如何构建模拟混频器-加法混频器和乘法混频器

混频器是一种特殊类型的电子电路，它将两个信号（周期性重复的波形）组合在一起。搅拌机在音频和射频系统，很少用作简单的模拟“计算机”。有两种类型的模拟音频混合器-加法混频器和乘法混频器.

 

1.添加剂搅拌机

正如他们的名字所暗示的那样，加法混频器只是在任何时刻将两个信号的值相加，这会在输出端产生连续的波形，即单个波形值的总和。

最简单的加法混频器是简单的两个信号源，以以下方式连接到两个电阻器：

电阻器防止信号源相互干扰，相加发生在公共节点，而不是信号源本身。这种方法的美妙之处在于加权和是可能的，这取决于各个电阻器的值。

从数学上讲，

z=轴+按

其中，“z”是输出信号，“x”和“y”是输入信号，“A”和“B”是比率缩放因子，即电阻器相对于彼此的值。

例如，如果电阻值中的一个是10K，另一个是5K，则A和B分别变为2和1，因为10K是5K的两倍。

当然，使用这个混音器可以将两个以上的信号组合在一起。

 

构造一个简单的添加剂混合器

所需零件:

1.2个10K电阻器

2.1x 3.3K电阻器

3.双通道信号源

 

电路图：

对于两个10K电阻器，输出只是输入信号的总和。A和B都是一个单位，因为两个缩放电阻器是相同的。

黄色和蓝色波形是输入，粉色波形是输出。

当我们用3.3K电阻器替换10K电阻器中的一个时，缩放因子变为3和1，一个信号的三分之一被添加到第二个信号。

数学方程式为：

z=x+3年

 

下图以粉红色显示输出波形，以黄色和蓝色显示输入。

 

添加剂搅拌机的应用 

像这样的简单混音器最引人注目的业余爱好者使用形式是耳机均衡器或“单声道到立体声”转换器，它使用两个（通常）10K电阻器将左右声道从3.5mm立体声插孔转换为单声道。

 

2.乘法混频器

乘法混频器更有趣一些——它们乘两个（或者更多，但这很难）输入信号，乘积就是输出信号。

加法很简单，但我们如何电子地乘?

我们可以在这里应用另一个数学小技巧，叫做对数.

对数基本上是在问一个问题——给定的幂必须是多少基础被举起来给出结果？

换句话说，

2.x=8，x=？

就对数而言，这可以写成：

日志<sub>2.x=8

用公共基数的指数书写数字使我们能够使用另一个基本的数学性质：

一xx一个y=一个x+y

将两个指数与一个公共基数相乘，相当于将指数相加，然后将基数提高到该幂。

这意味着，如果我们对两个信号应用对数，将它们相加，然后“取”反对数相当于将它们相乘！

电路实现可能会变得有点复杂。

在这里，我们将讨论一个相当简单的电路，称为吉尔伯特细胞混合器.

 

吉尔伯特细胞混合器

下图显示了吉尔伯特单元混频器电路。

这个电路一开始可能看起来很吓人，但就像所有复杂的电路一样，这个电路可以分解成更简单的功能块。

晶体管对Q8/Q10、Q11/Q9和Q12/Q13形成单独的差动放大器.

差分放大器简单地将差分输入电压放大到两个晶体管。考虑下图所示的简单电路。

该输入是在晶体管Q14和Q15的基极之间的差分形式。基极电压相同，集电极电流也相同，R23和R24两端的电压也相同，因此输出差分电压为零。如果基极电压不同，则集电极电流不同，从而在两个电阻器之间设置不同的电压。由于晶体管的作用，输出摆幅大于输入摆幅。

由此得出的结论是，放大器的增益取决于尾电流，尾电流是两个集电极电流的总和。尾电流越大，增益就越大。

在上面所示的吉尔伯特单元混频器电路中，顶部的两个差分放大器（由Q8/Q10和Q11/Q9形成）具有交叉连接的输出和一组公共负载。

当两个放大器的尾电流相同并且差分输入A为0时，电阻器两端的电压相同并且没有输出。当输入A具有小的差分电压时也是这种情况，因为尾电流相同，交叉连接抵消了总输出。

只有当两个尾电流不同时，输出电压才是尾电流差的函数。

根据尾电流的大小，增益可以是正的或负的（相对于输入信号），即反相或非反相。

尾电流的差异是使用由晶体管Q12/Q13形成的另一个差分放大器引起的。

总体结果是，输出差动摆幅与输入A和B的差动摆幅的乘积成比例。

 

构建Gilbert细胞混合器

所需零件:

1.3个3.3K电阻器

2.6个NPN晶体管（2N2222、BC547等）

两个相移正弦波被输入（由黄色和蓝色轨迹显示），与示波器的数学乘法函数（其输出为紫色轨迹）相比，输出在下图中显示为粉红色。

由于示波器进行“实时”乘法运算，输入必须是交流耦合的，这样它也可以计算负峰值，因为实际混频器的输入是直流耦合的，它可以处理两极的乘法运算。

混频器输出和范围跟踪之间也有轻微的相位差，因为在现实生活中必须考虑传播延迟等因素。

 

乘法混频器的应用

乘法混频器的最大用途是射频电路，以通过将高频波形与中频波形混合来解调高频波形。

像这样的吉尔伯特细胞是四象限乘数，这意味着在两种极性下都可以相乘，遵循简单的规则：

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

 

Arduino正弦波发生器

用于该项目的所有波形都是使用Arduino生成的。我们之前已经解释过Arduino函数发生器电路详细地

 

电路图： 

 

代码说明： 

设置部分使用正弦函数的值创建两个查找表，缩放为从0到255的整数，一个相位偏移90度。

循环部分简单地将存储在查找表中的值写入PWM定时器。PWM引脚11和3的输出可以被低通滤波以获得几乎完美的正弦波。这是DDS或直接数字合成的一个很好的例子。

产生的正弦波具有非常低的频率，受到PWM频率的限制。这可以通过一些低级别的寄存器魔术来解决。的完整Arduino代码正弦波发生器如下所示：

 

Arduino代码： 

#define pinOne 11#define pinTwo 3#define pi 3.14浮点相位=0；int result，resultTwo，正弦值One[100]，正弦值Two[100]，i，n；void setup（）｛pinMode（pinOne，OUTPUT）；pinMode（pinTwo，INPUTvoid loop（）｛for（i=0；i<=n；i++）｛analogWrite（pinOne，sineValuesOne[i]）；analogWrite（pinTwo，sineValue Two[i]））；delay（5）；｝｝

 

结论

混频器是将两个输入相加或相乘的电子电路。它们被广泛用于音频、射频，偶尔也被用作模拟计算机的元件。