- 1. Смесители присадок
- Создание простого смесителя добавок
- 2. Мультипликативные смесители
- Смеситель клеток Гилберта
- Генератор синусоидальной волны Arduino
- Заключение
Смеситель - это особый тип электронной схемы, которая объединяет два сигнала (периодически повторяющиеся формы волны). Микшеры находят широкое применение в аудиосистемах и радиочастотных системах и редко используются в качестве простых аналоговых «компьютеров». Существует два типа аналоговых аудиомикшеров - аддитивные микшеры и мультипликативные микшеры.
1. Смесители присадок
Как следует из названия, аддитивные смесители просто суммируют значения двух сигналов в любой момент, что приводит к непрерывной форме волны на выходе, которая является суммой значений отдельных форм волны.
Самый простой аддитивный смеситель - это просто два источника сигнала, подключенные к двум резисторам следующим образом:
Резисторы предотвращают взаимодействие источников сигнала друг с другом, сложение происходит в общем узле, а не в самих источниках сигнала. Прелесть этого метода в том, что можно рассчитать взвешенную сумму в зависимости от номиналов отдельных резисторов.
Математически говоря, z = Ax + By
Где «z» - выходной сигнал, «x» и «y» - входной сигнал, а «A» и «B» - логометрические масштабные коэффициенты, то есть значения резисторов относительно друг друга.
Например, если одно из значений резистора составляет 10 кОм, а другое - 5 кОм, A и B становятся 2 и 1 соответственно, поскольку 10 кОм - это дважды 5 кОм.
Конечно, с помощью этого аудиомикшера можно объединить более двух сигналов.
Создание простого смесителя добавок
Требуемые детали:
1. 2 резистора по 10 кОм
2. 1x резистор 3,3 кОм
3. Двухканальный источник сигналов.
Принципиальная электрическая схема:
С двумя резисторами 10 кОм выходной сигнал представляет собой просто сумму входных сигналов. A и B оба равны единице, так как два масштабирующих резистора одинаковы.
Желтая и синяя формы волны - это входы, а розовая форма волны - выход.
Когда мы заменяем один из резисторов 10 кОм резистором 3,3 кОм, коэффициенты масштабирования становятся 3 и 1, и одна треть одного сигнала добавляется ко второму.
Математическое уравнение:
г = х + 3у
На рисунке ниже показан результирующий выходной сигнал розовым цветом, а входные - желтым и синим.
Применение смесителей присадок
Наиболее ярким любителем таких простых микшеров является использование эквалайзера для наушников или преобразователя «моно в стерео», который преобразует левый и правый каналы из стереоразъема 3,5 мм в один канал с использованием двух (обычно) 10K. резисторы.
2. Мультипликативные смесители
Мультипликативные микшеры немного интереснее - они умножают два (или, может быть, больше, но это сложно) входных сигналов, и результатом является выходной сигнал.
Сложить просто, но как мы умножаем электронным способом ?
Здесь мы можем применить еще один небольшой математический трюк, который называется логарифмом.
Логарифм, по сути, задает вопрос - до какой степени необходимо возвести данное основание, чтобы получить результат?
Другими словами, 2 х = 8, х =?
В логарифмах это можно записать как:
журнал 2 x = 8
Запись чисел в виде экспоненты от общего основания позволяет нам использовать еще одно основное математическое свойство:
х Xa у = а х + у
Умножение двух показателей степени на общее основание эквивалентно сложению показателей степени и последующему возведению основания в эту степень.
Это подразумевает, что если мы применим логарифм к двум сигналам, сложив их вместе, а затем «взяв» антилогарифм , мы будем их умножать!
Реализация схемы может немного усложниться.
Здесь мы обсудим довольно простую схему, называемую смесителем ячейки Гильберта .
Смеситель клеток Гилберта
На рисунке ниже показана схема смесителя с ячейками Гилберта.
Поначалу схема может выглядеть очень устрашающей, но, как и все сложные схемы, ее можно разбить на более простые функциональные блоки.
Пары транзисторов Q8 / Q10, Q11 / Q9 и Q12 / Q13 образуют отдельные дифференциальные усилители.
Дифференциальные усилители просто усиливают дифференциальные входные напряжения на двух транзисторах. Рассмотрим простую схему, показанную на рисунке ниже.
