- 1. Mescladors additius
- Construint un mesclador additiu senzill
- 2. Mescladors multiplicatius
- Mesclador de cèl·lules Gilbert
- Generador d'ones sinusoidals Arduino
- Conclusió
Un mesclador és un tipus especial de circuit electrònic que combina dos senyals (formes d'ona que es repeteixen periòdicament). Els mescladors utilitzen molt els sistemes d'àudio i RF i rarament s'utilitzen com a simples "ordinadors" analògics. Hi ha dos tipus de mescladors d'àudio analògics: mescladors additius i mescladors multiplicatius.
1. Mescladors additius
Com el seu nom indica, els mescladors additius simplement sumen els valors de dos senyals en qualsevol moment, cosa que dóna lloc a una forma d’ona contínua a la sortida que és la suma dels valors de les formes d’ona individuals.
El mesclador additiu més senzill és simplement dues fonts de senyal connectades a dues resistències de la manera següent:
Les resistències impedeixen que les fonts de senyal interfereixin entre elles, l'addició es produeix al node comú i no a les fonts de senyal mateixes. La bellesa d’aquest mètode és que és possible una suma ponderada , en funció dels valors de la resistència individual.
Matemàticament parlant, z = Ax + By
On 'z' és el senyal de sortida, 'x' i 'y' són el senyal d'entrada i 'A' i 'B' són els factors d'escala ratiomètrics, és a dir, els valors de la resistència relatius entre si.
Per exemple, si un dels valors de la resistència és 10K i l'altre és 5K, A i B passen a ser 2 i 1 respectivament, ja que 10K són dues vegades 5K.
Per descomptat, es poden combinar més de dos senyals mitjançant aquest mesclador d’àudio.
Construint un mesclador additiu senzill
Peces necessàries:
1. 2x 10K resistències
2. 1x 3.3K resistència
3. Una font de senyals de dos canals
Esquema de connexions:
Amb les dues resistències de 10K, la sortida és simplement la suma dels senyals d’entrada. A i B són unitat, ja que les dues resistències d’escala són les mateixes.
Les formes d’ona grogues i blaves són les entrades i la forma d’ona rosa és la sortida.
Quan substituïm una de les resistències de 10K per una resistència de 3,3K, els factors d’escala passen a ser 3 i 1 i s’afegeix un terç d’un senyal al segon.
L'equació matemàtica és:
z = x + 3y
A la figura següent es mostra la forma d'ona de sortida resultant en rosa i les entrades en groc i blau.
Aplicació de mescladors additius
L’ús més sorprenent dels mescladors simples com aquest és l’equalitzador d’auriculars o un convertidor “mono a estèreo”, que converteix els canals esquerre i dret d’un jack estèreo de 3,5 mm a un sol canal mitjançant dos (normalment) 10K resistències.
2. Mescladors multiplicatius
Els mescladors multiplicatius són una mica més interessants: multipliquen dos (o potser més, però això és difícil) senyals d’entrada i el producte és el senyal de sortida.
L’addició és senzilla, però com es multiplica electrònicament ?
Hi ha un altre petit truc matemàtic que podem aplicar aquí, anomenat logaritme.
Un logaritme fa bàsicament la pregunta: a quina potència s’ha de plantejar una base determinada per donar el resultat?
En altres paraules, 2 x = 8, x =?
En termes de logaritmes, es pot escriure com:
registre 2 x = 8
L’escriptura de nombres en funció d’un exponent d’una base comuna ens permet utilitzar una altra propietat matemàtica bàsica:
a x xa y = a x + y
Multiplicar dos exponents amb una base comuna equival a afegir els exponents i després elevar la base a aquesta potència.
Això té la implicació que, si apliquem un logaritme a dos senyals, afegir-los junts i després "prendre" un anti - registre equival a multiplicar-los!
La implementació del circuit es pot complicar una mica.
Aquí parlarem d’un circuit força senzill anomenat mesclador de cèl·lules de Gilbert .
Mesclador de cèl·lules Gilbert
A la següent figura es mostra el circuit de mesclador de cèl·lules de Gilbert.
El circuit pot semblar molt intimidatori al principi, però com tots els circuits complicats, aquest es pot dividir en blocs funcionals més senzills.
Els parells de transistors Q8 / Q10, Q11 / Q9 i Q12 / Q13 formen amplificadors diferencials individuals.
Els amplificadors diferencials simplement amplifiquen les tensions d'entrada diferencials als dos transistors. Penseu en el circuit simple que es mostra a la següent figura.
