- 1. Misturadores de aditivos
- Construindo um Misturador Simples de Aditivos
- 2. Mixers Multiplicativos
- Misturador de células Gilbert
- Arduino Sine Wave Generator
- Conclusão
Um mixer é um tipo especial de circuito eletrônico que combina dois sinais (formas de onda que se repetem periodicamente). Os mixers são muito usados em sistemas de áudio e RF e raramente são usados como simples 'computadores' analógicos. Existem dois tipos de Mixers de Áudio Analógico - Mixers Aditivos e Mixers Multiplicativos.
1. Misturadores de aditivos
Como o nome sugere, os mixers aditivos simplesmente somam os valores de dois sinais a qualquer instante, o que resulta em uma forma de onda contínua na saída que é a soma dos valores das formas de onda individuais.
O misturador aditivo mais simples é simplesmente duas fontes de sinal conectadas a dois resistores da seguinte maneira:
Os resistores evitam que as fontes de sinal interfiram umas com as outras, a adição acontece no nó comum, não nas próprias fontes de sinal. A beleza desse método é que uma soma ponderada é possível, dependendo dos valores do resistor individual.
Matematicamente falando, z = Ax + Por
Onde 'z' é o sinal de saída, 'x' e 'y' são o sinal de entrada e 'A' e 'B' são os fatores de escala raciométrica, ou seja, os valores do resistor em relação um ao outro.
Por exemplo, se um dos valores do resistor for 10K e o outro 5K, A e B se tornarão 2 e 1 respectivamente, já que 10K é duas vezes 5K.
Obviamente, mais de dois sinais podem ser combinados usando este mixer de áudio.
Construindo um Misturador Simples de Aditivos
Peças necessárias:
1. 2x resistores de 10K
2. 1 resistor de 3,3K
3. Uma fonte de sinais de dois canais
Diagrama de circuito:
Com os dois resistores de 10K, a saída é simplesmente a soma dos sinais de entrada. A e B são ambos unitários, uma vez que os dois resistores de escala são iguais.
As formas de onda amarela e azul são as entradas e a forma de onda rosa é a saída.
Quando substituímos um dos resistores de 10K por um resistor de 3,3K, os fatores de escala tornam-se 3 e 1 e um terço de um sinal é adicionado ao segundo.
A equação matemática é:
z = x + 3y
A figura abaixo mostra a forma de onda de saída resultante em rosa e as entradas em amarelo e azul.
Aplicação de misturadores de aditivos
O uso amador mais notável de mixers simples como este vem na forma de um equalizador de fone de ouvido ou um conversor 'mono para estéreo', que converte os canais esquerdo e direito de um conector estéreo de 3,5 mm em um único canal usando dois (geralmente) 10K resistores.
2. Mixers Multiplicativos
Os mixers multiplicativos são um pouco mais interessantes - eles multiplicam dois (ou talvez mais, mas isso é difícil) sinais de entrada e o produto é o sinal de saída.
A adição é simples, mas como nos multiplicamos eletronicamente ?
Há outro pequeno truque matemático que podemos aplicar aqui, chamado logaritmo.
Um logaritmo é basicamente fazer a pergunta - a que potência uma determinada base deve ser elevada para dar o resultado?
Em outras palavras, 2 x = 8, x =?
Em termos de logaritmos, isso pode ser escrito como:
log 2 x = 8
Escrever números em termos de um expoente de uma base comum nos permite usar outra propriedade matemática básica:
a x xa y = a x + y
Multiplicar dois expoentes com uma base comum é equivalente a somar os expoentes e então elevar a base a essa potência.
Isso tem a implicação de que, se aplicarmos um logaritmo a dois sinais, adicioná-los e então 'pegar' um antilog é equivalente a multiplicá-los!
A implementação do circuito pode ser um pouco complicada.
Aqui, discutiremos um circuito bastante simples denominado misturador de células Gilbert .
Misturador de células Gilbert
A figura abaixo mostra o circuito do mixer da célula Gilbert.
O circuito pode parecer muito intimidante no início, mas como todos os circuitos complicados, este pode ser dividido em blocos funcionais mais simples.
Os pares de transistores Q8 / Q10, Q11 / Q9 e Q12 / Q13 formam amplificadores diferenciais individuais.
Os amplificadores diferenciais simplesmente amplificam as tensões de entrada diferenciais para os dois transistores. Considere o circuito simples mostrado na figura abaixo.
