- 1. Πρόσθετοι αναμικτήρες
- Κατασκευή ενός απλού πρόσθετου μίκτη
- 2. Πολλαπλασιαστικοί αναμικτήρες
- Αναμικτήρας κυττάρων Gilbert
- Γεννήτρια Arduino Sine Wave
- συμπέρασμα
Ένας μίκτης είναι ένας ειδικός τύπος ηλεκτρονικού κυκλώματος που συνδυάζει δύο σήματα (περιοδικά επαναλαμβανόμενες κυματομορφές). Τα μίξερ βρίσκουν μεγάλη χρήση σε συστήματα ήχου και RF και σπάνια χρησιμοποιούνται ως απλά αναλογικά «υπολογιστές». Υπάρχουν δύο τύποι αναλογικών αναμικτών ήχου - πρόσθετων αναμικτών και πολλαπλών αναμικτών.
1. Πρόσθετοι αναμικτήρες
Όπως υποδηλώνει το όνομά τους, οι πρόσθετες συσκευές μίξης προσθέτουν απλώς τις τιμές των δύο σημάτων ανά πάσα στιγμή, με αποτέλεσμα μια συνεχή κυματομορφή στην έξοδο που είναι το άθροισμα των τιμών των επιμέρους κυματομορφών.
Ο απλούστερος πρόσθετος μίκτης είναι απλώς δύο πηγές σήματος συνδεδεμένες με δύο αντιστάσεις με τον ακόλουθο τρόπο:
Οι αντιστάσεις εμποδίζουν τις πηγές σήματος να παρεμβαίνουν μεταξύ τους, η προσθήκη γίνεται στον κοινό κόμβο και όχι στις ίδιες τις πηγές σήματος. Η ομορφιά αυτής της μεθόδου είναι ότι είναι δυνατό ένα σταθμισμένο άθροισμα , ανάλογα με τις μεμονωμένες τιμές αντίστασης.
Μαθηματικά μιλώντας, z = Ax + Από
Όπου «z» είναι το σήμα εξόδου, «x» και «y» είναι το σήμα εισόδου και «A» και «B» είναι οι συντελεστές μέτρησης αναλογίας μέτρησης, δηλαδή οι τιμές της αντίστασης μεταξύ τους.
Για παράδειγμα, εάν μία από τις τιμές αντίστασης είναι 10Κ και η άλλη είναι 5Κ, τα Α και Β γίνονται 2 και 1 αντίστοιχα, αφού το 10Κ είναι διπλάσιο των 5Κ.
Φυσικά, περισσότερα από δύο σήματα μπορούν να συνδυαστούν χρησιμοποιώντας αυτόν τον μίκτη ήχου.
Κατασκευή ενός απλού πρόσθετου μίκτη
Απαιτούμενα μέρη:
1. 2x 10K αντιστάσεις
2. 1x 3,3K αντίσταση
3. Μια πηγή σημάτων δύο καναλιών
Διάγραμμα κυκλώματος:
Με τις δύο αντιστάσεις 10K, η έξοδος είναι απλώς το άθροισμα των σημάτων εισόδου. Τα Α και Β είναι και τα δύο, καθώς οι δύο αντιστάσεις κλιμάκωσης είναι οι ίδιες.
Οι κίτρινες και μπλε κυματομορφές είναι οι είσοδοι και η ροζ κυματομορφή είναι η έξοδος.
Όταν αντικαθιστούμε μία από τις 10Κ αντιστάσεις με μια αντίσταση 3.3K, οι συντελεστές κλιμάκωσης γίνονται 3 και 1 και το ένα τρίτο του ενός σήματος προστίθεται στο δεύτερο.
Η μαθηματική εξίσωση είναι:
z = x + 3y
Η παρακάτω εικόνα δείχνει την προκύπτουσα κυματομορφή εξόδου σε ροζ χρώμα και τις εισόδους σε κίτρινο και μπλε.
Εφαρμογή πρόσθετων αναμικτών
Η πιο εντυπωσιακή χρήση χόμπι απλών αναμεικτών όπως αυτή έρχεται με τη μορφή ισοσταθμιστή ακουστικών ή μετατροπέα «μονοφωνικού ή στερεοφωνικού», ο οποίος μετατρέπει το αριστερό και το δεξί κανάλι από στερεοφωνική υποδοχή 3,5 mm σε ένα κανάλι χρησιμοποιώντας δύο (συνήθως) 10K αντιστάσεις.
2. Πολλαπλασιαστικοί αναμικτήρες
Οι πολλαπλασιαστικοί αναμίκτες είναι λίγο πιο ενδιαφέροντες - πολλαπλασιάζουν δύο (ή ίσως περισσότερα, αλλά αυτό είναι δύσκολο) σήματα εισόδου και το προϊόν είναι το σήμα εξόδου.
