วิธีสร้างเครื่องผสมอนาล็อก

เครื่องผสมเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ชนิดพิเศษที่รวมสัญญาณสองสัญญาณ (รูปคลื่นซ้ำเป็นระยะ) มิกเซอร์พบการใช้งานจำนวนมากในระบบเสียงและ RF และแทบไม่ได้ใช้เป็น 'คอมพิวเตอร์' แบบอะนาล็อกธรรมดา - มีสองประเภทของเสียงอนาล็อกผสมเป็นสารเติมแต่งเครื่องผสมและผลคูณของเครื่องผสมอาหาร

1. เครื่องผสมสารเติมแต่ง

เช่นเดียวกับชื่อของพวกเขาเครื่องผสมสารเติมแต่งเพียงแค่เพิ่มค่าของสัญญาณสองสัญญาณเข้าด้วยกันในเวลาใดก็ได้ซึ่งส่งผลให้รูปคลื่นต่อเนื่องที่เอาต์พุตซึ่งเป็นผลรวมของค่าของรูปคลื่นแต่ละรูปแบบ

เครื่องผสมสารเติมแต่งที่ง่ายที่สุดคือแหล่งสัญญาณสองแหล่งที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทานสองตัวในลักษณะต่อไปนี้:

ตัวต้านทานป้องกันไม่ให้แหล่งสัญญาณรบกวนซึ่งกันและกันการเพิ่มนี้เกิดขึ้นที่โหนดทั่วไปไม่ใช่ที่แหล่งสัญญาณเอง ความสวยงามของวิธีนี้คือ ผลรวมถ่วงน้ำหนัก เป็นไปได้ขึ้นอยู่กับค่าตัวต้านทานแต่ละตัว

การพูดทางคณิตศาสตร์

z = ขวาน + โดย

โดยที่ 'z' เป็นสัญญาณเอาท์พุต 'x' และ 'y' คือสัญญาณอินพุตและ 'A' และ 'B' เป็นปัจจัยการปรับอัตราส่วนแบบเรติโอเมตริก ได้แก่ ค่าตัวต้านทานที่สัมพันธ์กัน

ตัวอย่างเช่นถ้าค่าตัวต้านทานค่าหนึ่งคือ 10K และอีกค่าหนึ่งคือ 5K A และ B จะกลายเป็น 2 และ 1 ตามลำดับเนื่องจาก 10K เท่ากับ 5K เป็นสองเท่า

แน่นอนว่าสามารถรวมสัญญาณมากกว่าสองสัญญาณเข้าด้วยกันโดยใช้เครื่องผสมเสียงนี้

การสร้างเครื่องผสมสารเติมแต่งอย่างง่าย

ชิ้นส่วนที่ต้องการ:

1. ตัวต้านทาน 2x 10K

2. ตัวต้านทาน 1x 3.3K

3. แหล่งสัญญาณสองช่องสัญญาณ

แผนภูมิวงจรรวม:

ด้วยตัวต้านทาน 10K สองตัวเอาต์พุตเป็นเพียงผลรวมของสัญญาณอินพุต A และ B เป็นเอกภาพเนื่องจากตัวต้านทานการปรับขนาดทั้งสองเหมือนกัน

รูปคลื่นสีเหลืองและสีน้ำเงินเป็นอินพุตและรูปคลื่นสีชมพูคือเอาต์พุต

เมื่อเราแทนที่ตัวต้านทาน 10K ตัวใดตัวหนึ่งด้วยตัวต้านทาน 3.3K ปัจจัยการปรับขนาดจะกลายเป็น 3 และ 1 และหนึ่งในสามของสัญญาณหนึ่งจะถูกเพิ่มเข้าไปในตัวที่สอง

สมการทางคณิตศาสตร์คือ:

z = x + 3y

รูปด้านล่างแสดงรูปคลื่นเอาต์พุตที่เป็นสีชมพูและอินพุตเป็นสีเหลืองและสีน้ำเงิน

การใช้เครื่องผสมสารเติมแต่ง

งานอดิเรกที่โดดเด่นที่สุดในการใช้เครื่องผสมแบบธรรมดาเช่นนี้มาในรูปแบบของอีควอไลเซอร์หูฟังหรือตัวแปลง 'โมโนเป็นสเตอริโอ' ซึ่งแปลงช่องสัญญาณซ้ายและขวาจากแจ็คสเตอริโอ 3.5 มม. เป็นช่องเดียวโดยใช้ 10K (ปกติ) 10K ตัวต้านทาน

2. เครื่องผสมหลายหลาก

เครื่องผสมแบบทวีคูณนั้นน่าสนใจกว่าเล็กน้อย - พวกมัน คูณ สัญญาณอินพุตสองตัว (หรืออาจจะมากกว่านั้น แต่ก็ยาก) และผลิตภัณฑ์คือสัญญาณเอาต์พุต

การบวกเป็นเรื่องง่าย แต่เราจะ คูณด้วย ระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้ อย่างไร?