A entrada está na forma diferencial, entre as bases dos transistores Q14 e Q15. As tensões básicas são as mesmas, assim como as correntes do coletor e a tensão em R23 e R24 são as mesmas, portanto, a tensão diferencial de saída é zero. Se houver uma diferença nas tensões de base, as correntes do coletor diferem, configurando tensões diferentes nos dois resistores. A oscilação de saída é maior do que a oscilação de entrada, graças à ação do transistor.
A conclusão é que o ganho do amplificador depende da corrente de cauda, que é a soma das duas correntes de coletor. Quanto maior a corrente de cauda, maior o ganho.
No circuito do misturador de célula Gilbert mostrado acima, os dois amplificadores principais (formados por Q8 / Q10 e Q11 / Q9) têm saídas conectadas cruzadas e um conjunto comum de cargas.
Quando as correntes de cauda dos dois amplificadores são as mesmas e a entrada diferencial A é 0, as tensões nos resistores são as mesmas e não há saída. Este também é o caso quando a entrada A tem uma pequena tensão diferencial, uma vez que as correntes de cauda são as mesmas, a conexão cruzada cancela a saída geral.
Somente quando as duas correntes de cauda são diferentes, a tensão de saída é uma função da diferença das correntes de cauda.
Dependendo de qual corrente de cauda é maior ou menor, o ganho pode ser positivo ou negativo (relativo ao sinal de entrada), ou seja, inversor ou não inversor.
A diferença nas correntes de cauda é produzida usando outro amplificador diferencial formado pelos transistores Q12 / Q13.
O resultado geral é que a oscilação diferencial de saída é proporcional ao produto das oscilações diferenciais das entradas A e B.
Construindo um Gilbert Cell Mixer
Peças necessárias:
1. 3 resistores de 3,3K
2. 6x transistores NPN (2N2222, BC547, etc.)
Duas ondas senoidais com deslocamento de fase são alimentadas nas entradas (mostradas pelos traços amarelo e azul) e a saída é mostrada em rosa na imagem abaixo, em comparação com a função matemática de multiplicação do osciloscópio, cuja saída é o traço roxo.
Uma vez que o osciloscópio faz multiplicação em 'tempo real', as entradas tinham que ser acopladas em CA para que ele calculasse o pico negativo também, já que as entradas para o mixer real eram acopladas em CC e ele poderia lidar com a multiplicação de ambas as polaridades.
Também há uma ligeira diferença de fase entre a saída do mixer e o rastreamento do osciloscópio, uma vez que coisas como atrasos de propagação devem ser considerados na vida real.
Aplicações de misturadores multiplicativos
O maior uso de mixers multiplicativos é em circuitos de RF, para demodular formas de onda de alta frequência, misturando-as com uma forma de onda de frequência intermediária.
Uma célula de Gilbert como esta é um multiplicador de quatro quadrantes , o que significa que a multiplicação em ambas as polaridades é possível, seguindo as regras simples:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino Sine Wave Generator
Todas as formas de onda usadas para este projeto foram geradas usando um Arduino. Explicamos anteriormente o circuito gerador de funções do Arduino em detalhes.
Diagrama de circuito:
Explicação do código:
A seção de configuração cria duas tabelas de pesquisa com os valores da função seno, escalados para um número inteiro de 0 a 255 e uma fase deslocada em 90 graus.
A seção de loop simplesmente grava os valores armazenados na tabela de pesquisa no cronômetro PWM. A saída dos pinos PWM 11 e 3 pode ser filtrada em passa-baixa para obter uma onda senoidal quase perfeita. Este é um bom exemplo de DDS, ou síntese digital direta.
A onda senoidal resultante tem uma frequência muito baixa, limitada pela frequência PWM. Isso pode ser corrigido com alguma magia de registro de baixo nível. O código Arduino completo para o gerador de onda senoidal é fornecido abaixo:
Código 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); para (fase = 0, i = 0; fase <= (2 * pi); fase = fase + 0,1, i ++) {resultado = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase)))); sineValuesOne = resultado; resultTwo = (50 * (2,5 + (2,5 * sin (fase - (pi * 0,5))))); sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop () {para (i = 0; i <= n; i ++) {analogWrite (pinOne, sineValuesOne); analogWrite (pinTwo, sineValuesTwo); atraso (5); }}
Conclusão
Mixers são circuitos eletrônicos que adicionam ou multiplicam duas entradas. Eles encontram amplo uso em áudio, RF e, ocasionalmente, como elementos de um computador analógico.