- 1. Mešalci aditivov
- Izdelava enostavnega mešalnika dodatkov
- 2. Multiplikativni mešalniki
- Gilbert celični mešalnik
- Arduino sinusni generator
- Zaključek
Mešalnik je posebna vrsta elektronskega vezja, ki združuje dva signala (periodično ponavljajoče se valovne oblike). Mešalniki se veliko uporabljajo v avdio in RF sistemih in se le redko uporabljajo kot preprosti analogni "računalniki". Obstajata dve vrsti analognih avdio mešalnikov - aditivni mešalniki in multiplikativni mešalniki.
1. Mešalci aditivov
Kot že ime pove, mešalniki aditivov v vsakem trenutku preprosto seštejejo vrednosti dveh signalov, kar ima za posledico neprekinjeno valovno obliko na izhodu, ki je vsota vrednosti posameznih valovnih oblik.
Najenostavnejši mešalnik dodatkov sta preprosto dva vira signala, povezana z dvema uporoma na naslednji način:
Upori preprečujejo, da bi se viri signala medsebojno motili, dodajanje se zgodi na skupnem vozlišču in ne na samih virih signala. Lepota te metode je, da je možna tehtana vsota , odvisno od posameznih vrednosti upora.
Matematično gledano, z = Ax + By
Kadar je 'z' izhodni signal, sta 'x' in 'y' vhodni signal, 'A' in 'B' pa faktorji merjenja razmerja, tj. Vrednosti uporov med seboj.
Na primer, če je ena od vrednosti upora 10K, druga pa 5K, A in B postaneta 2 oziroma 1, saj je 10K dvakrat 5K.
Seveda lahko s pomočjo tega avdio mešalnika združimo več kot dva signala.
Izdelava enostavnega mešalnika dodatkov
Potrebni deli:
1. 2x 10K uporov
2. 1x 3.3K upor
3. Dvokanalni vir signala
Shema vezja:
Pri dveh 10K uporih je izhod preprosto vsota vhodnih signalov. A in B sta oba enotnost, saj sta skalirna upornika enaka.
Rumena in modra valovna oblika sta vhoda, roza valovna oblika pa izhod.
Ko enega od uporov 10K zamenjamo z uporom 3.3K, se faktorja skaliranja povečata na 3 in 1, tretjina enega signala pa se doda drugemu.
Matematična enačba je:
z = x + 3y
Spodnja slika prikazuje nastalo izhodno valovno obliko v roza barvi in vhode v rumeni in modri barvi.
Uporaba mešalcev dodatkov
Najbolj presenetljiva uporaba preprostih mešalnikov, kot je ta, je v obliki izenačevalnika za slušalke ali pretvornika "mono v stereo", ki pretvori levi in desni kanal iz 3,5-milimetrskega stereo priključka v en kanal z dvema (običajno) 10K upori.
2. Multiplikativni mešalniki
Multiplikativni mešalniki so nekoliko bolj zanimivi - pomnožijo dva (ali morda več, a to je težko) vhodna signala in izdelek je izhodni signal.
Seštevanje je preprosto, kako pa se elektronsko pomnožimo ?
Tu lahko uporabimo še en majhen matematični trik, imenovan logaritem.
Logaritem v bistvu postavlja vprašanje - na katero stopnjo je treba dvigniti določeno osnovo , da dobimo rezultat?
Z drugimi besedami, 2 x = 8, x =?
V smislu logaritmov lahko to zapišemo kot:
log 2 x = 8
Zapisovanje števil s pomočjo eksponenta skupne osnove nam omogoča uporabo druge osnovne matematične lastnosti:
a x xa y = a x + y
Množenje dveh eksponentov s skupno osnovo je enakovredno dodajanju eksponentov in nato dvigovanju osnove na to stopnjo.
To pomeni, da če logaritem uporabimo za dva signala, če jih seštejemo in nato vzamemo antilog, je enakovredno pomnoževanju!
Izvedba vezja se lahko nekoliko zaplete.
Tu bomo razpravljali o precej preprostem vezju, imenovanem Gilbertov mešalnik celic .
Gilbert celični mešalnik
Spodnja slika prikazuje vezje mešalnika celic Gilbert.
Vezje je sprva videti zelo zastrašujoče, toda tako kot vsa zapletena vezja se tudi to lahko razdeli na preprostejše funkcionalne bloke.
Tranzistorski pari Q8 / Q10, Q11 / Q9 in Q12 / Q13 tvorijo posamezne diferencialne ojačevalnike.
Diferencialni ojačevalniki preprosto ojačajo diferenčne vhodne napetosti na obeh tranzistorjih. Upoštevajte preprosto vezje, prikazano na spodnji sliki.