Η προσθήκη είναι απλή, αλλά πώς πολλαπλασιάζουμε ηλεκτρονικά ;
Υπάρχει ένα άλλο μικρό μαθηματικό κόλπο που μπορούμε να εφαρμόσουμε εδώ, που ονομάζεται λογάριθμος.
Ένας λογάριθμος κάνει βασικά την ερώτηση - σε ποια δύναμη πρέπει να δοθεί μια δεδομένη βάση για να δώσει το αποτέλεσμα;
Με άλλα λόγια, 2 x = 8, x =?
Όσον αφορά τους λογάριθμους, αυτό μπορεί να γραφτεί ως:
log 2 x = 8
Το γράψιμο αριθμών με όρους εκθέτη μιας κοινής βάσης μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε μια άλλη βασική μαθηματική ιδιότητα:
a x xa y = a x + y
Ο πολλαπλασιασμός δύο εκθετών με μια κοινή βάση ισοδυναμεί με την προσθήκη των εκθετών και στη συνέχεια την αύξηση της βάσης σε αυτήν την ισχύ.
Αυτό συνεπάγεται ότι, εάν εφαρμόσουμε έναν λογάριθμο σε δύο σήματα, προσθέτοντάς τα μαζί και στη συνέχεια «παίρνοντας» ένα αντιλόγο ισοδυναμεί με τον πολλαπλασιασμό τους!
Η εφαρμογή του κυκλώματος μπορεί να γίνει λίγο περίπλοκη.
Εδώ, θα συζητήσουμε ένα μάλλον απλό κύκλωμα που ονομάζεται μίξερ κυττάρων Gilbert .
Αναμικτήρας κυττάρων Gilbert
Η παρακάτω εικόνα δείχνει το κύκλωμα μίξερ κυττάρων Gilbert.
Το κύκλωμα μπορεί να φαίνεται πολύ εκφοβιστικό στην αρχή, αλλά όπως όλα τα περίπλοκα κυκλώματα, αυτό μπορεί να χωριστεί σε απλούστερα λειτουργικά μπλοκ.
Τα ζεύγη τρανζίστορ Q8 / Q10, Q11 / Q9 και Q12 / Q13 σχηματίζουν μεμονωμένους διαφορικούς ενισχυτές.
Οι διαφορικοί ενισχυτές απλώς ενισχύουν τις διαφορικές τάσεις εισόδου στα δύο τρανζίστορ. Εξετάστε το απλό κύκλωμα που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Η είσοδος είναι σε διαφορική μορφή, μεταξύ των βάσεων των τρανζίστορ Q14 και Q15. Οι βασικές τάσεις είναι οι ίδιες, έτσι και τα ρεύματα συλλέκτη και η τάση στα R23 και R24 είναι τα ίδια, επομένως η διαφορική τάση εξόδου είναι μηδέν. Εάν υπάρχει διαφορά στις τάσεις βάσης, τα ρεύματα του συλλέκτη διαφέρουν, ρυθμίζοντας διαφορετικές τάσεις στις δύο αντιστάσεις. Η ταλάντευση εξόδου είναι μεγαλύτερη από την ταλάντευση εισόδου, χάρη στη δράση τρανζίστορ.
Η απομάκρυνση από αυτό είναι ότι το κέρδος του ενισχυτή εξαρτάται από το ρεύμα ουράς, που είναι το άθροισμα των δύο ρευμάτων συλλεκτών. Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα της ουράς, τόσο μεγαλύτερο είναι το κέρδος.
Στο κύκλωμα μίξερ κυττάρων Gilbert που φαίνεται παραπάνω, οι δύο κορυφαίοι ενισχυτές (που σχηματίζονται από Q8 / Q10 και Q11 / Q9) έχουν διασυνδεδεμένες εξόδους και ένα κοινό σύνολο φορτίων.
Όταν τα ουρά των δύο ενισχυτών είναι τα ίδια και η διαφορική είσοδος Α είναι 0, οι τάσεις στις αντιστάσεις είναι ίδιες και δεν υπάρχει έξοδος. Αυτό συμβαίνει επίσης όταν η είσοδος Α έχει μικρή διαφορική τάση, καθώς τα ουρά είναι ίδια, η διασταύρωση ακυρώνει τη συνολική έξοδο.
Μόνο όταν τα δύο ρεύματα ουράς είναι διαφορετικά, η τάση εξόδου είναι συνάρτηση της διαφοράς των ρευμάτων ουράς.
Ανάλογα με το ποιο ρεύμα ουράς είναι μεγαλύτερο ή μικρότερο, το κέρδος μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό (σε σχέση με το σήμα εισόδου), δηλαδή αντιστροφή ή μη αναστροφή.
