- 1. Adalékkeverők
- Egyszerű adalékkeverő készítése
- 2. Multiplikatív keverők
- Gilbert sejtkeverő
- Arduino Sine Wave Generator
- Következtetés
A keverő egy speciális típusú elektronikus áramkör, amely két jelet (periodikusan ismétlődő hullámformákat) ötvöz. A keverők sok hasznot találnak az audio és RF rendszerekben, és ritkán használják egyszerű analóg „számítógépként”. Kétféle analóg audio keverő létezik - adalék keverők és multiplikatív keverők.
1. Adalékkeverők
Ahogy a nevük is sugallja, az additív keverők egyszerűen összeadják két jel értékét bármely pillanatban, ami a kimeneten folyamatos hullámformát eredményez, amely az egyes hullámalakok értékeinek összege.
A legegyszerűbb adalék keverő egyszerűen két jelforrás, amelyek két ellenálláshoz vannak csatlakoztatva a következő módon:
Az ellenállások megakadályozzák a jelforrások interferenciáját, az összeadás a közös csomópontnál történik, nem pedig maguknál a jelforrásoknál. A módszer szépsége, hogy súlyozott összeg lehetséges, az egyes ellenállások értékeitől függően.
Matematikailag, z = Ax + By
Ahol 'z' a kimeneti jel, 'x' és 'y' a bemeneti jel, az 'A' és 'B' pedig a ratiometrikus méretezési tényezők, azaz az ellenállás egymáshoz viszonyított értéke.
Például, ha az egyik ellenállás értéke 10K, a másik pedig 5K, A és B 2, illetve 1 lesz, mivel a 10K kétszer 5K.
Természetesen több mint két jel kombinálható együtt ezzel az audio keverővel.
Egyszerű adalékkeverő készítése
Szükséges alkatrészek:
1. 2x 10K ellenállás
2. 1x 3,3K ellenállás
2. Kétcsatornás jelforrás
Kördiagramm:
A két 10K-os ellenállásnál a kimenet egyszerűen a bemeneti jelek összege. A és B egyaránt egység, mivel a két méretező ellenállás azonos.
A sárga és a kék hullámalak a bemenet, a rózsaszín pedig a kimenet.
Amikor a 10K-os ellenállások egyikét 3,3K-os ellenállással cseréljük le, akkor a méretezési tényezők 3 és 1 lesznek, és az egyik jel egyharmada hozzáadódik a másodikhoz.
A matematikai egyenlet:
z = x + 3y
Az alábbi ábra a kapott kimeneti hullámformát rózsaszínnel, a bemeneteket pedig sárga és kék színnel mutatja.
Adalékkeverők alkalmazása
Az ilyen egyszerű keverők legszembetűnőbb hobbi használata fejhallgató-kiegyenlítő vagy „mono-sztereó” átalakító formájában történik, amely a bal és a jobb csatornát 3,5 mm-es sztereó aljzatból egyetlen csatornává alakítja két (általában) 10K használatával. ellenállások.
2. Multiplikatív keverők
Multiplikatív keverők egy kicsit érdekes - ezek a többszörösen két (vagy talán több, de ez nehéz) bemeneti jelet, és a termék a kimeneti jel.
Az összeadás egyszerű, de hogyan szaporodunk elektronikusan ?
Van még egy kis matematikai trükk, amelyet itt alkalmazhatunk, logaritmusnak nevezzük.
A logaritmus alapvetően felteszi a kérdést - milyen hatalomra kell felemelni egy adott bázist az eredmény megadásához?
Más szavakkal, 2 x = 8, x =?
A logaritmusokat tekintve ez így írható:
log 2 x = 8
Ha a számokat egy közös hatvány kitevőjével írjuk, egy másik alapvető matematikai tulajdonságot használhatunk:
a x xa y = a x + y
Két kitevő szorzata közös bázissal egyenértékű a kitevők összeadásával, majd a bázis emelésével erre a hatványra.
Ennek az a következménye, hogy ha két jelre logaritmust alkalmazunk, összeadjuk őket, majd egy antilogot „ felveszünk ”, ez megegyezik a szorzásukkal !
Az áramkör megvalósítása kissé bonyolulttá válhat.
Itt egy meglehetősen egyszerű áramkört tárgyalunk, az úgynevezett Gilbert sejtkeverőt .
Gilbert sejtkeverő
Az alábbi ábra a Gilbert cellakeverő áramkört mutatja.
Az áramkör eleinte nagyon félelmetesnek tűnhet, de mint minden bonyolult áramkör, ez is egyszerűbb funkcionális blokkokra bontható.
A Q8 / Q10, Q11 / Q9 és Q12 / Q13 tranzisztorpárok egyedi differenciálerősítőket alkotnak.
A differenciálerősítők egyszerűen felerősítik a két tranzisztor bemeneti feszültségét. Vegyük figyelembe az alábbi ábrán látható egyszerű áramkört.