Vhod je v diferencialni obliki med bazami tranzistorjev Q14 in Q15. Osnovne napetosti so enake, kolektorski tokovi so enaki, napetost na R23 in R24 pa enaka, zato je izhodna diferenčna napetost enaka nič. Če obstajajo razlike v osnovni napetosti, se kolektorski tokovi razlikujejo, pri čemer nastavijo različne napetosti na obeh uporih. Izhodno nihanje je zaradi delovanja tranzistorja večje od vhodnega nihala.
Iz tega izhaja, da je ojačanje ojačevalnika odvisno od zadnjega toka, ki je vsota dveh kolektorskih tokov. Večji kot je zadnji tok, večji je dobiček.
V zgoraj prikazanem vezju mešalnika Gilbertovih celic imata zgornja dva diferenčna ojačevalnika (tvorjena s Q8 / Q10 in Q11 / Q9) navzkrižno povezana izhoda in skupen nabor obremenitev.
Ko sta zadnja toka obeh ojačevalnikov enaka in je diferenčni vhod A 0, so napetosti na uporih enake in ni izhoda. To velja tudi v primeru, ko ima vhod A majhno diferencialno napetost, saj so zadnji tokovi enaki, navzkrižna povezava izniči celoten izhod.
Šele ko sta oba zadnja toka različna, je izhodna napetost odvisna od razlike zadnjih tokov.
Odvisno od tega, kateri zadnji tok je večji ali manjši, je lahko ojačanje pozitivno ali negativno (glede na vhodni signal), tj. Invertirno ali neinvertirno.
Razlika v repnih tokovih nastane z uporabo drugega diferencialnega ojačevalnika, ki ga tvorijo tranzistorji Q12 / Q13.
Skupni rezultat je, da je nihanje izhodne razlike sorazmerno zmnožku diferencialnih nihanj vhodov A in B.
Izdelava mešalnika Gilbert Cell
Potrebni deli:
1. 3x 3.3K upori
2. 6x NPN tranzistorji (2N2222, BC547 itd.)
V vhode sta podana dvofazno pomaknjena sinusna valovanja (prikazana z rumenimi in modrimi sledovi), izhod pa na spodnji sliki v roza barvi, v primerjavi s funkcijo množenja matematike obsega, katere izhod je vijolična sled.
Ker osciloskop množi 'v realnem času', je bilo treba vhode povezati z izmeničnim tokom, tako da je izračunal tudi negativni vrh, saj so bili vhodi v dejanski mešalnik enosmerno povezani in je znal pomnožiti obe polarnosti.
Obstaja tudi majhna fazna razlika med izhodom mešalnika in sledjo obsega, saj je treba stvari, kot so zamude pri širjenju, upoštevati v resničnem življenju.
Uporabe multiplikativnih mešalnikov
Največja uporaba multiplikativnih mešalnikov je v RF vezjih, da demodulirajo visokofrekvenčne valovne oblike z mešanjem z valovno obliko vmesne frekvence.
Gilbertova celica, kot je ta, je množitelj štirih kvadrantov , kar pomeni, da je mogoče množenje v obeh polaritetah po preprostih pravilih:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino sinusni generator
Vse valovne oblike, uporabljene za ta projekt, so bile ustvarjene z uporabo Arduina. Prej smo podrobno razložili vezje generatorja funkcije Arduino.
Shema vezja:
Razlaga kode:
V razdelku za nastavitev se ustvari dve iskalni tabeli z vrednostmi sinusne funkcije, pomanjšane na celo število od 0 do 255 in eno fazo, premaknjeno za 90 stopinj.
Odsek zanke preprosto zapiše vrednosti, shranjene v iskalni tabeli, v časovnik PWM. Izhod PWM zatičev 11 in 3 je lahko nizkoprofiltriran, da dobimo skoraj popoln sinusni val. To je dober primer DDS ali neposredne digitalne sinteze.
Nastali sinusni val ima zelo nizko frekvenco, omejeno s frekvenco PWM. To lahko odpravite z nekaj čarovniškega registra. Popolna koda Arduino za generator sinusnih valov je navedena spodaj:
Koda Arduino:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int result, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); za (faza = 0, i = 0; faza <= (2 * pi); faza = faza + 0,1, i ++) {rezultat = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (faza)))); sineValuesOne = rezultat; resultTwo = (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); zamuda (5); }}
Zaključek
Mešalniki so elektronska vezja, ki dodajo ali pomnožijo dva vhoda. Veliko uporabljajo v zvoku, radiofrekvenčnem sevanju in občasno kot elementi analognega računalnika.