- 1. Máy trộn phụ gia
- Cấu tạo một máy trộn phụ gia đơn giản
- 2. Máy trộn đa nhân
- Máy trộn tế bào Gilbert
- Bộ tạo sóng hình sin Arduino
- Phần kết luận
Bộ trộn là một loại mạch điện tử đặc biệt kết hợp hai tín hiệu (dạng sóng lặp lại định kỳ). Bộ trộn được sử dụng nhiều trong các hệ thống âm thanh và RF và hiếm khi được sử dụng như một 'máy tính' analog đơn giản. Có hai loại Bộ trộn âm thanh tương tự - Bộ trộn phụ gia và Bộ trộn đa nhân.
1. Máy trộn phụ gia
Giống như tên gọi của chúng, các bộ trộn phụ gia chỉ cần cộng các giá trị của hai tín hiệu vào bất kỳ thời điểm nào, dẫn đến một dạng sóng liên tục ở đầu ra là tổng các giá trị của các dạng sóng riêng lẻ.
Bộ trộn phụ gia đơn giản nhất chỉ đơn giản là hai nguồn tín hiệu được kết nối với hai điện trở theo kiểu sau:
Các điện trở ngăn các nguồn tín hiệu giao thoa với nhau, sự bổ sung xảy ra tại nút chung, không phải tại chính các nguồn tín hiệu. Cái hay của phương pháp này là có thể có tổng trọng số , tùy thuộc vào các giá trị điện trở riêng lẻ.
Nói một cách toán học, z = Ax + By
Trong đó 'z' là tín hiệu đầu ra, 'x' và 'y' là tín hiệu đầu vào và 'A' và 'B' là các hệ số tỷ lệ tỷ lệ tức là các giá trị điện trở so với nhau.
Ví dụ: nếu một trong các giá trị điện trở là 10K và giá trị kia là 5K, A và B lần lượt trở thành 2 và 1, vì 10K gấp đôi 5K.
Tất nhiên, nhiều hơn hai tín hiệu có thể được kết hợp với nhau bằng cách sử dụng bộ trộn âm thanh này.
Cấu tạo một máy trộn phụ gia đơn giản
Các bộ phận yêu cầu:
1. Điện trở 2x 10K
2. Điện trở 1x 3.3K
3. Nguồn tín hiệu hai kênh
Sơ đồ mạch:
Với hai điện trở 10K, đầu ra đơn giản là tổng các tín hiệu đầu vào. A và B đều là hợp nhất, vì hai điện trở chia tỷ lệ là như nhau.
Các dạng sóng màu vàng và xanh lam là đầu vào và dạng sóng màu hồng là đầu ra.
Khi chúng tôi thay thế một trong các điện trở 10K bằng một điện trở 3,3K, hệ số tỷ lệ trở thành 3 và 1 và một phần ba của một tín hiệu được thêm vào tín hiệu thứ hai.
Phương trình toán học là:
z = x + 3y
Hình dưới đây cho thấy dạng sóng đầu ra kết quả có màu hồng và các đầu vào có màu vàng và xanh lam.
Ứng dụng của máy trộn phụ gia
Những người có sở thích sử dụng bộ trộn đơn giản như thế này nổi bật nhất là ở dạng bộ cân bằng tai nghe hoặc bộ chuyển đổi 'mono sang stereo', chuyển đổi các kênh trái và phải từ giắc cắm âm thanh nổi 3,5 mm sang một kênh duy nhất sử dụng hai (thường) 10K điện trở.
2. Máy trộn đa nhân
Bộ trộn nhân đôi thú vị hơn một chút - chúng nhân hai (hoặc có thể nhiều hơn, nhưng điều đó khó) và sản phẩm là tín hiệu đầu ra.
Phép cộng rất đơn giản, nhưng làm thế nào để chúng ta nhân điện tử ?
Có một thủ thuật toán học nhỏ khác mà chúng ta có thể áp dụng ở đây, được gọi là lôgarit.
Về cơ bản, một lôgarit đặt ra câu hỏi - một cơ số nhất định phải được nâng lên đến lũy thừa nào để đưa ra kết quả?
Nói cách khác, 2 x = 8, x =?
Về mặt logarit, điều này có thể được viết là:
log 2 x = 8
Viết số dưới dạng số mũ của cơ số chung cho phép chúng ta sử dụng một tính chất toán học cơ bản khác:
a x xa y = a x + y
Nhân hai số mũ với một cơ số chung tương đương với việc cộng các số mũ và sau đó nâng cơ số lên lũy thừa đó.
Điều này ngụ ý rằng, nếu chúng ta áp dụng một lôgarit cho hai tín hiệu, cộng chúng lại với nhau và sau đó 'lấy' một antilog tương đương với việc nhân chúng!
Việc thực hiện mạch có thể hơi phức tạp.
Ở đây, chúng ta sẽ thảo luận về một mạch khá đơn giản được gọi là máy trộn tế bào Gilbert .
Máy trộn tế bào Gilbert
Hình dưới đây cho thấy mạch trộn tế bào Gilbert.
Ban đầu, mạch này trông rất đáng sợ, nhưng giống như tất cả các mạch phức tạp, mạch này có thể được chia nhỏ thành các khối chức năng đơn giản hơn.
Các cặp bóng bán dẫn Q8 / Q10, Q11 / Q9 và Q12 / Q13 tạo thành các bộ khuếch đại vi sai riêng lẻ.
