Hoe een analoge mixer te bouwen

Een mixer is een speciaal type elektronisch circuit dat twee signalen combineert (periodiek herhalende golfvormen). Mixers worden veel gebruikt in audio- en RF-systemen en worden zelden gebruikt als eenvoudige analoge 'computers'. Er zijn twee soorten analoge audiomixers: additieve mixers en multiplicatieve mixers.

1. Additieve Mixers

Zoals hun naam doet vermoeden, tellen additieve mixers eenvoudig de waarden van twee signalen op elk moment bij elkaar, wat resulteert in een continue golfvorm aan de uitgang die de som is van de waarden van de individuele golfvormen.

De eenvoudigste additieve mixer is simpelweg twee signaalbronnen die op de volgende manier op twee weerstanden zijn aangesloten:

De weerstanden voorkomen dat de signaalbronnen met elkaar interfereren, het optellen gebeurt bij het gemeenschappelijke knooppunt, niet bij de signaalbronnen zelf. Het mooie van deze methode is dat een gewogen som mogelijk is, afhankelijk van de individuele weerstandswaarden.

Wiskundig gezien, z = Ax + By

Waar 'z' het uitgangssignaal is, 'x' en 'y' het ingangssignaal en 'A' en 'B' de ratiometrische schaalfactoren, dwz de weerstandswaarden ten opzichte van elkaar.

Als een van de weerstandswaarden bijvoorbeeld 10K is en de andere 5K, worden A en B respectievelijk 2 en 1, aangezien 10K tweemaal 5K is.

Met deze audiomixer kunnen natuurlijk meer dan twee signalen worden gecombineerd.

Een eenvoudige additieve mixer bouwen

Benodigde onderdelen:

1. 2x 10K weerstanden

2. 1x 3.3K weerstand

3. Een tweekanaals signaalbron

Schakelschema:

Met de twee 10K-weerstanden is de output gewoon de som van de inputsignalen. A en B zijn beide een eenheid, aangezien de twee schaalweerstanden hetzelfde zijn.

De gele en blauwe golfvormen zijn de ingangen en de roze golfvorm is de uitvoer.

Wanneer we een van de 10K-weerstanden vervangen door een 3.3K-weerstand, worden de schaalfactoren 3 en 1 en wordt een derde van het ene signaal toegevoegd aan het tweede.

De wiskundige vergelijking is:

z = x + 3j

De onderstaande afbeelding toont de resulterende uitvoergolfvorm in roze en de invoer in geel en blauw.

Toepassing van additieve mengers

Het meest opvallende gebruik door hobbyisten van eenvoudige mixers zoals deze komt in de vorm van een koptelefoon-equalizer of een 'mono naar stereo'-omzetter, die de linker- en rechterkanalen omzet van een 3,5 mm stereo-aansluiting naar een enkel kanaal met behulp van twee (meestal) 10K weerstanden.

2. Multiplicatieve mixers

Multiplicatieve mixers zijn iets interessanter - ze vermenigvuldigen twee (of misschien meer, maar dat is moeilijk) ingangssignalen en het product is het uitgangssignaal.

Optellen is eenvoudig, maar hoe vermenigvuldigen we ons elektronisch ?

Er is nog een kleine wiskundige truc die we hier kunnen toepassen, een logaritme genaamd.

Een logaritme stelt in feite de vraag: tot welke macht moet een bepaalde basis worden verhoogd om het resultaat te geven?

Met andere woorden, 2 ^x = 8, x =?

In termen van logaritmen kan dit worden geschreven als:

logboek ₂ x = 8

Door getallen te schrijven in termen van een exponent van een gemeenschappelijke basis, kunnen we een andere wiskundige basiseigenschap gebruiken:

een ^X Xa ^Y = een ^{X + Y}

Het vermenigvuldigen van twee exponenten met een gemeenschappelijke basis is gelijk aan het optellen van de exponenten en vervolgens het verhogen van de basis tot die macht.

Dit heeft de implicatie dat, als we een logaritme toepassen op twee signalen, ze bij elkaar optellen en vervolgens een antilog 'nemen' gelijk staat aan vermenigvuldigen!

De implementatie van het circuit kan een beetje ingewikkeld worden.

Hier zullen we een vrij eenvoudig circuit bespreken, een Gilbert-celmixer genaamd.

Gilbert celmenger

De onderstaande afbeelding toont het Gilbert-celmixercircuit.

Het circuit ziet er in eerste instantie misschien erg intimiderend uit, maar zoals alle gecompliceerde circuits kan deze worden opgesplitst in eenvoudiger functionele blokken.

Transistorparen Q8 / Q10, Q11 / Q9 en Q12 / Q13 vormen individuele differentiaalversterkers.