L'entrada és de forma diferencial, entre les bases dels transistors Q14 i Q15. Les tensions de base són les mateixes, igual que els corrents del col·lector i la tensió a R23 i R24 són les mateixes, de manera que la tensió diferencial de sortida és zero. Si hi ha una diferència en les tensions de base, els corrents del col·lector difereixen, configurant diferents tensions entre les dues resistències. El swing de sortida és més gran que el swing d’entrada, gràcies a l’acció del transistor.
El que es pot treure és que el guany de l'amplificador depèn del corrent de cua, que és la suma dels dos corrents del col·lector. Com més gran sigui el corrent de cua, major serà el guany.
Al circuit de mescles de cèl·lules de Gilbert que es mostra més amunt, els dos amplificadors de diferència superiors (formats per Q8 / Q10 i Q11 / Q9) tenen sortides connectades creuades i un conjunt comú de càrregues.
Quan els corrents de cua dels dos amplificadors són els mateixos i l’entrada diferencial A és 0, les tensions a través de les resistències són les mateixes i no hi ha sortida. També és així quan l’entrada A té un voltatge diferencial petit, ja que els corrents de la cua són els mateixos, la connexió creuada anul·la la sortida global.
Només quan els dos corrents de la cua són diferents, la tensió de sortida és una funció de la diferència dels corrents de la cua.
Depenent del corrent de cua més gran o més petit, el guany pot ser positiu o negatiu (en relació amb el senyal d’entrada), és a dir, inversor o no inversor.
La diferència de corrents de cua es produeix mitjançant un altre amplificador diferencial format pels transistors Q12 / Q13.
El resultat global és que l’oscil·lació diferencial de sortida és proporcional al producte dels oscil·lacions diferencials de les entrades A i B.
Construint un mesclador de cèl·lules Gilbert
Parts necessàries:
1. 3x 3.3K resistències
2. 6x transistors NPN (2N2222, BC547, etc.)
Les ones sinusoïdals desplaçades de dues fases s’introdueixen a les entrades (mostrades per les traces grogues i blaves), i la sortida es mostra en rosa a la imatge inferior, en comparació amb la funció de multiplicació matemàtica de l’abast, la sortida de la qual és la traça morada.
Com que l’oscil·loscopi fa multiplicacions en temps real, les entrades havien d’estar acoblades de manera que calculés també el pic negatiu, ja que les entrades al mesclador real eren acoblades de CC i podrien gestionar la multiplicació d’ambdues polaritats.
També hi ha una lleugera diferència de fase entre la sortida del mesclador i el traçat de l’abast, ja que s’ha de tenir en compte coses com els retards de propagació a la vida real.
Aplicacions de mescladors multiplicatius
El major ús dels mescladors multiplicatius és en circuits de RF, per demodular formes d'ona d'alta freqüència barrejant-les amb una forma d'ona de freqüència intermèdia.
Una cèl·lula de Gilbert com aquesta és un multiplicador de quatre quadrants , el que significa que la multiplicació en ambdues polaritats és possible, seguint les regles simples:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Generador d'ones sinusoidals Arduino
Totes les formes d'ona utilitzades per a aquest projecte es van generar mitjançant un Arduino. Anteriorment hem explicat amb detall el circuit del generador de funcions Arduino.
Esquema de connexions:
Explicació del codi:
La secció de configuració crea dues taules de cerca amb els valors de la funció sinus, escalades a un enter de 0 a 255 i una fase desplaçada de 90 graus.
La secció de bucle simplement escriu els valors emmagatzemats a la taula de cerca al temporitzador PWM. La sortida dels pins 11 i 3 de PWM es pot filtrar de pas baix per obtenir una ona sinusoïdal gairebé perfecta. Aquest és un bon exemple de DDS, o síntesi digital directa.
L'ona sinusoïdal resultant té una freqüència molt baixa, limitada per la freqüència PWM. Això es pot solucionar amb una màgia de registre de baix nivell. A continuació es dóna el codi complet d'Arduino per al generador d'ones sinusoïdals:
Codi 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); per a (fase = 0, i = 0; fase <= (2 * pi); fase = fase + 0,1, i ++) {resultat = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase)))); sineValuesOne = resultat; resultTwo = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (phase - (pi * 0.5)))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); retard (5); }}
Conclusió
Els mescladors són circuits electrònics que sumen o multipliquen dues entrades. Troben un ús extensiu en àudio, RF i, ocasionalment, com a elements d’un ordinador analògic.