Вход имеет дифференциальную форму, между базами транзисторов Q14 и Q15. Базовые напряжения одинаковы, как и токи коллектора, и напряжение на R23 и R24 одинаковы, поэтому выходное дифференциальное напряжение равно нулю. Если есть разница в базовых напряжениях, токи коллектора различаются, устанавливая разные напряжения на двух резисторах. Размах выходного сигнала больше, чем размах входного сигнала, благодаря действию транзистора.
Вывод из этого состоит в том, что коэффициент усиления усилителя зависит от хвостового тока, который является суммой двух токов коллектора. Чем больше ток в хвосте, тем больше выигрыш.
В схеме смесителя с ячейкой Гилберта, показанной выше, два верхних диффузионных усилителя (образованные Q8 / Q10 и Q11 / Q9) имеют перекрестно соединенные выходы и общий набор нагрузок.
Когда хвостовые токи двух усилителей одинаковы, а дифференциальный вход A равен 0, напряжения на резисторах одинаковы и выход отсутствует. Это также имеет место, когда вход A имеет небольшое дифференциальное напряжение, поскольку хвостовые токи одинаковы, перекрестное соединение компенсирует общий выход.
Только когда два хвостовых тока различны, выходное напряжение является функцией разности хвостовых токов.
В зависимости от того, какой хвостовой ток больше или меньше, коэффициент усиления может быть положительным или отрицательным (относительно входного сигнала), т.е. инвертирующим или неинвертирующим.
Разница в хвостовых токах достигается с помощью другого дифференциального усилителя, образованного транзисторами Q12 / Q13.
Общий результат состоит в том, что размах выходного дифференциала пропорционален произведению разностей разностей входов A и B.
Создание смесителя клеток Гилберта
Требуемые детали:
1. 3 резистора 3,3 кОм
2. 6 транзисторов NPN (2N2222, BC547 и др.)
Две синусоидальные волны с фазовым сдвигом подаются на входы (показаны желтой и синей кривыми), а выходные данные показаны розовым цветом на изображении ниже, по сравнению с математической функцией умножения осциллографа, выходом которой является фиолетовая кривая.
Поскольку осциллограф выполняет умножение «в реальном времени», входы должны были быть связаны по переменному току, чтобы он также вычислял отрицательный пик, поскольку входы на фактический смеситель были связаны по постоянному току, и он мог обрабатывать умножение обеих полярностей.
Также существует небольшая разница фаз между выходом микшера и осциллограммой, поскольку такие вещи, как задержки распространения, необходимо учитывать в реальной жизни.
Применение мультипликативных смесителей
Мультипликативные смесители чаще всего используются в радиочастотных схемах для демодуляции высокочастотных сигналов путем смешивания их с сигналом промежуточной частоты.
Такая ячейка Гилберта представляет собой четырехквадрантный умножитель, что означает, что умножение возможно в обеих полярностях, следуя простым правилам:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Генератор синусоидальной волны Arduino
Все формы сигналов, использованные в этом проекте, были сгенерированы с использованием Arduino. Ранее мы подробно объясняли схему генератора функций Arduino.
Принципиальная электрическая схема:
Объяснение кода:
В разделе настройки создаются две таблицы поиска со значениями синусоидальной функции, масштабированными до целого числа от 0 до 255, и одна фаза, сдвинутая на 90 градусов.
Секция цикла просто записывает значения, хранящиеся в таблице поиска, в таймер PWM. Выходные сигналы выводов 11 и 3 ШИМ могут быть отфильтрованы нижними частотами, чтобы получить почти идеальную синусоидальную волну. Это хороший пример DDS или прямого цифрового синтеза.
Результирующая синусоида имеет очень низкую частоту, ограниченную частотой ШИМ. Это можно исправить с помощью магии регистров низкого уровня. Полный код Arduino для генератора синусоидальных волн приведен ниже:
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, ВЫХОД); pinMode (pinTwo, ВХОД); Serial.begin (115200); for (phase = 0, i = 0; phase <= (2 * pi); phase = phase + 0.1, i ++) {result = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (phase)))); sineValuesOne = результат; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (фаза - (пи * 0,5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); задержка (5); }}
Заключение
Смесители - это электронные схемы, которые складывают или умножают два входа. Они находят широкое применение в аудио, радиочастотах и иногда как элементы аналогового компьютера.