믹서는 두 신호 (주기적으로 반복되는 파형)를 결합하는 특수한 유형의 전자 회로입니다. 믹서는 오디오 및 RF 시스템에서 많이 사용되며 단순한 아날로그 '컴퓨터'로는 거의 사용되지 않습니다. 아날로그 오디오 믹서에는 가산 믹서와 곱셈 믹서 의 두 가지 유형이 있습니다.
1. 첨가제 믹서
이름에서 알 수 있듯이 추가 믹서는 단순히 두 신호의 값을 임의의 순간에 더하기 만하면 출력에서 개별 파형 값의 합계 인 연속 파형이 생성됩니다.
가장 간단한 추가 믹서는 다음과 같은 방식으로 두 개의 저항에 연결된 두 개의 신호 소스입니다.
저항은 신호 소스가 서로 간섭하는 것을 방지하며 추가는 신호 소스 자체가 아닌 공통 노드에서 발생합니다. 이 방법의 장점 은 개별 저항 값에 따라 가중치 합 이 가능하다는 것입니다.
수학적으로 말하자면
z = Ax + By
여기서 'z'는 출력 신호이고 'x'와 'y'는 입력 신호이고 'A'와 'B'는 비율 메트릭 스케일링 인자 즉 서로 상대적인 저항 값입니다.
예를 들어 저항 값 중 하나가 10K이고 다른 하나가 5K이면 10K는 5K의 두 배이므로 A와 B는 각각 2와 1이됩니다.
물론이 오디오 믹서를 사용하여 두 개 이상의 신호를 함께 결합 할 수 있습니다.
간단한 첨가제 믹서 구성
필요한 부품:
1. 2x 10K 저항기
2. 1x 3.3K 저항
3. 2 채널 신호 소스
회로도:
2 개의 10K 저항을 사용하면 출력은 단순히 입력 신호의 합입니다. 두 개의 스케일링 저항이 동일하기 때문에 A와 B는 모두 단일성입니다.
노란색과 파란색 파형이 입력이고 분홍색 파형이 출력입니다.
10K 저항 중 하나를 3.3K 저항으로 교체하면 스케일링 계수가 3과 1이되고 신호의 1/3이 두 번째에 추가됩니다.
수학 방정식은 다음과 같습니다.
z = x + 3y
아래 그림은 결과 출력 파형을 분홍색으로, 입력은 노란색과 파란색으로 표시합니다.
첨가제 믹서의 적용
이와 같은 간단한 믹서의 가장 눈에 띄는 취미 사용은 헤드폰 이퀄라이저 또는 '모노-스테레오'컨버터의 형태로 제공되며, 이는 왼쪽 및 오른쪽 채널을 3.5mm 스테레오 잭에서 2 개 (일반적으로) 10K를 사용하여 단일 채널로 변환합니다. 저항기.
2. 곱셈 믹서
곱셈 믹서는 좀 더 흥미 롭습니다. 두 개 (또는 그 이상이지만 어려울 수 있음) 입력 신호 를 곱하고 곱이 출력 신호입니다.
더하기는 간단하지만 어떻게 전자적으로 곱할 수 있습니까?
여기에 적용 할 수있는 또 다른 작은 수학적 트릭이 있습니다. 로그 라고합니다.
로그는 기본적으로 질문을하는 것입니다. 결과를 얻기 위해 주어진 밑수 를 어떤 거듭 제곱해야 합니까?
다시 말해, 2 x = 8, x =?
로그 측면에서 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
로그 2 x = 8
공통 밑수의 지수로 숫자를 쓰면 다른 기본적인 수학적 속성을 사용할 수 있습니다.
a x xa y = a x + y
두 지수에 공통 밑수를 곱하는 것은 지수를 더한 다음 밑수를 그 거듭 제곱으로 올리는 것과 같습니다.
이것은 우리가 두 신호에 로그를 적용한다면, 그것들을 더하고, 안티 로그를 '취득'하는 것은 그것들을 곱하는 것과 같다는 의미를 가지고 있습니다!
회로 구현은 약간 복잡해질 수 있습니다.
여기에서는 Gilbert 셀 믹서 라고하는 다소 간단한 회로에 대해 설명합니다.
길버트 세포 믹서
아래 그림은 Gilbert 셀 믹서 회로를 보여줍니다.
회로는 처음에는 매우 위협적으로 보일 수 있지만 모든 복잡한 회로와 마찬가지로이 회로는 더 간단한 기능 블록으로 나눌 수 있습니다.
트랜지스터 쌍 Q8 / Q10, Q11 / Q9 및 Q12 / Q13은 개별 차동 증폭기를 형성합니다.
