Электронный смеситель

редактировать

Простой трехканальный пассивный аддитивный смеситель. Можно добавить больше каналов, просто добавив больше входных разъемов и резисторов микширования.

Смеситель с активными добавками "виртуальная земля". Буферные усилители служат для уменьшения перекрестных помех и искажений.

электронный смеситель - это устройство, объединяющее два или более электрических или электронных сигналов в один или два композитные выходные сигналы. Есть две основные схемы, в обеих которых используется термин микшер, но это очень разные типы схем: аддитивные миксеры и мультипликативные миксеры. Аддитивные смесители также известны как «аналоговые сумматоры », чтобы отличать их от связанных схем цифрового сумматора.

Простые аддитивные смесители используют законы схемы Кирхгофа для сложения токов двух или больше сигналов вместе, и эта терминология («микшер») используется только в области аудиоэлектроники, где аудиомикшеры используются для суммирования аудиосигналов, таких как голосовые сигналы, музыкальные сигналы и звуковые эффекты.

мультипликативные микшеры умножают вместе два изменяющихся во времени входных сигнала мгновенно (мгновенно за- мгновенное). Если оба входных сигнала являются синусоидами заданных частот f1и f 2, то на выходе смесителя будут содержаться две новые синусоиды, сумма которых равна f 1 + f 2 частота и разностная частота абсолютное значение |f1- f 2 |.

Любой нелинейный электронный блок, управляемый двумя сигналами с частотами f 1 и f 2, будет генерировать продукты интермодуляции (смешения). Умножитель (который является нелинейным устройством) в идеале будет генерировать только суммарную и разностную частоты, тогда как произвольный нелинейный блок также будет генерировать сигналы с 2 · f 1 -3 · f 2 и т. д. Поэтому в качестве смесителей использовались обычные нелинейные усилители или просто одиночные диоды, а не более сложный умножитель. Умножитель обычно имеет то преимущество, что он подавляет - по крайней мере частично - нежелательные интермодуляции более высокого порядка и больший коэффициент преобразования.

Содержание

1 Аддитивные смесители
2 Мультипликативные смесители
- 2.1 Математическая обработка
- 2.2 Реализации

Аддитивные смесители

Аддитивные смесители добавляют два или более сигналов, выдавая составной сигнал, содержащий частотные составляющие каждого из исходных сигналов. Простейшие аддитивные смесители представляют собой схемы резисторов и, следовательно, чисто пассивные, в то время как более сложные матричные смесители используют активные компоненты, такие как буферные усилители для согласование импеданса и лучшая изоляция.

Мультипликативные смесители

Идеальный мультипликативный смеситель создает выходной сигнал, равный произведению двух входных сигналов. В системах связи мультипликативный смеситель часто используется вместе с генератором для модуляции частот сигнала. Мультипликативный смеситель может быть соединен с фильтром для преобразования с повышением или с понижением частоты входного сигнала, но они чаще используются для преобразования с понижением частоты до более низкой частоты, чтобы обеспечить более простые конструкции фильтров, как это сделано в супергетеродинные приемники. Во многих типичных схемах единственный выходной сигнал фактически содержит несколько форм волны, а именно те, которые составляют сумму и разность двух входных частот и гармонических форм волны. Выходной сигнал может быть получен путем удаления других компонентов сигнала с помощью фильтра. Í

Математическая обработка

Принятый сигнал может быть представлен как

E sig cos ⁡ (ω sigt + φ) {\ displaystyle E _ {\ mathrm {sig}} \ cos (\ omega _ {\ mathrm {sig}} t + \ varphi) \,}

E_ { {\ mathrm {sig}}} \ cos (\ omega _ {{\ mathrm {sig}}} t + \ varphi) \,

, а частота гетеродина может быть представлена как

ELO cos ⁡ (ω LO t). {\ displaystyle E _ {\ mathrm {LO}} \ cos (\ omega _ {\ mathrm {LO}} t). \,}

E _ {{\ mathrm {LO}}} \ cos (\ omega _ {{\ mathrm {LO}}} t). \,

Для простоты предположим, что выход I детектора пропорционален квадрату амплитуда:

я ∝ (E sig cos ⁡ (ω sigt + φ) + ELO cos ⁡ (ω LO t)) 2 {\ displaystyle I \ propto \ left (E _ {\ mathrm {sig}} \ cos ( \ omega _ {\ mathrm {sig}} t + \ varphi) + E _ {\ mathrm {LO}} \ cos (\ omega _ {\ mathrm {LO}} t) \ right) ^ {2}}

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

= E sig 2 2 (1 + cos ⁡ (2 ω sigt + 2 φ)) {\ displaystyle = {\ frac {E _ {\ mathrm {sig}} ^ {2}} {2}} \ left (1+ \ cos (2 \ omega _ {\ mathrm {sig}} t + 2 \ varphi) \ right)}

= {\ frac {E _ {{\ mathrm {sig}}} ^ {2}} {2}} \ left (1+ \ cos (2 \ omega _ {{\ mathrm {sig}}} t + 2 \ varphi) \ right)

+ ELO 2 2 (1 + cos ⁡ (2 ω LO t)) {\ displaystyle + {\ frac {E_ {\ mathrm {LO}} ^ {2}} {2}} (1+ \ cos (2 \ omega _ {\ mathrm {LO}} t))}

