- 1. Prídavné mixéry
- Zostavenie jednoduchého aditívneho mixéra
- 2. Multiplikatívne mixéry
- Gilbertov mixér
- Arduino generátor sínusových vĺn
- Záver
Mixér je špeciálny typ elektronického obvodu, ktorý kombinuje dva signály (periodicky sa opakujúce krivky). Mixéry nachádzajú veľké využitie v audio a RF systémoch a zriedka sa používajú ako jednoduché analógové „počítače“. Existujú dva typy analógových zvukových mixérov - aditívne mixéry a multiplikatívne mixéry.
1. Prídavné mixéry
Ako naznačuje ich názov, aditívne mixéry jednoducho spočítajú hodnoty dvoch signálov v ktoromkoľvek okamihu, čo vedie k spojitému tvaru vlny na výstupe, ktorý je súčtom hodnôt jednotlivých tvarov vlny.
Najjednoduchším aditívnym mixérom sú jednoducho dva zdroje signálu pripojené k dvom rezistorom nasledujúcim spôsobom:
Rezistory zabraňujú vzájomnému rušeniu zdrojov signálu, k pridávaniu dochádza v spoločnom uzle, nie v zdrojoch samotných. Krása tejto metódy spočíva v tom, že je možný vážený súčet v závislosti od jednotlivých hodnôt odporu.
Matematicky povedané, z = Axe + By
Kde „z“ je výstupný signál, „x“ a „y“ sú vstupný signál a „A“ a „B“ sú koeficienty relatívneho škálovania, tj hodnoty odporu navzájom.
Napríklad ak je jedna z hodnôt odporu 10K a druhá 5K, A a B sa stanú 2 a 1, pretože 10K je dvakrát 5K.
Pomocou tohto mixéra zvuku je samozrejme možné kombinovať viac ako dva signály.
Zostavenie jednoduchého aditívneho mixéra
Potrebné diely:
1. 2x 10K rezistory
2. 1x rezistor 3,3K
3. Dvojkanálový zdroj signálov
Schéma zapojenia:
Pri dvoch 10K rezistoroch je výstup jednoducho súčtom vstupných signálov. A a B sú jednota, pretože dva škálovacie odpory sú rovnaké.
Žltá a modrá krivka sú vstupy a ružová krivka je výstup.
Keď nahradíme jeden z 10K rezistorov odporom 3,3K, faktory škálovania sa stanú 3 a 1 a jedna tretina jedného signálu sa pridá k druhému.
Matematická rovnica je:
z = x + 3r
Na obrázku nižšie je výsledný priebeh vlny ružový a vstupy žlté a modré.
Aplikácia prídavných zmiešavačov
Najvýraznejšie amatérske použitie jednoduchých mixážnych pultov, ako je tento, má formu ekvalizéra pre slúchadlá alebo prevodu „mono na stereo“, ktorý prevádza ľavý a pravý kanál z 3,5 mm stereofónneho konektora na jeden kanál pomocou dvoch (zvyčajne) 10 K rezistory.
2. Multiplikatívne mixéry
Multiplikatívne mixéry sú trochu zaujímavejšie - znásobia dva (alebo možno viac, ale to je ťažké) vstupné signály a produktom je výstupný signál.
Sčítanie je jednoduché, ale ako sa elektronicky množíme ?
Tu môžeme použiť ďalší malý matematický trik, ktorý sa nazýva logaritmus.
Logaritmus si v podstate kladie otázku - na akú moc musí byť daná základňa zvýšená, aby priniesla výsledok?
Inými slovami, 2 x = 8, x =?
Pokiaľ ide o logaritmy, možno to napísať ako:
log 2 x = 8
Zápis čísel pomocou exponentu spoločného základu nám umožňuje použiť ďalšiu základnú matematickú vlastnosť:
a x xa y = a x + y
Násobenie dvoch exponentov spoločnou bázou je ekvivalentné pridaniu exponentov a následnému zvýšeniu bázy na túto mocninu.
To má za následok, že ak použijeme logaritmus na dva signály, ich sčítanie a potom 'prijatie' antilogu je ekvivalentné ich násobeniu!
Implementácia obvodu sa môže trochu skomplikovať.
Tu si povieme niečo o dosť jednoduchom okruhu, ktorý sa volá Gilbertov mixér .
Gilbertov mixér
Na nasledujúcom obrázku je znázornený obvod zmiešavača buniek Gilbert.
Obvod môže zo začiatku vyzerať veľmi odstrašujúco, ale ako všetky zložité obvody, aj tento sa dá rozdeliť na jednoduchšie funkčné bloky.
Páry tranzistorov Q8 / Q10, Q11 / Q9 a Q12 / Q13 tvoria jednotlivé diferenciálne zosilňovače.
Diferenciálne zosilňovače jednoducho zosilňujú rozdielne vstupné napätia na dva tranzistory. Zvážte jednoduchý obvod znázornený na nasledujúcom obrázku.