차동 증폭기는 단순히 두 트랜지스터에 대한 차동 입력 전압을 증폭합니다. 아래 그림에 표시된 간단한 회로를 고려하십시오.
입력은 트랜지스터 Q14와 Q15의베이스 사이에 차동 형태입니다. 기본 전압은 동일하므로 컬렉터 전류도 동일하고 R23 및 R24의 전압은 동일하므로 출력 차동 전압은 0입니다. 기본 전압에 차이가 있으면 콜렉터 전류가 달라 두 저항에 서로 다른 전압이 설정됩니다. 출력 스윙은 트랜지스터 동작 덕분에 입력 스윙보다 큽니다.
여기에서 얻을 수있는 점은 증폭기의 이득이 두 콜렉터 전류의 합인 테일 전류에 의존한다는 것입니다. 테일 전류가 클수록 이득이 커집니다.
위에 표시된 Gilbert 셀 믹서 회로에서 상위 2 개의 diff 앰프 (Q8 / Q10 및 Q11 / Q9에 의해 형성됨)는 교차 연결 출력과 공통 부하 집합을 가지고 있습니다.
두 증폭기의 꼬리 전류가 같고 차동 입력 A가 0이면 저항기 양단의 전압이 동일하고 출력이 없습니다. 이것은 입력 A가 작은 차동 전압을 갖는 경우에도 마찬가지입니다. 테일 전류가 동일하기 때문에 교차 연결은 전체 출력을 취소합니다.
두 테일 전류가 다를 때만 출력 전압은 테일 전류 차이의 함수입니다.
어떤 테일 전류가 더 크거나 더 작은 지에 따라 이득은 (입력 신호에 상대적인) 양수 또는 음수, 즉 반전 또는 비 반전이 될 수 있습니다.
테일 전류의 차이는 트랜지스터 Q12 / Q13에 의해 형성된 또 다른 차동 증폭기를 사용하여 발생합니다.
전반적인 결과는 출력 차동 스윙이 입력 A와 B의 차동 스윙의 곱에 비례한다는 것입니다.
길버트 세포 혼합기 구축
필요한 부품:
1. 3x 3.3K 저항기
2. 6x NPN 트랜지스터 (2N2222, BC547 등)
두 개의 위상 편이 사인파가 입력에 공급되고 (노란색 및 파란색 트레이스로 표시됨) 출력이 보라색 트레이스 인 스코프의 수학 곱셈 기능과 비교하여 아래 이미지에서 분홍색으로 표시됩니다.
오실로스코프가 '실시간'곱셈을 수행하기 때문에 실제 믹서에 대한 입력이 DC 커플 링되고 두 극성의 곱셈을 처리 할 수 있기 때문에 입력도 AC 커플 링되어 음의 피크도 계산해야했습니다.
또한 믹서 출력과 스코프 트레이스 사이에 약간의 위상차가 있습니다. 전파 지연과 같은 것들을 실제 생활에서 고려해야하기 때문입니다.
곱셈 믹서의 응용
곱셈 믹서의 가장 큰 용도는 RF 회로에서 고주파 파형을 중간 주파수 파형과 혼합하여 복조하는 것입니다.
이와 같은 Gilbert 셀은 4 사분면 곱셈기입니다. 즉, 간단한 규칙에 따라 두 극성 모두에서 곱셈이 가능합니다.
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino 사인파 생성기
이 프로젝트에 사용 된 모든 파형은 Arduino를 사용하여 생성되었습니다. 이전에 Arduino 함수 발생기 회로에 대해 자세히 설명했습니다.
회로도:
코드 설명:
설정 섹션은 0에서 255 사이의 정수로 스케일 된 사인 함수의 값과 90 도씩 이동 된 위상 하나를 사용하여 두 개의 조회 테이블을 생성합니다.
루프 섹션은 단순히 조회 테이블에 저장된 값을 PWM 타이머에 기록합니다. PWM 핀 11 및 3의 출력은 거의 완벽한 사인파를 얻기 위해 저역 통과 필터링 될 수 있습니다. 이것은 DDS 또는 직접 디지털 합성의 좋은 예입니다.
결과 사인파는 PWM 주파수에 의해 제한되는 매우 낮은 주파수를 갖습니다. 이것은 낮은 레벨의 레지스터 마법으로 고칠 수 있습니다. 사인파 생성기에 대한 완전한 Arduino 코드 는 다음과 같습니다.
Arduino 코드:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int 결과, 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 = 결과; resultTwo = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (단계-(pi * 0.5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {for (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); 지연 (5); }}
결론
믹서는 두 개의 입력을 더하거나 곱하는 전자 회로입니다. 그들은 오디오, RF 및 때때로 아날로그 컴퓨터의 요소로 광범위하게 사용됩니다.