- 1. Mezcladores de aditivos
- Construcción de un mezclador de aditivos simple
- 2. Mezcladores multiplicativos
- Mezclador de celda Gilbert
- Generador de onda sinusoidal Arduino
- Conclusión
Un mezclador es un tipo especial de circuito electrónico que combina dos señales (formas de onda que se repiten periódicamente). Los mezcladores se utilizan mucho en sistemas de audio y RF y rara vez se utilizan como simples "computadoras" analógicas. Hay dos tipos de mezcladores de audio analógicos: mezcladores aditivos y mezcladores multiplicativos.
1. Mezcladores de aditivos
Como sugiere su nombre, los mezcladores aditivos simplemente suman los valores de dos señales en cualquier instante, lo que da como resultado una forma de onda continua en la salida que es la suma de los valores de las formas de onda individuales.
El mezclador aditivo más simple es simplemente dos fuentes de señal conectadas a dos resistencias de la siguiente manera:
Las resistencias evitan que las fuentes de señal interfieran entre sí, la adición ocurre en el nodo común, no en las propias fuentes de señal. La belleza de este método es que es posible una suma ponderada , dependiendo de los valores de resistencia individuales.
Matemáticamente hablando, z = Ax + Por
Donde 'z' es la señal de salida, 'x' e 'y' son la señal de entrada y 'A' y 'B' son los factores de escala radiométrica, es decir, los valores de resistencia entre sí.
Por ejemplo, si uno de los valores de resistencia es 10K y el otro es 5K, A y B se convierten en 2 y 1 respectivamente, ya que 10K es dos veces 5K.
Por supuesto, se pueden combinar más de dos señales usando este mezclador de audio.
Construcción de un mezclador de aditivos simple
Piezas necesarias:
1. 2x resistencias de 10K
2. 1x resistencia de 3,3 K
3. Una fuente de señales de dos canales
Diagrama de circuito:
Con las dos resistencias de 10K, la salida es simplemente la suma de las señales de entrada. A y B son ambos unidad, ya que las dos resistencias de escala son iguales.
Las formas de onda amarilla y azul son las entradas y la forma de onda rosa es la salida.
Cuando reemplazamos una de las resistencias de 10K con una resistencia de 3.3K, los factores de escala se vuelven 3 y 1 y un tercio de una señal se agrega a la segunda.
La ecuación matemática es:
z = x + 3y
La siguiente figura muestra la forma de onda de salida resultante en rosa y las entradas en amarillo y azul.
Aplicación de mezcladores de aditivos
El uso más llamativo de los aficionados a los mezcladores simples como este se presenta en forma de un ecualizador de auriculares o un convertidor 'mono a estéreo', que convierte los canales izquierdo y derecho de un conector estéreo de 3,5 mm a un solo canal usando dos (generalmente) 10K resistencias.
2. Mezcladores multiplicativos
Los mezcladores multiplicativos son un poco más interesantes: multiplican dos (o quizás más, pero eso es difícil) señales de entrada y el producto es la señal de salida.
La suma es simple, pero ¿cómo multiplicamos electrónicamente ?
Hay otro pequeño truco matemático que podemos aplicar aquí, llamado logaritmo.
Un logaritmo consiste básicamente en formular la pregunta: ¿a qué potencia debe elevarse una base determinada para obtener el resultado?
En otras palabras, 2 x = 8, x =?
En términos de logaritmos, esto se puede escribir como:
log 2 x = 8
Escribir números en términos de un exponente de una base común nos permite usar otra propiedad matemática básica:
una x xa y = una x + y
Multiplicar dos exponentes con una base común equivale a sumar los exponentes y luego elevar la base a esa potencia.
Esto tiene la implicación de que, si aplicamos un logaritmo a dos señales, sumarlas y luego 'tomar' un antilogaritmo es equivalente a multiplicarlas.
La implementación del circuito puede complicarse un poco.
Aquí, discutiremos un circuito bastante simple llamado mezclador de celda de Gilbert .
Mezclador de celda Gilbert
La siguiente figura muestra el circuito del mezclador de celda Gilbert.
El circuito puede parecer muy intimidante al principio, pero como todos los circuitos complicados, este se puede dividir en bloques funcionales más simples.
Los pares de transistores Q8 / Q10, Q11 / Q9 y Q12 / Q13 forman amplificadores diferenciales individuales.
Los amplificadores diferenciales simplemente amplifican los voltajes de entrada diferenciales a los dos transistores. Considere el circuito simple que se muestra en la siguiente figura.
