Mikser elektroniczny

Aby zapoznać się z przyborami kuchennymi, zobacz mikser (gotowanie) .

Prosty trzykanałowy pasywny mikser addytywny. Więcej kanałów można dodać, po prostu dodając więcej gniazd wejściowych i rezystorów miksujących.

Aktywny mikser dodatków „wirtualnej ziemi”. Wzmacniacze buforowe służą do redukcji przesłuchów i zniekształceń.

Mikser elektroniczny to urządzenie, które łączy dwa lub więcej sygnałów elektrycznych lub elektronicznych w jeden lub dwa kompozytowe sygnały wyjściowe. Istnieją dwa podstawowe obwody, które używają terminu mikser , ale są to bardzo różne typy obwodów: miksery addytywne i miksery multiplikatywne. Miksery addytywne są również znane jako sumatory analogowe w celu odróżnienia od powiązanych cyfrowych obwodów sumujących .

Proste miksery addytywne wykorzystują prawa obwodu Kirchhoffa do dodawania prądów dwóch lub więcej sygnałów razem, a ta terminologia („mikser”) jest używana tylko w dziedzinie elektroniki audio , w której miksery audio są używane do dodawania sygnałów audio , takich jak sygnały głosowe , sygnały muzyczne i efekty dźwiękowe .

Miksery multiplikatywne zwielokrotniają razem dwa zmienne w czasie sygnały wejściowe natychmiast (chwila po chwili). Jeżeli oba sygnały wejściowe są sinusoidami o określonych częstotliwościach f ₁ i f ₂ , to na wyjściu miksera pojawią się dwie nowe sinusoidy o sumie częstotliwości f ₁ + f ₂ i wartości bezwzględnej różnicy częstotliwości |f ₁ - f ₂ |.

Każdy nieliniowy blok elektroniczny sterowany dwoma sygnałami o częstotliwościach f1 _i f2 _generowałby produkty intermodulacji (miksowania). Mnożnik (który jest urządzeniem nieliniowym) w idealnym przypadku będzie generował tylko sumę i różnicę częstotliwości, podczas gdy dowolny blok nieliniowy będzie również generował sygnały przy 2·f 1 -3·f ₂ itd _. Dlatego zwykłe wzmacniacze nieliniowe lub tylko pojedyncze diody zostały użyte jako miksery zamiast bardziej złożonego mnożnika. Mnożnik zwykle ma tę zaletę, że odrzuca - przynajmniej częściowo - niepożądane intermodulacje wyższego rzędu i większy zysk konwersji.

Miksery dodatków

Zobacz też: Mikser

Miksery addytywne dodają dwa lub więcej sygnałów , dając sygnał złożony, który zawiera składowe częstotliwości każdego z sygnałów źródłowych. Najprostszymi mikserami addytywnymi są sieci rezystorów, a zatem czysto pasywne , podczas gdy bardziej złożone miksery matrycowe wykorzystują aktywne komponenty, takie jak wzmacniacze buforowe , w celu dopasowania impedancji i lepszej izolacji.

Miksery multiplikatywne

Główny artykuł: Mikser częstotliwości

Idealny mikser multiplikatywny wytwarza sygnał wyjściowy równy iloczynowi dwóch sygnałów wejściowych. W komunikacji mikser multiplikatywny jest często używany razem z oscylatorem do modulowania częstotliwości sygnału. Mikser multiplikatywny można połączyć z filtrem w celu konwersji w górę lub w dół częstotliwości sygnału wejściowego, ale są one częściej używane do konwersji w dół do niższej częstotliwości, aby umożliwić prostsze konstrukcje filtrów, jak to ma miejsce w odbiornikach superheterodynowych . W wielu typowych obwodach pojedynczy sygnał wyjściowy zawiera w rzeczywistości wiele przebiegów, a mianowicie sumę i różnicę dwóch częstotliwości wejściowych i przebiegów harmonicznych. Sygnał wyjściowy można uzyskać usuwając inne składowe sygnału za pomocą filtra

Dalsze informacje: Częstotliwość pośrednia

Leczenie matematyczne

Odebrany sygnał można przedstawić jako

${\ Displaystyle E _ {\ operatorname {sig}} \ sałata (\ omega _ {\ operatorname {sig}} t + \ varphi) \,}$

a lokalny oscylator można przedstawić jako

${\ Displaystyle E _ {\ operatorname {LO}} \ cos (\ omega _ {\ operatorname {LO}} t). \,}$

Dla uproszczenia załóżmy, że wyjście I detektora jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy:

${\ Displaystyle I \ propto \ lewo (E _ {\ operatorname {sig}} \ cos(\omega _{\mathrm {sig}}t+\varphi )+E_{\mathrm {LO}}\cos(\omega _{\mathrm {LO}}t)\right)^{2}}$

