- 1. خلاطات مضافة
- بناء خلاط بسيط للمواد المضافة
- 2. الخلاطات المتعددة
- خلاط خلية جيلبرت
- مولد موجة جيبية اردوينو
- استنتاج
الخلاط هو نوع خاص من الدوائر الإلكترونية يجمع بين إشارتين (أشكال موجة متكررة بشكل دوري). تستخدم الخلاطات كثيرًا في أنظمة الصوت والترددات اللاسلكية ونادرًا ما تستخدم كـ "أجهزة كمبيوتر" تناظرية بسيطة. هناك نوعان من الخلاطات الصوتية التناظرية - الخلاطات الإضافية والخلاطات المضاعفة.
1. خلاطات مضافة
كما يوحي اسمها ، تضيف الخلاطات المضافة قيم إشارتين معًا في أي لحظة ، مما ينتج عنه شكل موجة مستمر عند الخرج وهو مجموع قيم أشكال الموجة الفردية.
إن أبسط خلاط مضاف هو مجرد مصدرين للإشارة متصلين بمقاومين على النحو التالي:
تمنع المقاومات مصادر الإشارة من التداخل مع بعضها البعض ، وتحدث الإضافة في العقدة المشتركة ، وليس في مصادر الإشارة نفسها. يكمن جمال هذه الطريقة في إمكانية الحصول على مبلغ مرجح ، اعتمادًا على قيم المقاوم الفردية.
رياضيا ،
ض = الفأس + بواسطة
حيث "z" هي إشارة الخرج ، و "x" و "y" هما إشارة الدخل و "A" و "B" هما عاملان قياس النسب ، أي قيم المقاوم بالنسبة لبعضهما البعض.
على سبيل المثال ، إذا كانت إحدى قيمتي المقاوم 10 كيلو والأخرى 5 كيلو ، يصبح أ وب 2 و 1 على التوالي ، لأن 10 كيلو ضعف 5 كيلو.
بالطبع ، يمكن دمج أكثر من إشارتين معًا باستخدام جهاز مزج الصوت هذا.
بناء خلاط بسيط للمواد المضافة
الأجزاء المطلوبة:
1. 2x 10 كيلو مقاومات
2. 1x 3.3 كيلو المقاوم
3. مصدر إشارات قناتين
مخطط الرسم البياني:
مع اثنين من المقاومات 10K ، يكون الناتج هو ببساطة مجموع إشارات الإدخال. A و B كلاهما وحدة ، لأن مقاومي القياس متماثلان.
الأشكال الموجية الصفراء والزرقاء هي المدخلات ، والشكل الموجي الوردي هو الناتج.
عندما نستبدل أحد مقاومات 10K بمقاوم 3.3K ، تصبح عوامل التحجيم 3 و 1 ويتم إضافة ثلث إشارة واحدة إلى الثانية.
المعادلة الرياضية هي:
ض = س + 3 ص
يوضح الشكل أدناه الشكل الموجي الناتج باللون الوردي ، والمدخلات باللون الأصفر والأزرق.
تطبيق الخلاطات المضافة
يأتي استخدام الهواة الأكثر لفتًا للانتباه للخلاطات البسيطة مثل هذا في شكل معادل سماعة رأس أو محول "أحادي إلى استريو" ، والذي يحول القناتين اليسرى واليمنى من مقبس استريو مقاس 3.5 مم إلى قناة واحدة باستخدام اثنين (عادةً) 10 كيلو المقاومات.
2. الخلاطات المتعددة
تعد الخلاطات المضاعفة أكثر إثارة للاهتمام - فهي تضاعف اثنين (أو ربما أكثر ، لكن هذا صعب) من إشارات الإدخال ويكون المنتج هو إشارة الخرج.
الجمع بسيط ، لكن كيف نضاعف إلكترونيًا ؟
هناك خدعة رياضية صغيرة أخرى يمكننا تطبيقها هنا ، تسمى اللوغاريتم.