La entrada está en forma diferencial, entre las bases de los transistores Q14 y Q15. Los voltajes base son los mismos, por lo que las corrientes del colector y el voltaje en R23 y R24 son iguales, por lo que el voltaje diferencial de salida es cero. Si hay una diferencia en los voltajes de base, las corrientes del colector son diferentes, estableciendo diferentes voltajes en las dos resistencias. La oscilación de salida es mayor que la oscilación de entrada, gracias a la acción del transistor.
La conclusión de esto es que la ganancia del amplificador depende de la corriente de cola, que es la suma de las dos corrientes de colector. Cuanto mayor sea la corriente de cola, mayor será la ganancia.
En el circuito mezclador de celda Gilbert que se muestra arriba, los dos amplificadores diferenciales superiores (formados por Q8 / Q10 y Q11 / Q9) tienen salidas conectadas cruzadas y un conjunto común de cargas.
Cuando las corrientes de cola de los dos amplificadores son las mismas y la entrada diferencial A es 0, los voltajes en las resistencias son los mismos y no hay salida. Este también es el caso cuando la entrada A tiene un voltaje diferencial pequeño, dado que las corrientes de cola son las mismas, la conexión cruzada cancela la salida general.
Solo cuando las dos corrientes de cola son diferentes, la tensión de salida es una función de la diferencia de las corrientes de cola.
Dependiendo de qué corriente de cola sea mayor o menor, la ganancia puede ser positiva o negativa (en relación con la señal de entrada), es decir, inversora o no inversora.
La diferencia en las corrientes de cola se produce mediante otro amplificador diferencial formado por los transistores Q12 / Q13.
El resultado general es que la oscilación diferencial de salida es proporcional al producto de las oscilaciones diferenciales de las entradas A y B.
Construcción de un mezclador de células Gilbert
Piezas necesarias:
1. 3 resistencias de 3,3 K
2. Transistores 6x NPN (2N2222, BC547, etc.)
Dos ondas sinusoidales de fase desplazada se alimentan a las entradas (mostradas por los trazos amarillo y azul), y la salida se muestra en rosa en la imagen de abajo, en comparación con la función de multiplicación matemática del osciloscopio, cuya salida es el trazo púrpura.
Dado que el osciloscopio hace la multiplicación en 'tiempo real', las entradas tenían que estar acopladas en CA para que también calculó el pico negativo, ya que las entradas al mezclador real estaban acopladas en CC y podía manejar la multiplicación de ambas polaridades.
También hay una ligera diferencia de fase entre la salida del mezclador y la traza del osciloscopio, ya que aspectos como los retrasos de propagación deben considerarse en la vida real.
Aplicaciones de los mezcladores multiplicativos
El mayor uso de los mezcladores multiplicativos es en circuitos de RF, para demodular formas de onda de alta frecuencia mezclándolas con una forma de onda de frecuencia intermedia.
Una celda de Gilbert como esta es un multiplicador de cuatro cuadrantes , lo que significa que la multiplicación en ambas polaridades es posible, siguiendo las reglas simples:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Generador de onda sinusoidal Arduino
Todas las formas de onda utilizadas para este proyecto se generaron utilizando un Arduino. Anteriormente hemos explicado en detalle el circuito generador de funciones Arduino.
Diagrama de circuito:
Explicación del código:
La sección de configuración crea dos tablas de búsqueda con los valores de la función sinusoidal, escalados a un número entero de 0 a 255 y una fase desplazada en 90 grados.
La sección de bucle simplemente escribe los valores almacenados en la tabla de búsqueda en el temporizador PWM. La salida de los pines 11 y 3 de PWM se puede filtrar en paso bajo para obtener una onda sinusoidal casi perfecta. Este es un buen ejemplo de DDS o síntesis digital directa.
La onda sinusoidal resultante tiene una frecuencia muy baja, limitada por la frecuencia PWM. Esto se puede solucionar con magia de registro de bajo nivel. El código completo de Arduino para el generador de onda sinusoidal se proporciona a continuación:
Código Arduino:
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int result, resultTwo, sineValuesOne, sineValuesTwo, i, n; configuración vacía () {pinMode (pinOne, SALIDA); pinMode (pinTwo, ENTRADA); Serial.begin (115200); para (fase = 0, i = 0; fase <= (2 * pi); fase = fase + 0,1, i ++) {resultado = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase)))); sineValuesOne = resultado; resultadoDos = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (fase - (pi * 0.5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = yo; } bucle vacío () {para (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); retraso (5); }}
Conclusión
Los mezcladores son circuitos electrónicos que suman o multiplican dos entradas. Encuentran un uso extenso en audio, RF y ocasionalmente como elementos de una computadora analógica.