มีอีกเคล็ดลับเล็ก ๆ น้อย ๆ ทางคณิตศาสตร์ที่เราสามารถนำไปใช้ที่นี่เรียกว่าลอการิทึม

ลอการิทึมเป็นพื้นฐานที่ถามคำถาม - ฐานที่ กำหนดจะต้องยกกำลังขึ้นเพื่อให้ผลลัพธ์เป็นอย่างไร

กล่าวอีกนัยหนึ่ง

2 ^x = 8, x =?

ในแง่ของลอการิทึมสามารถเขียนเป็น:

บันทึก₂ x = 8

การเขียนตัวเลขในรูปของเลขชี้กำลังของฐานทั่วไปทำให้เราสามารถใช้คุณสมบัติทางคณิตศาสตร์พื้นฐานอื่นได้:

ก^x xa ^y = a ^{x + y}

การคูณเลขชี้กำลังสองตัวด้วยฐานร่วมจะเทียบเท่ากับการเพิ่มเลขชี้กำลังแล้วยกฐานเป็นกำลังนั้น

สิ่งนี้มีความหมายว่าถ้าเราใช้ลอการิทึมกับสัญญาณสองสัญญาณการบวกเข้าด้วยกันแล้ว 'การ' แอนทิล ล็อก จะเท่ากับการคูณพวกมัน!

การใช้งานวงจรอาจมีความซับซ้อนเล็กน้อย

ที่นี่เราจะหารือวงจรค่อนข้างง่ายที่เรียกว่าเซลล์ผสมกิลเบิร์

เครื่องผสมเซลล์ Gilbert

รูปด้านล่างแสดงวงจรมิกเซอร์ของเซลล์ Gilbert

วงจรอาจดูน่ากลัวมากในตอนแรก แต่เช่นเดียวกับวงจรที่ซับซ้อนทั้งหมดนี้สามารถแบ่งออกเป็นบล็อกที่ใช้งานง่ายกว่า

คู่ทรานซิสเตอร์ Q8 / Q10, Q11 / Q9 และ Q12 / Q13 สร้างแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกัน

แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลเพียงแค่ขยายแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่แตกต่างกันไปยังทรานซิสเตอร์สองตัว พิจารณาวงจรอย่างง่ายที่แสดงในรูปด้านล่าง

อินพุตอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างระหว่างฐานของทรานซิสเตอร์ Q14 และ Q15 แรงดันไฟฟ้าฐานเหมือนกันดังนั้นกระแสของตัวสะสมและแรงดันไฟฟ้าระหว่าง R23 และ R24 จึงเท่ากันดังนั้นแรงดันไฟฟ้าส่วนต่างของเอาต์พุตจึงเป็นศูนย์ หากแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานมีความแตกต่างกันกระแสของตัวสะสมจะแตกต่างกันโดยตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกันในตัวต้านทานทั้งสองตัว การแกว่งขาออกมีขนาดใหญ่กว่าการแกว่งอินพุตเนื่องจากการกระทำของทรานซิสเตอร์

สิ่งที่ได้จากสิ่งนี้คือการได้รับของเครื่องขยายเสียงขึ้นอยู่กับกระแสหางซึ่งเป็นผลรวมของกระแสตัวสะสมทั้งสอง ยิ่งกระแสไฟมากเท่าไหร่กำไรก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ในวงจรมิกเซอร์ของเซลล์ Gilbert ที่แสดงด้านบนแอมป์ดิฟเฟอเรนซ์สองตัวบนสุด (สร้างโดย Q8 / Q10 และ Q11 / Q9) มีเอาต์พุตที่เชื่อมต่อแบบไขว้และชุดโหลดทั่วไป

เมื่อกระแสหางของแอมพลิฟายเออร์สองตัวเหมือนกันและอินพุทที่แตกต่างกัน A เป็น 0 แรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานจะเท่ากันและไม่มีเอาต์พุต นี่เป็นกรณีเช่นกันเมื่ออินพุต A มีแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากกระแสหางเหมือนกันการเชื่อมต่อแบบข้ามจะยกเลิกเอาต์พุตโดยรวม

เฉพาะเมื่อกระแสหางทั้งสองแตกต่างกันแรงดันขาออกจะเป็นฟังก์ชันของความแตกต่างของกระแสหาง

ขึ้นอยู่กับว่ากระแสหางใดมีขนาดใหญ่กว่าหรือเล็กกว่ากำไรอาจเป็นบวกหรือลบ (สัมพันธ์กับสัญญาณอินพุต) เช่นการกลับด้านหรือไม่กลับ

