- 1. Mélangeurs d'additifs
- Construire un mélangeur d'additifs simple
- 2. Mélangeurs multiplicatifs
- Mélangeur de cellules Gilbert
- Générateur d'onde sinusoïdale Arduino
- Conclusion
Un mélangeur est un type spécial de circuit électronique qui combine deux signaux (formes d'onde répétées périodiquement). Les mixeurs sont très utiles dans les systèmes audio et RF et rarement utilisés comme de simples «ordinateurs» analogiques. Il existe deux types de mélangeurs audio analogiques: les mélangeurs additifs et les mélangeurs multiplicatifs.
1. Mélangeurs d'additifs
Comme leur nom l'indique, les mélangeurs additifs additionnent simplement les valeurs de deux signaux à tout instant, ce qui donne une forme d'onde continue à la sortie qui est la somme des valeurs des formes d'onde individuelles.
Le mélangeur additif le plus simple consiste simplement en deux sources de signaux connectées à deux résistances de la manière suivante:
Les résistances empêchent les sources de signaux d'interférer les unes avec les autres, l'addition se produit au niveau du nœud commun, pas au niveau des sources de signal elles-mêmes. La beauté de cette méthode est qu'une somme pondérée est possible, en fonction des valeurs de résistance individuelles.
Mathématiquement parlant, z = Axe + Par
Où «z» est le signal de sortie, «x» et «y» sont le signal d'entrée et «A» et «B» sont les facteurs d'échelle ratiométrique, c'est-à-dire les valeurs de résistance l'une par rapport à l'autre.
Par exemple, si l'une des valeurs de résistance est 10K et l'autre 5K, A et B deviennent respectivement 2 et 1, puisque 10K est deux fois 5K.
Bien sûr, plus de deux signaux peuvent être combinés ensemble à l'aide de ce mélangeur audio.
Construire un mélangeur d'additifs simple
Pièces requises:
1. 2x résistances 10K
2. 1x résistance 3.3K
3. Une source de signaux à deux canaux
Schéma:
Avec les deux résistances 10K, la sortie est simplement la somme des signaux d'entrée. A et B sont tous deux à l'unité, puisque les deux résistances d'échelle sont identiques.
Les formes d'onde jaune et bleue sont les entrées et la forme d'onde rose est la sortie.
Lorsque nous remplaçons l'une des résistances de 10K par une résistance de 3,3K, les facteurs d'échelle deviennent 3 et 1 et un tiers d'un signal est ajouté au second.
L'équation mathématique est:
z = x + 3y
La figure ci-dessous montre la forme d'onde de sortie résultante en rose et les entrées en jaune et bleu.
Application de mélangeurs d'additifs
L'utilisation par les amateurs la plus frappante de mélangeurs simples comme celui-ci se présente sous la forme d'un égaliseur de casque ou d'un convertisseur `` mono vers stéréo '', qui convertit les canaux gauche et droit d'une prise stéréo 3,5 mm en un seul canal en utilisant deux (généralement) 10K résistances.
2. Mélangeurs multiplicatifs
Les mélangeurs multiplicatifs sont un peu plus intéressants - ils multiplient deux (ou peut-être plus, mais c'est difficile) signaux d'entrée et le produit est le signal de sortie.
L'addition est simple, mais comment multiplier électroniquement ?
Il y a une autre petite astuce mathématique que nous pouvons appliquer ici, appelée logarithme.
Un logarithme pose fondamentalement la question - à quelle puissance une base donnée doit -elle être élevée pour donner le résultat?
En d'autres termes, 2 x = 8, x =?
En termes de logarithmes, cela peut être écrit comme suit:
log 2 x = 8
L'écriture des nombres en termes d'exposant d'une base commune nous permet d'utiliser une autre propriété mathématique de base:
a x xa y = a x + y
Multiplier deux exposants avec une base commune équivaut à ajouter les exposants puis à élever la base à cette puissance.
Cela implique que, si nous appliquons un logarithme à deux signaux, les additionner et ensuite «prendre» un antilog équivaut à les multiplier!
La mise en œuvre du circuit peut devenir un peu compliquée.
Ici, nous allons discuter d'un circuit assez simple appelé un mélangeur de cellules Gilbert .
Mélangeur de cellules Gilbert
La figure ci-dessous montre le circuit mélangeur de cellule Gilbert.
Le circuit peut sembler très intimidant au début, mais comme tous les circuits compliqués, celui-ci peut être décomposé en blocs fonctionnels plus simples.
Les paires de transistors Q8 / Q10, Q11 / Q9 et Q12 / Q13 forment des amplificateurs différentiels individuels.
Les amplificateurs différentiels amplifient simplement les tensions d'entrée différentielles vers les deux transistors. Considérez le circuit simple illustré dans la figure ci-dessous.