يطرح اللوغاريتم السؤال بشكل أساسي - إلى أي قوة يجب أن ترفع قاعدة معينة لإعطاء النتيجة؟
بعبارات أخرى،
2 س = 8 ، س =؟
من حيث اللوغاريتمات ، يمكن كتابة هذا على النحو التالي:
سجل 2 س = 8
تمكننا كتابة الأرقام من حيث الأس لقاعدة مشتركة من استخدام خاصية رياضية أساسية أخرى:
و س XA ذ = و س + ص
يكافئ ضرب اثنين من الأس في أساس مشترك جمع الأسس ثم رفع القاعدة إلى تلك الأس.
هذا يعني أنه إذا طبقنا لوغاريتمًا على إشارتين ، فإن جمعهما معًا ثم "أخذ" مضاد مضاد يعادل ضربهما!
يمكن أن يكون تنفيذ الدائرة معقدًا بعض الشيء.
هنا ، سنناقش دائرة بسيطة إلى حد ما تسمى خلاط خلية جيلبرت .
خلاط خلية جيلبرت
يوضح الشكل أدناه دائرة خلاط خلية جيلبرت.
قد تبدو الدائرة مخيفة للغاية في البداية ، ولكن مثل كل الدوائر المعقدة يمكن تقسيم هذه الدائرة إلى كتل وظيفية أبسط.
تشكل أزواج الترانزستور Q8 / Q10 و Q11 / Q9 و Q12 / Q13 مضخمات تفاضلية فردية.
تقوم المضخمات التفاضلية ببساطة بتضخيم الفولتية التفاضلية المدخلة للترانزستورين. ضع في اعتبارك الدائرة البسيطة الموضحة في الشكل أدناه.
الإدخال في شكل تفاضلي ، بين قواعد الترانزستورات Q14 و Q15. الفولتية الأساسية هي نفسها ، لذا فإن تيارات المجمع والجهد عبر R23 و R24 هي نفسها ، وبالتالي فإن الجهد التفاضلي الناتج هو صفر. إذا كان هناك اختلاف في الفولتية الأساسية ، فإن تيارات المجمع تختلف ، حيث تُنشئ الفولتية المختلفة عبر المقاومين. تأرجح الخرج أكبر من تأرجح الإدخال ، وذلك بفضل عمل الترانزستور.
والخلاصة من ذلك هي أن كسب مكبر الصوت يعتمد على تيار الذيل ، وهو مجموع تيارات المجمع. كلما زاد تيار الذيل ، زاد الربح.
في دائرة خلاط جيلبرت الخلوية الموضحة أعلاه ، يحتوي أعلى مضخمين مختلفين (تم تشكيلهما بواسطة Q8 / Q10 و Q11 / Q9) على مخرجات متصلة ومجموعة مشتركة من الأحمال.
عندما تكون تيارات الذيل للمضخمين متماثلة والمدخل التفاضلي A يساوي 0 ، فإن الفولتية عبر المقاومات هي نفسها ولا يوجد خرج. هذا هو الحال أيضًا عندما يكون للمدخل A جهد تفاضلي صغير ، نظرًا لأن تيارات الذيل هي نفسها ، فإن الاتصال المتقاطع يلغي الناتج الكلي.
فقط عندما يختلف تيارات الذيل ، فإن جهد الخرج هو دالة لاختلاف التيارات الذيلية.
اعتمادًا على تيار الذيل الأكبر أو الأصغر ، يمكن أن يكون الكسب موجبًا أو سالبًا (بالنسبة لإشارة الإدخال) ، أي معكوسًا أو غير مقلوب.
يحدث الاختلاف في التيارات الخلفية باستخدام مكبر تفاضلي آخر يتكون من الترانزستورات Q12 / Q13.
النتيجة الإجمالية هي أن تأرجح المخرجات يتناسب مع منتج التقلبات التفاضلية للمدخلات A و B.
بناء خلاطة جيلبرت الخلوية
الأجزاء المطلوبة:
1. 3x 3.3 كيلو مقاومات
2. 6x NPN الترانزستورات (2N2222 ، BC547 ، إلخ.)