Η διαφορά στα ρεύματα ουράς επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας έναν άλλο διαφορικό ενισχυτή που σχηματίζεται από τα τρανζίστορ Q12 / Q13.
Το συνολικό αποτέλεσμα είναι ότι η έξοδος διαφορικής εξόδου είναι ανάλογη με το προϊόν των διαφορικών ταλαντώσεων των εισόδων Α και Β.
Κατασκευή ενός μίξερ κυττάρων Gilbert
Απαιτούμενα μέρη:
1. Αντίσταση 3x 3.3K
2. 6x τρανζίστορ NPN (2N2222, BC547 κ.λπ.)
Τα κύματα ημιτονοειδούς μετατόπισης δύο φάσεων τροφοδοτούνται στις εισόδους (φαίνεται από τα κίτρινα και μπλε ίχνη) και η έξοδος εμφανίζεται με ροζ χρώμα στην παρακάτω εικόνα, σε σύγκριση με τη μαθηματική λειτουργία πολλαπλασιασμού του πεδίου, της οποίας η έξοδος είναι το μωβ ίχνος.
Δεδομένου ότι ο παλμογράφος κάνει πολλαπλασιασμό «σε πραγματικό χρόνο», οι είσοδοι έπρεπε να συζευχθούν με εναλλασσόμενο ρεύμα έτσι ώστε να υπολογίσει και την αρνητική κορυφή, καθώς οι εισόδους στον πραγματικό μίκτη ήταν συνδεδεμένες με DC και θα μπορούσε να χειριστεί τον πολλαπλασιασμό και των δύο πολικότητες.
Υπάρχει επίσης μια μικρή διαφορά φάσης μεταξύ της εξόδου του μίκτη και του ίχνους εύρους, καθώς πράγματα όπως οι καθυστερήσεις διάδοσης πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην πραγματική ζωή.
Εφαρμογές πολλαπλασιαστικών αναμικτών
Η μεγαλύτερη χρήση για πολλαπλασιαστικούς αναμικτήρες είναι σε κυκλώματα RF, για την αποδιαμόρφωση κυματομορφών υψηλής συχνότητας αναμειγνύοντάς την με κυματομορφή ενδιάμεσης συχνότητας.
Ένα κελί Gilbert όπως αυτό είναι ένας πολλαπλασιαστής τεσσάρων τεταρτημορίων , που σημαίνει ότι ο πολλαπλασιασμός και στις δύο πολικότητες είναι δυνατός, ακολουθώντας τους απλούς κανόνες:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Γεννήτρια Arduino Sine Wave
Όλες οι κυματομορφές που χρησιμοποιήθηκαν για αυτό το έργο δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας ένα Arduino. Στο παρελθόν εξηγήσαμε λεπτομερώς το κύκλωμα γεννήτριας λειτουργίας Arduino.
Διάγραμμα κυκλώματος:
Επεξήγηση κώδικα:
Η ενότητα εγκατάστασης δημιουργεί δύο πίνακες αναζήτησης με τις τιμές της συνάρτησης ημιτονοειδούς, κλιμακωτές σε ακέραιο από 0 έως 255 και μια φάση μετατοπίζεται κατά 90 μοίρες.
Το τμήμα βρόχου απλώς γράφει τις τιμές που είναι αποθηκευμένες στον πίνακα αναζήτησης στο χρονόμετρο PWM. Η έξοδος των ακίδων PWM 11 και 3 μπορεί να φιλτραριστεί με χαμηλή διέλευση για να πάρει ένα σχεδόν τέλειο ημιτονοειδές κύμα. Αυτό είναι ένα καλό παράδειγμα DDS ή άμεσης ψηφιακής σύνθεσης.
Το προκύπτον ημιτονοειδές κύμα έχει πολύ χαμηλή συχνότητα, περιοριζόμενο από τη συχνότητα PWM. Αυτό μπορεί να διορθωθεί με κάποια μαγεία χαμηλού επιπέδου. Ο πλήρης κωδικός Arduino για τη γεννήτρια ημιτονοειδών κυμάτων δίνεται παρακάτω:
Κωδικός Arduino:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int αποτέλεσμα, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; άκυρη ρύθμιση () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); για (phase = 0, i = 0; phase <= (2 * pi); phase = phase + 0.1, i ++) {result = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (phase)))); sineValuesOne = αποτέλεσμα; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (φάση - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = αποτέλεσμαTwo; } n = i; } κενός βρόχος () {για (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); καθυστέρηση (5) }}
συμπέρασμα
Τα μίξερ είναι ηλεκτρονικά κυκλώματα που προσθέτουν ή πολλαπλασιάζουν δύο εισόδους. Βρίσκουν εκτεταμένη χρήση σε ήχο, RF και περιστασιακά ως στοιχεία αναλογικού υπολογιστή.