混频器是一种特殊类型的电子电路,它结合了两个信号(周期性重复的波形)。混音器在音频和射频系统中得到了广泛应用,很少用作简单的模拟“计算机”。有两种类型的模拟音频混音器——加法混音器和乘法混音器。
就像它们的名字所暗示的那样,加法混频器只是简单地将两个信号的值在任何时刻相加,从而在输出端产生一个连续波形,该波形是各个波形值的总和。
节点,而不是信号源本身。这种方法的优点在于可以根据各个电阻值进行加权求和。
其中“z”是输出信号,“x”和“y”是输入信号,“A”和“B”是比例比例因子,即相对于彼此的电阻值。
例如,如果其中一个电阻值为 10K,另一个为 5K,则 A 和 B 分别变为 2 和 1,因为 10K 是 5K 的两倍。
使用两个 10K 电阻,输出只是输入信号的总和。A 和 B 都是统一的,因为两个缩放电阻器是相同的。
当我们用 3.3K 电阻器替换 10K 电阻器中的一个时,比例因子变为 3 和 1,并且一个信号的三分之一被添加到第二个。
像这样的简单混音器最引人注目的业余爱好者使用耳机均衡器或“单声道到立体声”转换器的形式,它使用两个(通常)10K 将左右声道从 3.5 毫米立体声插孔转换为单声道电阻器。
乘法混频器更有趣一些——它们将两个(或者更多,但这很困难)输入信号相乘,乘积就是输出信号。
这意味着,如果我们对两个信号应用对数,将它们加在一起然后“取”一个反对数就相当于将它们相乘!
该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。
输入为差分形式,位于晶体管 Q14 和 Q15 的基极之间。基极电压相同,集电极电流也相同,R23 和 R24 两端的电压相同,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,从而在两个电阻器上设置不同的电压。由于晶体管的作用,输出摆幅大于输入摆幅。
从中得出的结论是,放大器的增益取决于尾电流,即两个集电极电流的总和。尾电流越大,增益越大。
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 组成)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且差分输入A为0时,电阻两端的电压相同,没有输出。当输入 A 具有较小的差分电压时也是如此,由于尾电流相同,因此交叉连接抵消了整体输出。
取决于哪个尾电流更大或更小,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产生的。
两个相移正弦波被馈入输入(由黄色和蓝色迹线显示),输出在下图中以粉红色显示,与示波器的数学乘法函数相比,其输出为紫色迹线。
由于示波器进行“实时”乘法,因此输入必须是交流耦合的,以便它也计算负峰值,因为实际混频器的输入是直流耦合的,它可以处理两个极性的乘法。
混频器输出和示波器轨迹之间也存在细微的相位差,因为在现实生活中必须考虑传播延迟等因素。
乘法混频器的最大用途是在射频电路中,通过将高频波形与中频波形混合来解调。
像这样的吉尔伯特细胞是一个四象限乘法器,这意味着两个极性的乘法都是可能的,遵循简单的规则:
该项目使用的所有波形都是使用 Arduino 生成的。我们之前已经详细解释了Arduino函数发生器电路。
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,其中一个相移 90 度。
循环部分只是将查找表中存储的值写入 PWM定时器。PWM 引脚 11 和 3 的输出可以经过低通滤波以获得近乎完美的正弦波。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 PWM 频率的限制。这可以通过一些低级寄存器魔法来解决。正弦波发生器的完整 Arduino 代码如下:
混频器是两个输入相加或相乘的电子电路。它们广泛用于音频、射频,偶尔也用作模拟计算机的元件。
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