L'entrée est sous forme différentielle, entre les bases des transistors Q14 et Q15. Les tensions de base sont les mêmes, de même que les courants de collecteur et la tension aux bornes de R23 et R24 sont les mêmes, de sorte que la tension différentielle de sortie est nulle. S'il y a une différence dans les tensions de base, les courants de collecteur diffèrent, établissant des tensions différentes entre les deux résistances. L'oscillation de sortie est plus grande que l'oscillation d'entrée, grâce à l'action du transistor.
Ce qu'il faut retenir, c'est que le gain de l'amplificateur dépend du courant de queue, qui est la somme des deux courants de collecteur. Plus le courant de queue est élevé, plus le gain est important.
Dans le circuit mélangeur de cellules Gilbert illustré ci-dessus, les deux amplificateurs de différentiels supérieurs (formés par Q8 / Q10 et Q11 / Q9) ont des sorties interconnectées et un ensemble commun de charges.
Lorsque les courants de queue des deux amplificateurs sont les mêmes et que l'entrée différentielle A est égale à 0, les tensions aux bornes des résistances sont les mêmes et il n'y a pas de sortie. C'est également le cas lorsque l'entrée A a une faible tension différentielle, puisque les courants de queue sont les mêmes, la connexion transversale annule la sortie globale.
Ce n'est que lorsque les deux courants de queue sont différents que la tension de sortie est fonction de la différence des courants de queue.
En fonction du courant de queue le plus grand ou le plus petit, le gain peut être positif ou négatif (par rapport au signal d'entrée), c'est-à-dire inversant ou non inverseur.
La différence des courants de queue est réalisée à l'aide d'un autre amplificateur différentiel formé par les transistors Q12 / Q13.
Le résultat global est que l'oscillation différentielle de sortie est proportionnelle au produit des oscillations différentielles des entrées A et B.
Construire un mélangeur de cellules Gilbert
Pièces requises:
1. 3x résistances 3.3K
2. 6x transistors NPN (2N2222, BC547, etc.)
Deux ondes sinusoïdales déphasées sont introduites dans les entrées (indiquées par les traces jaune et bleue), et la sortie est affichée en rose dans l'image ci-dessous, par rapport à la fonction de multiplication mathématique de l'oscilloscope, dont la sortie est la trace violette.
Étant donné que l'oscilloscope effectue une multiplication «en temps réel», les entrées devaient être couplées en courant alternatif pour calculer également le pic négatif, car les entrées du mélangeur réel étaient couplées en courant continu et il pouvait gérer la multiplication des deux polarités.
Il existe également une légère différence de phase entre la sortie du mélangeur et la trace de l'oscilloscope, car des choses comme les délais de propagation doivent être prises en compte dans la vie réelle.
Applications des mélangeurs multiplicatifs
La plus grande utilisation des mélangeurs multiplicatifs est dans les circuits RF, pour démoduler les formes d'onde haute fréquence en les mélangeant avec une forme d'onde de fréquence intermédiaire.
Une cellule de Gilbert comme celle-ci est un multiplicateur à quatre quadrants , ce qui signifie que la multiplication dans les deux polarités est possible, en suivant les règles simples:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Générateur d'onde sinusoïdale Arduino
Toutes les formes d'onde utilisées pour ce projet ont été générées à l'aide d'un Arduino. Nous avons précédemment expliqué en détail le circuit générateur de fonctions Arduino.
Schéma:
Explication du code:
La section de configuration crée deux tables de recherche avec les valeurs de la fonction sinus, mises à l'échelle à un entier de 0 à 255 et une phase décalée de 90 degrés.
La section de boucle écrit simplement les valeurs stockées dans la table de recherche dans le temporisateur PWM. La sortie des broches PWM 11 et 3 peut être filtrée passe-bas pour obtenir une onde sinusoïdale presque parfaite. C'est un bon exemple de DDS, ou synthèse numérique directe.
L'onde sinusoïdale résultante a une fréquence très basse, limitée par la fréquence PWM. Cela peut être corrigé avec une magie de registre de bas niveau. Le code Arduino complet pour le générateur d'onde sinusoïdale est donné ci-dessous:
Code Arduino:
#define pinOne 11 #define pinTwo 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); pour (phase = 0, i = 0; phase <= (2 * pi); phase = phase + 0,1, i ++) {result = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (phase)))); sineValuesOne = résultat; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (phase - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } boucle vide () {pour (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); retard (5); }}
Conclusion
Les mélangeurs sont des circuits électroniques qui ajoutent ou multiplient deux entrées. Ils trouvent une large utilisation dans l'audio, les RF et parfois comme éléments d'un ordinateur analogique.