- 1. Aditivní mixéry
- Vytvoření jednoduchého aditivního mixéru
- 2. Multiplikativní mixéry
- Gilbertův mixér
- Arduino generátor sinusových vln
- Závěr
Směšovač je speciální typ elektronického obvodu, který kombinuje dva signály (periodicky se opakující průběhy). Směšovače nacházejí velké využití v audio a RF systémech a zřídka se používají jako jednoduché analogové „počítače“. Existují dva typy analogových zvukových mixérů - aditivní mixéry a multiplikativní mixéry.
1. Aditivní mixéry
Jak naznačuje jejich název, aditivní směšovače jednoduše sčítají hodnoty dvou signálů v kterémkoli okamžiku, což má za následek spojitý průběh na výstupu, který je součtem hodnot jednotlivých průběhů.
Nejjednodušší aditivní směšovač jsou jednoduše dva zdroje signálu připojené ke dvěma rezistorům následujícím způsobem:
Rezistory zabraňují vzájemnému rušení zdrojů signálu, přidání se děje na společném uzlu, nikoli na samotných zdrojích signálu. Krása této metody spočívá v tom, že je možný vážený součet v závislosti na hodnotách jednotlivých rezistorů.
Matematicky vzato, z = Axe + By
Kde „z“ je výstupní signál, „x“ a „y“ jsou vstupní signál a „A“ a „B“ jsou faktory poměrného měřítka, tj. Hodnoty odporu vůči sobě navzájem.
Například pokud je jedna z hodnot rezistoru 10K a druhá 5K, A a B se stanou 2 a 1, protože 10K je dvakrát 5K.
Pomocí tohoto směšovače zvuku lze samozřejmě kombinovat více než dva signály.
Vytvoření jednoduchého aditivního mixéru
Potřebné díly:
1. 2x 10K rezistory
2. 1x 3,3K rezistor
3. Dvoukanálový zdroj signálů
Kruhový diagram:
U dvou 10K rezistorů je výstup jednoduše součtem vstupních signálů. A a B jsou obě jednoty, protože dva škálovací odpory jsou stejné.
Žlutá a modrá křivka jsou vstupy a růžová křivka je výstup.
Když nahradíme jeden z 10K rezistorů rezistorem 3,3K, faktory škálování se stanou 3 a 1 a jedna třetina jednoho signálu se přidá k druhému.
Matematická rovnice je:
z = x + 3r
Níže uvedený obrázek ukazuje výsledný průběh výstupu růžově a vstupy žlutě a modře.
Aplikace aditivních míchaček
Nejvýraznější fandové použití jednoduchých mixů, jako je tento, přichází ve formě ekvalizéru sluchátek nebo převaděče „mono na stereo“, který převádí levý a pravý kanál z 3,5 mm stereofonního konektoru na jeden kanál pomocí dvou (obvykle) 10K rezistory.
2. Multiplikativní mixéry
Multiplikativní mixéry jsou trochu zajímavější - násobí dva (nebo možná i více, ale to je obtížné) vstupní signály a produktem je výstupní signál.
Sčítání je jednoduché, ale jak se elektronicky množíme ?
Zde můžeme použít další malý matematický trik, který se nazývá logaritmus.
Logaritmus si v podstatě klade otázku - na jakou sílu musí být daná základna zvýšena, aby poskytla výsledek?
Jinými slovy, 2 x = 8, x =?
Pokud jde o logaritmy, lze to napsat jako:
log 2 x = 8
Zápis čísel pomocí exponentu společné základny nám umožňuje použít další základní matematickou vlastnost:
a x xa y = a x + y
Násobení dvou exponentů společnou základnou je ekvivalentní přidání exponentů a následnému zvýšení základny na tuto mocninu.
Z toho vyplývá, že pokud použijeme logaritmus na dva signály, jejich sečtení a následné „převzetí“ antilogu je ekvivalentní jejich násobení!
Implementace obvodu může být trochu komplikovaná.
Zde probereme poměrně jednoduchý obvod, který se nazývá mixér Gilbertovy buňky .
Gilbertův mixér
Níže uvedený obrázek ukazuje obvod směšovače buněk Gilbert.
Obvod může zpočátku vypadat velmi zastrašující, ale stejně jako všechny komplikované obvody lze tento rozdělit na jednodušší funkční bloky.
Páry tranzistorů Q8 / Q10, Q11 / Q9 a Q12 / Q13 tvoří jednotlivé diferenciální zesilovače.
Diferenciální zesilovače jednoduše zesilují diferenciální vstupní napětí na dva tranzistory. Zvažte jednoduchý obvod zobrazený na následujícím obrázku.