ความแตกต่างของกระแสหางเกิดจากการใช้เครื่องขยายเสียงอื่นที่สร้างขึ้นโดยทรานซิสเตอร์ Q12 / Q13

ผลลัพธ์โดยรวมคือการแกว่งส่วนต่างของเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับผลคูณของการแกว่งที่แตกต่างกันของอินพุต A และ B

การสร้าง Gilbert Cell Mixer

ชิ้นส่วนที่ต้องการ:

1. ตัวต้านทาน 3x 3.3K

2. 6x NPN ทรานซิสเตอร์ (2N2222, BC547 ฯลฯ)

คลื่นไซน์ที่เลื่อนสองเฟสจะถูกป้อนเข้าไปในอินพุต (แสดงโดยร่องรอยสีเหลืองและสีน้ำเงิน) และเอาต์พุตจะแสดงเป็นสีชมพูในภาพด้านล่างเมื่อเทียบกับฟังก์ชันการคูณทางคณิตศาสตร์ของขอบเขตซึ่งเอาต์พุตคือการติดตามสีม่วง

เนื่องจากออสซิลโลสโคปทำการคูณ 'เรียลไทม์' อินพุตจึงต้องเป็น AC ควบคู่ไปด้วยจึงจะคำนวณยอดลบได้เช่นกันเนื่องจากอินพุตไปยังมิกเซอร์จริงเป็นแบบคู่ DC และสามารถจัดการการคูณของทั้งสองขั้วได้

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างของเฟสเล็กน้อยระหว่างเอาต์พุตมิกเซอร์และการติดตามขอบเขตเนื่องจากสิ่งต่างๆเช่นความล่าช้าในการแพร่กระจายต้องได้รับการพิจารณาในชีวิตจริง

การใช้งานเครื่องผสมหลายหลาก

การใช้งานที่ใหญ่ที่สุดสำหรับเครื่องผสมแบบทวีคูณคือในวงจร RF เพื่อแยกสัญญาณรูปคลื่นความถี่สูงโดยการผสมกับรูปคลื่นความถี่กลาง

เซลล์กิลเบิร์ตแบบนี้เป็นตัวคูณ สี่กำลังสอง ซึ่งหมายความว่าการคูณในทั้งสองขั้วเป็นไปได้โดยปฏิบัติตามกฎง่ายๆ:

A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB

Arduino Sine Wave Generator

รูปคลื่นทั้งหมดที่ใช้สำหรับโครงการนี้สร้างขึ้นโดยใช้ Arduino ก่อนหน้านี้เราได้อธิบายรายละเอียดวงจรกำเนิดฟังก์ชัน Arduino ไปแล้ว

แผนภูมิวงจรรวม:

คำอธิบายรหัส:

ส่วนการตั้งค่าจะสร้างตารางการค้นหาสองตารางที่มีค่าของฟังก์ชันไซน์โดยปรับขนาดเป็นจำนวนเต็มตั้งแต่ 0 ถึง 255 และหนึ่งเฟสเลื่อนไป 90 องศา

ส่วนการวนซ้ำเพียงแค่เขียนค่าที่เก็บไว้ในตารางการค้นหาไปยังตัวจับเวลา PWM เอาต์พุตของพิน PWM 11 และ 3 สามารถกรองความถี่ต่ำเพื่อให้ได้คลื่นไซน์ที่เกือบสมบูรณ์แบบ นี่เป็นตัวอย่างที่ดีของ DDS หรือการสังเคราะห์ทางดิจิทัลโดยตรง

คลื่นไซน์ที่ได้มีความถี่ต่ำมากถูก จำกัด โดยความถี่ PWM สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้ด้วยเวทมนตร์ลงทะเบียนระดับต่ำ รหัส Arduino ที่สมบูรณ์สำหรับเครื่องกำเนิดคลื่นไซน์ได้รับด้านล่าง:

รหัส Arduino:

# กำหนดพินหนึ่ง 11 # กำหนดพินสอง 3 # กำหนดไพ 3.14 เฟสลอย = 0; ผลลัพธ์ int, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {pinMode (pinOne, OUTPUT); pinMode (pinTwo, อินพุต); Serial.begin (115200); สำหรับ (phase = 0, i = 0; phase <= (2 * pi); phase = phase + 0.1, i ++) {result = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (phase)))); sineValuesOne = ผลลัพธ์; resultTwo = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (เฟส - (pi * 0.5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = ฉัน; } void loop () {สำหรับ (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); ล่าช้า (5); }}

สรุป

มิกเซอร์เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่มหรือคูณสองอินพุต พวกเขาพบว่ามีการใช้เสียง RF และบางครั้งเป็นองค์ประกอบของคอมพิวเตอร์อนาล็อก