Bộ khuếch đại vi sai chỉ đơn giản là khuếch đại điện áp đầu vào vi sai đến hai bóng bán dẫn. Hãy xem xét mạch đơn giản được hiển thị trong hình dưới đây.
Đầu vào ở dạng vi phân, giữa các đế của bóng bán dẫn Q14 và Q15. Các điện áp cơ bản giống nhau, do đó dòng thu và điện áp trên R23 và R24 là như nhau, do đó điện áp vi sai đầu ra bằng không. Nếu có sự khác biệt về điện áp cơ bản, các dòng điện cực thu sẽ khác nhau, thiết lập các điện áp khác nhau trên hai điện trở. Dao động đầu ra lớn hơn xoay đầu vào, nhờ hoạt động của bóng bán dẫn.
Điểm khác biệt ở đây là độ lợi của bộ khuếch đại phụ thuộc vào dòng điện đuôi, là tổng của hai dòng điện thu. Dòng đuôi càng lớn thì độ lợi càng lớn.
Trong mạch trộn tế bào Gilbert được trình bày ở trên, hai amply khuếch đại trên cùng (được tạo thành bởi Q8 / Q10 và Q11 / Q9) có các đầu ra được kết nối chéo và một bộ tải chung.
Khi dòng điện đuôi của hai bộ khuếch đại giống nhau và đầu vào A vi sai bằng 0, điện áp trên các điện trở là như nhau và không có đầu ra. Đây cũng là trường hợp khi đầu vào A có điện áp chênh lệch nhỏ, vì các dòng điện đuôi giống nhau, kết nối chéo loại bỏ đầu ra tổng thể.
Chỉ khi hai dòng điện đuôi khác nhau, điện áp đầu ra là một hàm của sự khác biệt của dòng điện đuôi.
Tùy thuộc vào dòng đuôi nào lớn hơn hoặc nhỏ hơn, độ lợi có thể là dương hoặc âm (so với tín hiệu đầu vào), tức là đảo ngược hoặc không đảo.
Sự khác biệt về dòng điện đuôi là do sử dụng một bộ khuếch đại vi sai khác được tạo thành bởi các bóng bán dẫn Q12 / Q13.
Kết quả chung là dao động chênh lệch đầu ra tỷ lệ với tích số dao động chênh lệch của đầu vào A và B.
Cấu tạo Máy trộn tế bào Gilbert
Các bộ phận yêu cầu:
1. Điện trở 3x 3.3K
2. Bóng bán dẫn NPN 6x (2N2222, BC547, v.v.)
Hai sóng sin chuyển pha được đưa vào các đầu vào (được hiển thị bằng các dấu vết màu vàng và xanh lam), và đầu ra được hiển thị bằng màu hồng trong hình ảnh dưới đây, so với hàm nhân toán của phạm vi, có đầu ra là dấu vết màu tím.
Vì máy hiện sóng thực hiện phép nhân 'thời gian thực', các đầu vào phải được ghép nối với AC để nó cũng tính toán đỉnh âm, vì các đầu vào cho bộ trộn thực tế được ghép nối với DC và nó có thể xử lý nhân cả hai cực.
Cũng có một sự khác biệt nhỏ về pha giữa đầu ra của bộ trộn và theo dõi phạm vi, vì những thứ như độ trễ lan truyền phải được xem xét trong cuộc sống thực.
Các ứng dụng của bộ trộn đa nhân
Việc sử dụng lớn nhất cho bộ trộn đa nhân là trong các mạch RF, để giải điều chế các dạng sóng tần số cao bằng cách trộn nó với một dạng sóng tần số trung gian.
Một ô Gilbert như ô này là một hệ số nhân bốn góc phần tư , có nghĩa là có thể nhân cả hai cực, tuân theo các quy tắc đơn giản:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Bộ tạo sóng hình sin Arduino
Tất cả các dạng sóng được sử dụng cho dự án này đều được tạo bằng Arduino. Trước đây chúng tôi đã giải thích chi tiết về mạch tạo chức năng Arduino.
Sơ đồ mạch:
Giải thích mã:
Phần thiết lập tạo ra hai bảng tra cứu với các giá trị của hàm sin, được chia tỷ lệ thành số nguyên từ 0 đến 255 và một pha được dịch chuyển 90 độ.
Phần vòng lặp chỉ đơn giản là ghi các giá trị được lưu trữ trong bảng tra cứu vào bộ định thời PWM. Đầu ra của chân PWM 11 và 3 có thể được lọc thông thấp để có được sóng hình sin gần như hoàn hảo. Đây là một ví dụ điển hình về DDS, hay tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp.
Sóng hình sin thu được có tần số rất thấp, bị giới hạn bởi tần số PWM. Điều này có thể được khắc phục bằng một số phép thuật đăng ký cấp thấp. Mã Arduino hoàn chỉnh cho bộ tạo sóng sin được cung cấp bên dưới:
Mã Arduino:
#define pinOne 11 #define pinThai 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); for (phase = 0, i = 0; phase <= (2 * pi); phase = phase + 0.1, i ++) {result = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (phase)))); sineValuesOne = kết quả; 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); chậm trễ (5); }}
Phần kết luận
Bộ trộn là các mạch điện tử bổ sung hoặc nhân hai đầu vào. Chúng được sử dụng rộng rãi trong âm thanh, RF và đôi khi là các yếu tố của một máy tính analog.