- 1. Змішувачі добавок
- Побудова простого змішувача добавок
- 2. Мультиплікативні змішувачі
- Клітинний змішувач Gilbert
- Генератор синусоїди Arduino
- Висновок
Змішувач - це особливий тип електронної схеми, що поєднує два сигнали (періодично повторювані сигнали). Змішувачі знаходять широке застосування в аудіо- та радіочастотних системах і рідко використовуються як прості аналогові «комп’ютери». Існує два типи аналогових аудіомікшерів - аддитивні та мультиплікативні.
1. Змішувачі добавок
Як випливає з їх назви, адитивні змішувачі просто складають значення двох сигналів у будь-який момент, що призводить до безперервного сигналу на виході, який є сумою значень окремих сигналів.
Найпростіший змішувач присадок - це просто два джерела сигналу, підключені до двох резисторів наступним чином:
Резистори перешкоджають джерелам сигналів перешкоджати один одному, додавання відбувається в загальному вузлі, а не в самих джерелах сигналу. Принадність цього методу полягає в тому, що можлива зважена сума , залежно від індивідуальних значень резистора.
Математично кажучи, z = Ax + By
Де 'z' - вихідний сигнал, 'x' і 'y' - вхідний сигнал, а 'A' і 'B' - коефіцієнти коефіцієнта масштабування, тобто значення резистора відносно один одного.
Наприклад, якщо одне зі значень резистора дорівнює 10K, а інше - 5K, A і B стають відповідно 2 і 1, оскільки 10K вдвічі більше 5K.
Звичайно, за допомогою цього аудіомікшера можна поєднати більше двох сигналів.
Побудова простого змішувача добавок
Потрібні деталі:
1. 2x 10K резистори
2. 1x резистор 3.3K
3. Двоканальне джерело сигналів
Кругова діаграма:
З двома резисторами 10K вихід є просто сумою вхідних сигналів. A і B - це єдність, оскільки два масштабуючих резистори однакові.
Жовтий та синій сигнали є вхідними, а рожевий - вихідними.
Коли ми замінюємо один з 10K резисторів на резистор 3.3K, коефіцієнти масштабування стають 3 і 1, а третина одного сигналу додається до другого.
Математичне рівняння:
z = x + 3y
Нижче на малюнку показано результуючу форму сигналу в рожевому кольорі, а входи - в жовтому та синьому кольорах.
Застосування змішувачів добавок
Найбільш вражаюче використання таких простих мікшерів для любителів - у формі еквалайзера для навушників або перетворювача «моно в стерео», який перетворює лівий та правий канали з 3,5-мм стерео-гнізда на один канал, використовуючи два (зазвичай) 10 К резистори.
2. Мультиплікативні змішувачі
Мультиплікативні змішувачі трохи цікавіші - вони помножують два (або, можливо, і більше, але це важко) вхідні сигнали, і продукт є вихідним сигналом.
Додавання є простим, але як ми розмножуємося в електронному вигляді ?
Є ще один маленький математичний фокус, який ми можемо застосувати тут, який називається логарифмом.
Логарифм в основному задає питання - до якої міри потрібно підняти дану базу, щоб отримати результат?
Іншими словами, 2 х = 8, х =?
Що стосується логарифмів, це можна записати так:
log 2 x = 8
Запис чисел через показник ступеня загальної бази дозволяє нам використовувати ще одну основну математичну властивість:
a x xa y = a x + y
Помноження двох показників на загальну основу еквівалентно додаванню показників, а потім піднесенню основи до цієї міри.
Це означає, що якщо ми застосуємо логарифм до двох сигналів, додавши їх разом, а потім взявши антилог , еквівалентно їх множенню!
Впровадження схеми може дещо ускладнитися.
Тут ми обговоримо досить просту схему, яка називається клітковим змішувачем Гілберта .
Клітинний змішувач Gilbert
Нижче на малюнку показано схему змішувача комірок Гілберта.
Спочатку схема може виглядати дуже лякаючою, але, як і всі складні схеми, її можна розбити на більш прості функціональні блоки.
Пари транзисторів Q8 / Q10, Q11 / Q9 і Q12 / Q13 утворюють окремі диференціальні підсилювачі.
Диференціальні підсилювачі просто підсилюють диференціальні вхідні напруги на двох транзисторах. Розглянемо просту схему, показану на малюнку нижче.
