- 1. Lisäainesekoittimet
- Yksinkertaisen lisäainesekoittimen rakentaminen
- 2. Moninkertaiset sekoittimet
- Gilbert-sekoitin
- Arduino Sine Wave Generator
- Johtopäätös
Sekoitin on erityinen elektroninen piiri, joka yhdistää kaksi signaalia (toistuvat aaltomuodot säännöllisesti). Mikserit löytävät paljon käyttöä ääni- ja RF-järjestelmissä, ja niitä käytetään harvoin yksinkertaisina analogisina 'tietokoneina'. Analogisia miksereitä on kahta tyyppiä - lisäainesekoittimet ja moninkertaiset sekoittimet.
1. Lisäainesekoittimet
Kuten nimestäkin voi päätellä, additiiviset sekoittimet yksinkertaisesti yhdistävät kahden signaalin arvot milloin tahansa, mikä johtaa jatkuvaan aaltomuotoon lähdössä, joka on yksittäisten aaltomuotojen arvojen summa.
Yksinkertaisin lisäainesekoitin on yksinkertaisesti kaksi signaalilähdettä, jotka on kytketty kahteen vastukseen seuraavalla tavalla:
Vastukset estävät signaalilähteitä häiritsemästä toisiaan, lisäys tapahtuu yhteisessä solmussa, ei itse signaalilähteissä. Tämän menetelmän kauneus on, että painotettu summa on mahdollista riippuen yksittäisten vastusten arvoista.
Matemaattisesti ottaen
z = Kirves + By
Missä 'z' on lähtösignaali, 'x' ja 'y' ovat tulosignaali ja 'A' ja 'B' ovat ratiometriset skaalauskertoimet eli vastuksen arvot suhteessa toisiinsa.
Esimerkiksi jos yksi vastuksen arvoista on 10K ja toinen on 5K, A: sta ja B: stä tulee vastaavasti 2 ja 1, koska 10K on kaksi kertaa 5K.
Tietysti tällä audiosekoittimella voidaan yhdistää enemmän kuin kaksi signaalia.
Yksinkertaisen lisäainesekoittimen rakentaminen
Tarvittavat osat:
1. 2x 10K vastukset
2. 1x 3,3 K vastus
3. Kaksikanavainen signaalilähde
Piirikaavio:
Kahden 10K-vastuksen avulla lähtö on yksinkertaisesti tulosignaalien summa. A ja B ovat molemmat yhtenäisyyttä, koska kaksi skaalausvastusta ovat samat.
Keltainen ja sininen aaltomuoto ovat tuloja, ja vaaleanpunainen aaltomuoto on lähtö.
Kun vaihdamme yhden 10K-vastuksista 3,3K-vastukseen, skaalauskertoimista tulee 3 ja 1 ja kolmasosa yhdestä signaalista lisätään toiseen.
Matemaattinen yhtälö on:
z = x + 3 v
Alla olevassa kuvassa näkyy tuloksena oleva aaltomuoto vaaleanpunaisena ja tulot keltaisena ja sinisenä.
Lisäainesekoittimien käyttö
Tämän tyyppisten yksinkertaisten mikserien silmiinpistävin harrastajakäyttö on kuulokkeiden taajuuskorjain tai mono-stereo-muunnin, joka muuntaa vasemman ja oikean kanavan 3,5 mm: n stereoliittimestä yhdeksi kanavaksi kahdella (yleensä) 10K: lla vastukset.
2. Moninkertaiset sekoittimet
Kertomikserit ovat hieman mielenkiintoisempia - ne kertovat kaksi (tai ehkä enemmän, mutta se on vaikeaa) tulosignaalia ja tuote on lähtösignaali.
Lisäys on yksinkertaista, mutta kuinka me lisääntymme sähköisesti ?
Tässä on toinen pieni matemaattinen temppu, jota voimme soveltaa, nimeltään logaritmi.
Logaritmi esittää pohjimmiltaan kysymyksen - mihin voimaan tietyn perustan on nostettava tuloksen antamiseksi?
Toisin sanoen, 2 x = 8, x =?
Logaritmien suhteen tämä voidaan kirjoittaa seuraavasti:
log 2 x = 8
Numeroiden kirjoittaminen yhteisen perustan eksponenttina antaa meille mahdollisuuden käyttää toista matemaattista perusominaisuutta:
a x xa y = a x + y
Kahden eksponentin kertominen yhteisellä emäksellä vastaa eksponenttien lisäämistä ja sitten perusmäärän nostamista tähän tehoon.
Tämä merkitsee sitä, että jos sovellamme logaritmia kahteen signaaliin, niiden lisääminen yhteen ja sitten antilogin "ottaminen" vastaa niiden kertomista!
Piirin toteutus voi olla hieman monimutkainen.
Tässä keskustellaan melko yksinkertaisesta piiristä, jota kutsutaan Gilbert-solusekoittimeksi .
Gilbert-sekoitin
Alla olevassa kuvassa on Gilbert-kennosekoitinpiiri.
Piiri voi näyttää aluksi hyvin pelottavalta, mutta kuten kaikki monimutkaiset piirit, tämäkin voidaan jakaa yksinkertaisempiin toiminnallisiin lohkoihin.
Transistoriparit Q8 / Q10, Q11 / Q9 ja Q12 / Q13 muodostavat yksittäiset differentiaalivahvistimet.