يتم إدخال موجات جيبية مزاحة بمرحلتين في المدخلات (كما هو موضح في الآثار الصفراء والزرقاء) ، ويظهر الناتج باللون الوردي في الصورة أدناه ، مقارنةً بوظيفة الضرب الرياضية للنطاق ، والتي يكون ناتجها هو التتبع الأرجواني.
نظرًا لأن راسم الذبذبات يقوم بضرب "الوقت الحقيقي" ، يجب أن تكون المدخلات مقترنة بالتيار المتردد بحيث يحسب الذروة السلبية أيضًا ، نظرًا لأن مدخلات الخلاط الفعلي كانت مقترنة بالتيار المستمر ويمكنه التعامل مع مضاعفة القطبين.
يوجد أيضًا اختلاف طفيف في الطور بين خرج الخلاط وتتبع النطاق ، حيث يجب مراعاة أشياء مثل تأخيرات الانتشار في الحياة الواقعية.
تطبيقات الخلاطات المتعددة
أكبر استخدام للخلاطات المضاعفة هو في دارات التردد الراديوي ، لإزالة تشكيل الموجات عالية التردد عن طريق مزجها مع شكل موجة تردد وسيط.
خلية جيلبرت مثل هذه هي مضاعف رباعي رباعي ، مما يعني أن الضرب في كلا القطبين ممكن ، باتباع القواعد البسيطة:
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
مولد موجة جيبية اردوينو
تم إنشاء جميع أشكال الموجة المستخدمة لهذا المشروع باستخدام Arduino. لقد شرحنا سابقًا دائرة مولد وظيفة Arduino بالتفصيل.
مخطط الرسم البياني:
شرح الكود:
يُنشئ قسم الإعداد جدولي بحث بقيم دالة الجيب ، مع تغيير مقياسها إلى عدد صحيح من 0 إلى 255 وطور واحد مزاح بمقدار 90 درجة.
يكتب قسم الحلقة ببساطة القيم المخزنة في جدول البحث إلى مؤقت PWM. يمكن أن يكون خرج دبابيس PWM 11 و 3 مرشحًا منخفضًا للحصول على موجة جيبية مثالية تقريبًا. هذا مثال جيد على DDS ، أو التوليف الرقمي المباشر.
الموجة الجيبية الناتجة لها تردد منخفض للغاية ، مقيد بتردد PWM. يمكن إصلاح هذا ببعض السحر تسجيل المستوى المنخفض. يتم تقديم كود Arduino الكامل لمولد الموجة الجيبية أدناه:
كود اردوينو:
# تعريف pinOne 11 # تعريف pinTwo 3 # تعريف pi 3.14 مرحلة تعويم = 0 ؛ نتيجة int ، resultTwo ، sineValuesOne ، sineValuesTwo ، i ، n ؛ إعداد باطل () {pinMode (pinOne، OUTPUT) ؛ pinMode (pinTwo ، INPUT) ؛ Serial.begin (115200) ؛ من أجل (المرحلة = 0 ، أنا = 0 ؛ المرحلة <= (2 * بي) ؛ المرحلة = المرحلة + 0.1 ، أنا ++) {النتيجة = (50 * (2.5 + (2.5 * الخطيئة (المرحلة)))) ؛ sineValuesOne = نتيجة ؛ resultTwo = (50 * (2.5 + (2.5 * sin (المرحلة - (pi * 0.5))))) ؛ sineValuesTwo = resultTwo ، } ن = أنا ؛ } حلقة فارغة () {لـ (i = 0؛ i <= n؛ i ++) {analogWrite (pinOne، sineValuesOne) ؛ analogWrite (pinTwo ، sineValuesTwo) ؛ تأخير (5) ؛ }}
استنتاج
الخلاطات عبارة عن دوائر إلكترونية تضيف أو تضاعف مدخلين. وجدوا استخدامًا مكثفًا في الصوت والترددات اللاسلكية وأحيانًا كعناصر للكمبيوتر التناظري.