Vstup je v diferenciální formě mezi základnami tranzistorů Q14 a Q15. Základní napětí jsou stejná, stejné jsou i kolektorové proudy a napětí na R23 a R24 jsou stejné, takže výstupní rozdílové napětí je nulové. Pokud existuje rozdíl v základních napětích, proudy kolektoru se liší a nastavují různá napětí na obou odporech. Výstupní houpačka je větší než vstupní houpačka díky tranzistorové akci.
Z toho vyplývá, že zisk zesilovače závisí na koncovém proudu, který je součtem dvou kolektorových proudů. Čím větší je ocasní proud, tím větší je zisk.
Ve výše uvedeném obvodu mixéru Gilbertových článků mají horní dva diferenciální zesilovače (tvořené Q8 / Q10 a Q11 / Q9) vzájemně propojené výstupy a společnou sadu zátěží.
Když jsou ocasní proudy obou zesilovačů stejné a diferenciální vstup A je 0, napětí napříč rezistory jsou stejná a není k dispozici žádný výstup. To je také případ, kdy má vstup A malé rozdílové napětí, protože ocasní proudy jsou stejné, křížové připojení ruší celkový výstup.
Pouze když jsou dva ocasní proudy odlišné, je výstupní napětí funkcí rozdílu ocasních proudů.
V závislosti na tom, který koncový proud je větší nebo menší, může být zisk kladný nebo záporný (vzhledem ke vstupnímu signálu), tj. Invertující nebo neinvertující.
Rozdíl v koncových proudech je způsoben použitím jiného diferenciálního zesilovače tvořeného tranzistory Q12 / Q13.
Celkovým výsledkem je, že diferenciální výkyv výstupu je úměrný součinu diferenciálních výkyvů vstupů A a B.
Konstrukce mixéru Gilbert Cell
Potřebné díly:
1. 3x 3,3K rezistory
2. 6x NPN tranzistory (2N2222, BC547 atd.)
Do vstupů jsou přiváděny dvě fázově posunuté sinusové vlny (zobrazené žlutými a modrými stopami) a výstup je zobrazen růžově na obrázku níže, ve srovnání s funkcí matematického násobení rozsahu, jehož výstupem je fialová stopa.
Vzhledem k tomu, že osciloskop provádí množení v reálném čase, musely být vstupy spojeny střídavým proudem, aby vypočítal také záporný vrchol, protože vstupy do skutečného směšovače byly spojeny stejnosměrným proudem a zvládl násobení obou polarit.
Mezi výstupem mixážního pultu a stopou rozsahu je také nepatrný fázový rozdíl, protože v reálném životě je třeba brát v úvahu věci jako zpoždění šíření.
Aplikace multiplikativních mixérů
Největší využití pro multiplikativní směšovače je ve vysokofrekvenčních obvodech k demodulování vysokofrekvenčních vlnových směšováním jejich mícháním s mezifrekvenčním vlnovým průběhem.
Gilbertova buňka, jako je tato, je čtyřkvadrantový multiplikátor, což znamená, že je možné násobení v obou polaritách podle jednoduchých pravidel:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino generátor sinusových vln
Všechny křivky použité pro tento projekt byly generovány pomocí Arduina. Dříve jsme podrobně vysvětlili obvod generátoru funkcí Arduino.
Kruhový diagram:
Vysvětlení kódu:
Sekce nastavení vytvoří dvě vyhledávací tabulky s hodnotami funkce sine, zmenšené na celé číslo od 0 do 255 a jedna fáze posunutá o 90 stupňů.
Sekce smyčky jednoduše zapíše hodnoty uložené ve vyhledávací tabulce do časovače PWM. Výstup PWM pinů 11 a 3 může být filtrován dolní propustí, aby se získala téměř dokonalá sinusová vlna. Toto je dobrý příklad DDS nebo přímé digitální syntézy.
Výsledná sinusová vlna má velmi nízkou frekvenci, omezenou frekvencí PWM. To lze napravit pomocí nízké úrovně magie registrů. Kompletní Arduino kód pro generátor sinusových vln je uveden níže:
Arduino kód:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int výsledek, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); pro (fáze = 0, i = 0; fáze <= (2 * pi); fáze = fáze + 0,1, i ++) {výsledek = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fáze)))); sineValuesOne = výsledek; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fáze - (pi * 0,5)))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); zpoždění (5); }}
Závěr
Směšovače jsou elektronické obvody, které přidávají nebo násobí dva vstupy. Našli rozsáhlé použití ve zvuku, RF a příležitostně jako prvky analogového počítače.