Vstup je v diferenciálnej forme medzi bázami tranzistorov Q14 a Q15. Základné napätia sú rovnaké, rovnaké sú aj kolektorové prúdy a napätie na R23 a R24 rovnaké, takže výstupné rozdielové napätie je nulové. Ak existuje rozdiel v základných napätiach, kolektorové prúdy sa líšia a nastavujú rôzne napätia na obidvoch rezistoroch. Výstupný výkyv je väčší ako vstupný výkyv vďaka tranzistorovej akcii.
Výsledkom je, že zisk zosilňovača závisí od koncového prúdu, ktorý je súčtom dvoch kolektorových prúdov. Čím väčší je chvostový prúd, tým väčší je zisk.
V obvode zmiešavača buniek Gilbert zobrazenom vyššie majú horné dva rozdielne zosilňovače (tvorené Q8 / Q10 a Q11 / Q9) navzájom prepojené výstupy a spoločnú sadu záťaží.
Keď sú koncové prúdy oboch zosilňovačov rovnaké a rozdielny vstup A je 0, sú napätia na rezistoroch rovnaké a nie je na nich žiadny výstup. To je tiež prípad, keď má vstup A malé rozdielové napätie, pretože koncové prúdy sú rovnaké, krížové pripojenie zruší celkový výstup.
Iba ak sú dva koncové prúdy odlišné, výstupné napätie je funkciou rozdielu koncových prúdov.
V závislosti na tom, ktorý koncový prúd je väčší alebo menší, môže byť zisk kladný alebo záporný (vo vzťahu k vstupnému signálu), tj invertujúci alebo neinvertujúci.
Rozdiel v koncových prúdoch sa dosahuje použitím iného diferenciálneho zosilňovača tvoreného tranzistormi Q12 / Q13.
Celkovým výsledkom je, že diferenciálny výkyv výstupu je úmerný súčinu diferenciálnych výkyvov vstupov A a B.
Konštrukcia mixéra Gilbert Cell
Vyžadované diely:
1. 3x rezistory 3,3K
2. 6x NPN tranzistory (2N2222, BC547 atď.)
Do vstupov sa privádzajú dve fázovo posunuté sínusové vlny (zobrazené žltou a modrou stopou) a výstup je na obrázku nižšie zobrazený ružovo v porovnaní s matematickou funkciou násobenia rozsahu, ktorej výstupom je fialová stopa.
Pretože osciloskop multiplikuje „v reálnom čase“, vstupy museli byť spojené AC, aby vypočítal aj negatívny vrchol, pretože vstupy do skutočného mixéra boli spojené DC a zvládal znásobenie oboch polarít.
Existuje tiež mierny fázový rozdiel medzi výstupom mixéra a stopou rozsahu, pretože v reálnom živote je potrebné brať do úvahy veci ako oneskorenie šírenia.
Aplikácie multiplikatívnych mixérov
Najväčšie využitie pre multiplikatívne mixéry je vo vysokofrekvenčných obvodoch na demoduláciu vysokofrekvenčných priebehov jeho zmiešaním s medzifrekvenčným priebehom.
Gilbertova bunka, ako je táto, je štvorkvadrantový multiplikátor, čo znamená, že je možné násobenie v oboch polaritách podľa jednoduchých pravidiel:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino generátor sínusových vĺn
Všetky krivky použité pre tento projekt boli generované pomocou Arduina. Obvod generátora funkcií Arduino sme predtým podrobne vysvetlili.
Schéma zapojenia:
Vysvetlenie kódu:
Sekcia nastavenia vytvorí dve vyhľadávacie tabuľky s hodnotami sínusovej funkcie, zmenšené na celé číslo od 0 do 255 a jedna fáza posunutá o 90 stupňov.
Sekcia slučky jednoducho zapíše hodnoty uložené vo vyhľadávacej tabuľke do časovača PWM. Výstup PWM pinov 11 a 3 je možné filtrovať dolným priechodom, aby ste získali takmer dokonalú sínusovú vlnu. Toto je dobrý príklad DDS alebo priamej digitálnej syntézy.
Výsledná sínusová vlna má veľmi nízku frekvenciu obmedzenú frekvenciou PWM. To je možné opraviť pomocou nízkej úrovne magického registra. Kompletný Arduino kód pre generátor sínusových vĺn je uvedený nižšie:
Arduino kód:
#define pinOne 11 #define pinDva 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int výsledok, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); pre (fáza = 0, i = 0; fáza <= (2 * pi); fáza = fáza + 0,1, i ++) {výsledok = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fáza)))); sineValuesOne = výsledok; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fáza - (pi * 0,5)))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); oneskorenie (5); }}
Záver
Mixéry sú elektronické obvody, ktoré pridávajú alebo množia dva vstupy. Nachádzajú rozsiahle použitie v audio, RF a príležitostne ako prvky analógového počítača.