A bemenet differenciális formában van, a Q14 és Q15 tranzisztorok bázisa között. Az alapfeszültségek megegyeznek, így a kollektoráramok és az R23 és R24 feszültsége is megegyezik, tehát a kimeneti differenciálfeszültség nulla. Ha különbség van az alapfeszültségekben, akkor a kollektoráramok eltérnek, különböző feszültségeket állítva fel a két ellenálláson. A kimeneti lengés nagyobb, mint a bemeneti lengés, a tranzisztor működésének köszönhetően.
Ennek az az elvonása, hogy az erősítő erősítése a farok áramától függ, amely a két kollektoráram összege. Minél nagyobb a farokáram, annál nagyobb az erősítés.
A fent bemutatott Gilbert cellakeverő áramkörben a felső két diff erősítő (amelyet Q8 / Q10 és Q11 / Q9 alkotnak) keresztkapcsolású kimenettel és közös terheléskészlettel rendelkezik.
Ha a két erősítő farokárama azonos és az A differenciálbemenet 0, akkor az ellenállásokon átmenő feszültségek megegyeznek, és nincs kimenet. Ez a helyzet akkor is, ha az A bemenetnek kicsi a feszültségkülönbsége, mivel a farokáramok azonosak, a keresztkapcsolás megsemmisíti a teljes kimenetet.
Csak akkor, ha a két farokáram különbözik, a kimeneti feszültség a farokáramok különbségének függvénye.
Attól függően, hogy melyik farokáram nagyobb vagy kisebb, az erősítés lehet pozitív vagy negatív (a bemeneti jelhez képest), azaz invertáló vagy nem invertáló.
A farokáramok közötti különbség egy másik differenciálerősítő segítségével jön létre, amelyet a Q12 / Q13 tranzisztorok alkotnak.
Az összesített eredmény az, hogy a kimeneti differenciál lengése arányos az A és B bemenetek differenciális lengésének szorzatával.
Gilbert sejtkeverő építése
Szükséges alkatrészek:
1. 3x 3,3K ellenállás
2. 6x NPN tranzisztor (2N2222, BC547 stb.)
Két fázis eltolású szinusz hullám kerül a bemenetekbe (a sárga és a kék nyom jelzi), és a kimenet rózsaszínűen jelenik meg az alábbi képen, összehasonlítva a hatókör matematikai szorzási funkciójával, amelynek kimenete a lila nyom.
Mivel az oszcilloszkóp „valós idejű” szorzást végez, a bemeneteket váltakozó áramú kapcsolattal kellett ellátni, hogy kiszámítsa a negatív csúcsot is, mivel a tényleges keverő bemenetei DC-kapcsolásúak voltak, és kezelni tudta mindkét polaritás szorzását.
Van egy kis fáziskülönbség a keverő kimenete és a hatóköri nyom között, mivel a való életben figyelembe kell venni a terjedési késéseket.
A multiplikatív keverők alkalmazásai
A multiplikatív keverők legnagyobb hasznát az RF áramkörökben használják, a magas frekvenciájú hullámformák demodulálására egy köztes frekvenciájú hullámformával való keverés révén.
Az ehhez hasonló Gilbert-sejt négy kvadráns szorzó, ami azt jelenti, hogy mindkét polaritásban szorozni lehet, az egyszerű szabályok betartásával:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino Sine Wave Generator
A projekthez használt összes hullámformát Arduino segítségével állították elő. Korábban részletesen ismertettük az Arduino funkciógenerátor áramkört.
Kördiagramm:
Kód magyarázata:
A telepítési szakasz két keresési táblázatot hoz létre a szinusz függvény értékeivel, 0-tól 255-ig egész számra méretezve, és egy fázist 90 fokkal eltolva.
A ciklus szakasz egyszerűen írja a keresőtáblában tárolt értékeket a PWM időzítőbe. A PWM 11. és 3. érintkezőinek kimenetét aluláteresztő szűréssel lehet majdnem tökéletes szinuszhullám elérni. Ez jó példa a DDS-re, vagyis a közvetlen digitális szintézisre.
Az eredményül kapott szinuszhullám nagyon alacsony frekvenciával rendelkezik, amelyet a PWM frekvencia korlátoz. Ez megoldható néhány alacsony szintű regisztervarázslattal. A szinuszhullám-generátor teljes Arduino-kódja az alábbiakban található:
Arduino kód:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 lebegő fázis = 0; int eredmény, eredményTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; void setup () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, INPUT); Serial.begin (115200); for (fázis = 0, i = 0; fázis <= (2 * pi); fázis = fázis + 0,1, i ++) {eredmény = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fázis)))); sineValuesOne = eredmény; eredményTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fázis - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = eredményTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); késleltetés (5); }}
Következtetés
A keverők olyan elektronikus áramkörök, amelyek két bemenetet adnak vagy szoroznak. Széles körben használják az audiót, az RF-t és esetenként az analóg számítógép elemeit.