${\ Displaystyle = {\ Frac {E _ {\ operatorname {sig}} ^ {2} {2}} \ lewo ( 1 + \ sałata (2 \ omega _ {\ operatorname {sig}} t + 2 \ varphi ) \ prawo)}$

${\ Displaystyle + { \frac {E_{\mathrm {LO} }^{2}}{2}}(1+\cos(2\omega _{\mathrm {LO}}t))}$

${\ Displaystyle + E _ {\ operatorname {sig}} E_ { \mathrm {LO} }\left[\cos((\omega _{\mathrm {sig}}+\omega _{\mathrm {LO}})t+\varphi )+\cos((\omega _{\mathrm {sig} } -\omega _{\mathrm {LO}})t+\varphi )\right]}$

${\ Frac {E_ {\ mathrm {znak} }^{2}+E_{\mathrm {LO} }^{2}}{2}} _{stała\;komponent}+\underbrace {{\frac {E_{\mathrm {znak}} ^{2}}{2}}\cos(2\omega _{\mathrm {sig}}t+2\varphi )+{\frac {E_{\mathrm {LO}}^{2}}{2} }\cos(2\omega _{\mathrm {LO}}t)+E_{\mathrm {sig} }E_{\mathrm {LO}}\cos((\omega _{\mathrm {sig} }+\ omega _ {\ operatorname {LO} }) t+\varphi )} _ {wysoka\;częstotliwość\;składnik}}$

${\ Displaystyle + \ underbrace {E _ {\ operatorname {sig}} E _ {\ operatorname {LO}} \ cos ((\ omega _ {\ operatorname {sig}} - \ omega _ {\ operatorname {LO}}) t + \varphi )} _{uderzenie\;komponent}.}$

Wyjście ma wysoką częstotliwość ( $\ Displaystyle$ 2 $}}}$ i ${\ Displaystyle \ omega _ {\ operatorname {sig}} + \ omega _ {\ operatorname {LO}}})$ i stałe składniki. W wykrywaniu heterodynowym składowe o wysokiej częstotliwości i zwykle składowe stałe są odfiltrowywane, pozostawiając częstotliwość pośrednią (dudnienie) na poziomie ${\ Displaystyle \ omega _ {\ operatorname {sig}} - \ omega _ {\ operatorname {LO}}}$ . Amplituda tej ostatniej składowej jest proporcjonalna do amplitudy promieniowania sygnału. Dzięki odpowiedniej analizie sygnału można również odzyskać fazę sygnału.

Jeśli jest równe ${\ Displaystyle \ omega _ {\ operatorname {LO}}}$ jest równe ${\ Displaystyle \ omega _ {\ operatorname {sig}}},$ to komponent rytmu jest odzyskaną wersją oryginału ω L O {\ Displaystyle \ omega _ {\ operatorname {LO}}} sygnał o amplitudzie równej iloczynowi mi s ja $_ {\ operatorname {$$}$ Displaystyle ; to znaczy, że odbierany sygnał jest wzmacniany przez mieszanie z lokalnym oscylatorem . Jest to podstawa odbiornika z konwersją bezpośrednią .

Implementacje

Miksery multiplikatywne zostały zaimplementowane na wiele sposobów. Najpopularniejsze to miksery ogniw Gilberta , miksery diodowe , diodowe miksery pierścieniowe ( modulacja pierścieniowa ) oraz miksery przełączające. Miksery diodowe wykorzystują nieliniowość urządzeń diodowych do uzyskania pożądanego mnożenia w członie kwadratowym. Są bardzo nieefektywne, ponieważ większość mocy wyjściowej jest w innych niepożądanych terminach, które wymagają odfiltrowania. Niedrogie radia AM nadal używają mikserów diodowych.

Miksery elektroniczne są zwykle wykonane z tranzystorów i / lub diod ułożonych w obwodzie zbalansowanym lub nawet podwójnie zbalansowanym. Są one łatwo produkowane jako monolityczne układy scalone lub hybrydowe układy scalone . Są zaprojektowane dla szerokiej gamy zakresów częstotliwości i są produkowane masowo z wąskimi tolerancjami przez setki tysięcy, co czyni je stosunkowo tanimi.

Podwójnie zbalansowane miksery są bardzo szeroko stosowane w komunikacji mikrofalowej , komunikacji satelitarnej , nadajnikach komunikacyjnych ultrawysokiej częstotliwości (UHF) , odbiornikach radiowych i systemach radarowych .

Miksery ogniw Gilberta to układ tranzystorów, który mnoży dwa sygnały.

Miksery przełączające wykorzystują tablice tranzystorów polowych lub lamp próżniowych . Są one używane jako przełączniki elektroniczne do zmiany kierunku sygnału. Są one sterowane przez miksowany sygnał. Są szczególnie popularne w radiotelefonach sterowanych cyfrowo. Miksery przełączające przekazują więcej mocy i zwykle wprowadzają mniej zniekształceń niż miksery Gilbert Cell.