniske kretser som legger til eller multipliserer to innganger. De finner omfattende bruk i lyd, RF og noen ganger som elementer i en analog datamaskin.