Differentiële versterkers versterken eenvoudig de differentiële ingangsspanningen naar de twee transistors. Beschouw het eenvoudige circuit dat wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De ingang is in differentiële vorm, tussen de bases van transistors Q14 en Q15. De basisspanningen zijn hetzelfde, evenals de collectorstromen en de spanning over R23 en R24 zijn hetzelfde, dus de differentiële uitgangsspanning is nul. Als er een verschil in basisspanningen is, verschillen de collectorstromen, waardoor verschillende spanningen over de twee weerstanden worden ingesteld. De output-swing is groter dan de input-swing, dankzij de transistoractie.

De afleiding hiervan is dat de versterking van de versterker afhangt van de staartstroom, de som van de twee collectorstromen. Hoe groter de staartstroom, hoe groter de winst.

In het hierboven getoonde Gilbert-celmixercircuit hebben de twee bovenste diff-versterkers (gevormd door Q8 / Q10 en Q11 / Q9) cross-connected outputs en een gemeenschappelijke set belastingen.

Wanneer de staartstromen van de twee versterkers hetzelfde zijn en de differentiële ingang A 0 is, zijn de spanningen over de weerstanden hetzelfde en is er geen uitgang. Dit is ook het geval wanneer de ingang A een kleine differentiële spanning heeft, aangezien de staartstromen hetzelfde zijn, annuleert de kruisverbinding de totale output.

Alleen als de twee staartstromen verschillend zijn, is de uitgangsspanning een functie van het verschil in de staartstromen.

Afhankelijk van welke staartstroom groter of kleiner is, kan de versterking positief of negatief zijn (ten opzichte van het ingangssignaal), dwz inverterend of niet-inverterend.

Het verschil in staartstromen wordt tot stand gebracht met behulp van een andere verschilversterker die wordt gevormd door transistoren Q12 / Q13.

Het algemene resultaat is dat de differentiële swing van de output evenredig is met het product van de differentiële swings van inputs A en B.

Het bouwen van een Gilbert Cell Mixer

Vereiste onderdelen:

1. 3x 3.3K weerstanden

2. 6x NPN-transistors (2N2222, BC547, enz.)

Twee in fase verschoven sinusgolven worden naar de ingangen gevoerd (weergegeven door de gele en blauwe sporen) en de uitvoer wordt in de onderstaande afbeelding in roze weergegeven, vergeleken met de wiskundige vermenigvuldigingsfunctie van de scoop, waarvan de uitvoer het paarse spoor is.

Omdat de oscilloscoop 'real-time' vermenigvuldigt, moesten de ingangen AC-gekoppeld zijn zodat hij ook de negatieve piek berekende, aangezien de ingangen naar de eigenlijke mixer DC-gekoppeld waren en het de vermenigvuldiging van beide polariteiten aankon.

Er is ook een klein faseverschil tussen de mixeruitgang en de scoop-trace, aangezien zaken als voortplantingsvertragingen in het echte leven in aanmerking moeten worden genomen.

Toepassingen van multiplicatieve mengers

Het grootste gebruik voor multiplicatieve mixers is in RF-circuits, om hoogfrequente golfvormen te demoduleren door deze te mengen met een middenfrequente golfvorm.

Een Gilbert-cel zoals deze is een vierkwadrantvermenigvuldiger , wat betekent dat vermenigvuldiging in beide polariteiten mogelijk is volgens de eenvoudige regels:

EEN x B = AB -A x B = -AB EEN x -B = -AB -A x -B = AB

Arduino sinusgolfgenerator

Alle golfvormen die voor dit project zijn gebruikt, zijn gegenereerd met een Arduino. We hebben eerder het Arduino-functiegeneratorcircuit in detail uitgelegd.

Schakelschema:

Code uitleg:

De setup-sectie maakt twee opzoektabellen met de waarden van de sinusfunctie, geschaald naar een geheel getal van 0 tot 255 en één fase verschoven met 90 graden.

De lussectie schrijft eenvoudig de waarden die zijn opgeslagen in de opzoektabel naar de PWM-timer. De output van de PWM-pinnen 11 en 3 kan laagdoorlaatgefilterd worden om een ​​bijna perfecte sinusgolf te krijgen. Dit is een goed voorbeeld van DDS of directe digitale synthese.

De resulterende sinusgolf heeft een zeer lage frequentie, beperkt door de PWM-frequentie. Dit kan worden opgelost met wat magie op laag niveau. Volledige Arduino-code voor sinusgolfgenerator wordt hieronder gegeven:

Arduino-code:

#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int resultaat, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); voor (fase = 0, i = 0; fase <= (2 * pi); fase = fase + 0,1, i ++) {resultaat = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase)))); sineValuesOne = resultaat; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); vertraging (5); }}

Conclusie

Mixers zijn elektronische schakelingen die twee ingangen optellen of vermenigvuldigen. Ze worden veel gebruikt in audio, RF en soms als elementen van een analoge computer.