Differentiaalivahvistimet yksinkertaisesti vahvistavat differentiaalitulojännitteet kahteen transistoriin. Harkitse yksinkertaista piiriä, joka on esitetty alla olevassa kuvassa.
Tulo on differentiaalimuodossa transistorien Q14 ja Q15 alustojen välillä. Perusjännitteet ovat samat, samoin kollektorivirrat ja jännite R23: n ja R24: n välillä ovat samat, joten lähtöerojännite on nolla. Jos perusjännitteissä on eroja, kollektorivirrat eroavat toisistaan ja asettavat eri jännitteet kahden vastuksen yli. Lähtönopeus on suurempi kuin tulokääntö, transistorin toiminnan ansiosta.
Tästä on se, että vahvistimen vahvistus riippuu hännän virrasta, joka on kahden kollektorivirran summa. Mitä suurempi hännän virta, sitä suurempi vahvistus.
Edellä esitetyssä Gilbert-kennosekoitinpiirissä kahdella ylemmällä diff-vahvistimella (muodostavat Q8 / Q10 ja Q11 / Q9) on ristikytketyt lähdöt ja yhteinen joukko kuormia.
Kun kahden vahvistimen takavirrat ovat samat ja differentiaalitulo A on 0, vastusten jännitteet ovat samat eikä lähtöä ole. Tämä pätee myös silloin, kun tulolla A on pieni differentiaalijännite, koska hännän virrat ovat samat, ristikytkentä kumoaa kokonaislähdön.
Vasta kun kaksi hännän virtaa ovat erilaiset, lähtöjännite on hännän virtojen eron funktio.
Riippuen siitä, mikä hännän virta on suurempi tai pienempi, vahvistus voi olla positiivinen tai negatiivinen (suhteessa tulosignaaliin), eli käänteinen tai ei-invertoiva.
Hännävirtojen ero saadaan aikaan käyttämällä toista transistoreiden Q12 / Q13 muodostamaa differentiaalivahvistinta.
Kokonaistulos on, että lähtöeron heilahdus on verrannollinen tulojen A ja B differentiaalisten heilahdusten tulokseen.
Gilbert-solusekoittimen rakentaminen
Vaaditut osat:
1. 3x 3.3K vastukset
2. 6x NPN-transistorit (2N2222, BC547 jne.)
Kaksi vaihesiirtynyttä siniaalloa syötetään tuloihin (osoittavat keltaiset ja siniset jäljet), ja lähtö näkyy vaaleanpunaisena alla olevassa kuvassa, verrattuna laajuuden matemaattiseen kertolaskufunktioon, jonka lähtö on violetti jälki.
Koska oskilloskooppi tekee '' reaaliaikaisen '' kertomisen, tulot oli kytkettävä AC-kytkettyihin, jotta se laskisi myös negatiivisen piikin, koska todellisen sekoittimen tulot olivat DC-kytkettyjä ja se pystyi käsittelemään molempien polariteettien kertomisen.
Sekoittimen lähdön ja laajuuden jäljityksen välillä on myös pieni vaihe-ero, koska etenemisviiveiden kaltaisia asioita on otettava huomioon tosielämässä.
Moninkertaisten sekoittimien sovellukset
Suurin käyttö multiplikatiivisissa sekoittimissa on RF-piireissä korkean taajuuden aaltomuotojen demoduloimiseksi sekoittamalla se välitaajuisten aaltomuotojen kanssa.
Tämän kaltainen Gilbert-solu on neljän kvadrantin kerroin, mikä tarkoittaa, että moninkertaistaminen molemmissa polaarisuudessa on mahdollista yksinkertaisten sääntöjen mukaisesti:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino Sine Wave Generator
Kaikki tähän projektiin käytetyt aaltomuodot luotiin käyttämällä Arduinoa. Olemme aiemmin selittäneet Arduino-toimintogeneraattoripiirin yksityiskohtaisesti.
Piirikaavio:
Koodin selitys:
Asennusosassa luodaan kaksi hakutaulukkoa, joissa on sinifunktion arvot, skaalattu kokonaislukuun 0 - 255 ja yksi vaihe siirretty 90 astetta.
Silmukkaosa kirjoittaa yksinkertaisesti hakutaulukkoon tallennetut arvot PWM-ajastimeen. PWM-nastojen 11 ja 3 ulostulo voidaan alipäästösuodattaa lähes täydellisen siniaallon saamiseksi. Tämä on hyvä esimerkki DDS: stä tai suorasta digitaalisesta synteesistä.
Tuloksena olevalla siniaallolla on erittäin matala taajuus, jota PWM-taajuus rajoittaa. Tämä voidaan korjata jollakin matalan rekisterin taikuudella. Täydellinen Arduino-koodi siniaaltogeneraattorille on annettu alla:
Arduino-koodi:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int tulos, tulosTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Sarjan alku (115200); for (vaihe = 0, i = 0; vaihe <= (2 * pi); vaihe = vaihe + 0,1, i ++) {tulos = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (vaihe))))); sineValuesOne = tulos; tulosTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (vaihe - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = tulosTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analoginen kirjoitus (pinTwo, sineValuesTwo); viive (5); }}
Johtopäätös
Mikserit ovat elektronisia piirejä, jotka lisäävät tai kertovat kaksi tuloa. He löytävät laajaa käyttöä äänentoistossa, radiotaajuuksissa ja toisinaan analogisen tietokoneen elementteinä.