Вхід знаходиться в диференціальній формі між базами транзисторів Q14 і Q15. Базова напруга однакова, так само як і струми колектора, а напруга на R23 і R24 однакові, тому вихідна диференціальна напруга дорівнює нулю. Якщо є різниця в базовій напрузі, струми колектора відрізняються, встановлюючи різну напругу на двох резисторах. Вихідна гойдалка більша за вхідну гойдалку завдяки дії транзистора.
Висновок з цього полягає в тому, що коефіцієнт підсилення підсилювача залежить від хвостового струму, який є сумою двох струмів колектора. Чим більше хвостовий струм, тим більший коефіцієнт підсилення.
У схемі змішувача комірок Гілберта, показаній вище, два верхні диференціальні підсилювачі (утворені Q8 / Q10 і Q11 / Q9) мають поперечно з'єднані виходи і загальний набір навантажень.
Коли хвостові струми двох підсилювачів однакові, а диференціальний вхід A дорівнює 0, напруги на резисторах однакові, і вихідного сигналу немає. Це також випадок, коли на вході A є невелика диференціальна напруга, оскільки хвостові струми однакові, перехресне з'єднання анулює загальний вихід.
Тільки коли два хвостових струми різні, вихідна напруга є функцією різниці хвостових струмів.
Залежно від того, який хвостовий струм більший або менший, коефіцієнт підсилення може бути позитивним або негативним (щодо вхідного сигналу), тобто інвертуючим або неінвертуючим.
Різниця в хвостових струмах забезпечується за допомогою іншого диференціального підсилювача, утвореного транзисторами Q12 / Q13.
Загальний результат полягає в тому, що диференціальне коливання вихідного сигналу пропорційне добутку диференціальних коливань входів A і B.
Побудова змішувача клітин Gilbert
Потрібні деталі:
1. 3x 3.3K резистори
2. 6x транзистори NPN (2N2222, BC547 тощо)
Дві фазово зміщені синусоїди подаються на входи (показані жовтими та синіми слідами), а вихід виводиться рожевим кольором на нижньому зображенні, порівняно з функцією математичного множення обсягу, вихід якої - фіолетовий слід.
Оскільки осцилограф виконує множення в реальному часі, входи повинні були бути з'єднані змінним струмом, щоб він також обчислював від'ємний пік, оскільки входи реального змішувача були пов'язані постійним струмом, і він міг обробляти множення обох полярностей.
Існує також невелика різниця фаз між виходом змішувача та трасом обсягу, оскільки такі речі, як затримки розповсюдження, слід враховувати в реальному житті.
Застосування мультиплікативних змішувачів
Найбільше використання для мультиплікативних змішувачів використовується в радіочастотних схемах для демодуляції високочастотних осцилограм шляхом змішування їх з проміжною частотою.
Така клітина Гілберта є мультиплікатором чотирьох квадрантів , що означає множення в обох полярностях, дотримуючись простих правил:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Генератор синусоїди Arduino
Всі сигнали, використані для цього проекту, були сформовані за допомогою Arduino. Раніше ми детально пояснили схему генератора функції Arduino.
Кругова діаграма:
Пояснення коду:
Розділ налаштування створює дві таблиці пошуку зі значеннями функції синуса, масштабованими до цілого числа від 0 до 255 та однією фазою, зміщеною на 90 градусів.
Розділ циклу просто записує значення, збережені в таблиці пошуку, в таймер ШІМ. Вихідні дані ШІМ-штирів 11 і 3 можуть фільтруватися через низькі частоти, щоб отримати майже ідеальну синусоїду. Це хороший приклад DDS, або прямого цифрового синтезу.
Отримана синусоїда має дуже низьку частоту, обмежену частотою ШІМ. Це можна виправити за допомогою магії регістрів низького рівня. Повний код Arduino для генератора синусоїда наведено нижче:
Код 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); для (фаза = 0, i = 0; фаза <= (2 * pi); фаза = фаза + 0,1, i ++) {результат = (50 * (2,5 + (2,5 * гріх (фаза)))); sineValuesOne = результат; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (фаза - (pi * 0,5)))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); затримка (5); }}
Висновок
Змішувачі - це електронні схеми, які додають або множать два входи. Вони знаходять широке застосування в аудіо-, радіочастоті та іноді як елементи аналогового комп'ютера.