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

+ E sig ELO [cos ⁡ ((ω sig + ω LO) t + φ) + cos ⁡ ((ω sig - ω LO) t + φ)] {\ displaystyle + E _ {\ mathrm {sig}} E _ {\ mathrm {LO}} \ left [\ cos ((\ omega _ {\ mathrm {sig}} + \ omega _ {\ mathrm {LO}}) t + \ varphi) + \ cos ((\ omega _ {\ mathrm {sig}} - \ omega _ {\ mathrm {LO}}) t + \ varphi) \ right]}

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

= E sig 2 + ELO 2 2 ⏟ постоянная составляющая + E sig 2 2 cos ⁡ (2 ω sigt + 2 φ) + ELO 2 2 cos ⁡ (2 ω LO t) + E sig ELO cos ⁡ ((ω sig + ω LO) t + φ) ⏟ высокочастотный компонент t {\ displaystyle = \ underbrace {\ frac {E _ {\ mathrm {sig}} ^ {2} + E _ {\ mathrm {LO}} ^ {2}} {2}} _ {константа \; component} + \ underbrace {{\ frac {E _ {\ mathrm {sig}} ^ {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 _ {\ mathrm {LO}}) t + \ varphi)} _ {высокая \; частота \; компонент}}

= \ underbrace {{\ frac {E _ {{\ mathrm {sig}}} ^ {2} + E _ {{\ mathrm {LO}}} ^ {2 }} {2}}} _ {{constant \; component}} + \ underbrace {{\ frac {E _ {\ mathrm {sig}}} ^ {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 _ {{ \ mathrm {LO}}}) t + \ varphi)} _ {{высокая \; частота \; компонент}}

+ E sig ELO cos ⁡ ((ω sig - ω LO) t + φ) ⏟ компонент биений. {\ displaystyle + \ underbrace {E _ {\ mathrm {sig}} E _ {\ mathrm {LO}} \ cos ((\ omega _ {\ mathrm {sig}} - \ omega _ {\ mathrm {LO}}) т + \ varphi)} _ {beat \; component}.}

+ \ underbrace {E _ {{\ mathrm {sig}}} E _ {{\ mathrm {LO}}} \ cos ((\ omega _ {{\ mathrm {sig}}} - \ omega _ {{\ mathrm {LO}}}) t + \ varphi)} _ {{beat \ ; компонент}}.

Выходной сигнал имеет высокую частоту ( $2 ω sig {\ displaystyle 2 \ omega _ {\ mathrm {sig}}}$ $2 \ omega _ { {\ mathrm {sig}}}$ , $2 ω LO { \ displaystyle 2 \ omega _ {\ mathrm {LO}}}$ $2 \ omega _ {{\ mathrm {LO}}}$ и $ω sig + ω LO {\ displaystyle \ omega _ {\ mathrm {sig}} + \ omega _ {\ mathrm { LO}}}$ $\ omega _ {{\ mathrm {sig}}} + \ omega _ {{\ mathrm {LO}}}$ ) и постоянные компоненты. При гетеродинном обнаружении высокочастотные компоненты и обычно постоянные компоненты отфильтровываются, оставляя промежуточную частоту (биений) на уровне $ω sig - ω LO {\ displaystyle \ omega _ {\ mathrm {sig}} - \ omega _ {\ mathrm {LO}}}$ $\ omega _ {{\ mathrm {sig}}} - \ omega _ {{\ mathrm {LO}}}$ . Амплитуда этой последней составляющей пропорциональна амплитуде сигнального излучения. При соответствующем анализе сигнала также может быть восстановлена фаза сигнала.

Если $ω LO {\ displaystyle \ omega _ {\ mathrm {LO}}}$ $\ omega _ {{\ mathrm {LO}}}$ равно $ω sig {\ displaystyle \ omega _ {\ mathrm { sig}}}$ $\ omega _ {{\ mathrm {sig}}}$ тогда компонент биений представляет собой восстановленную версию исходного сигнала с амплитудой, равной произведению $E sig {\ displaystyle E _ {\ mathrm {sig}}}$ $E _ {{\ mathrm {sig}}}$ и $ELO {\ displaystyle E _ {\ mathrm {LO}}}$ $E _ {{\ mathrm {LO}}}$ ; то есть принятый сигнал усиливается за счет смешивания с гетеродином. Это основа для приемника с прямым преобразованием..

Реализации

Мультипликативные смесители были реализованы разными способами. Наиболее популярны смесители с ячейкой Гилберта, диодные смесители, диодные кольцевые смесители (кольцевая модуляция ) и переключающие смесители. Диодные смесители используют нелинейность диодных устройств для получения желаемого умножения в квадрате. Они очень неэффективны, поскольку большая часть выходной мощности приходится на другие нежелательные значения, которые необходимо фильтровать. В недорогих AM-радиоприемниках по-прежнему используются диодные смесители.

Электронные смесители обычно изготавливаются с транзисторами и / или диодами, расположенными в симметричной схеме или даже в двойной симметричной схеме. Они легко производятся как монолитные интегральные схемы или гибридные интегральные схемы. Они разработаны для широкого диапазона частотных диапазонов, и они серийно производятся с жесткими допусками в сотни тысяч, что делает их относительно дешевыми.

Смесители с двойной балансировкой очень широко используются в микроволновой связи, спутниковой связи, сверхвысокочастотной (УВЧ) связи передатчиках, радиоприемники и радиолокационные системы.

смесители ячеек Гилберта представляют собой систему транзисторов, которая умножает два сигнала.

В импульсных смесителях используются матрицы из полевых транзисторов или электронных ламп. Они используются как электронные переключатели для изменения направления сигнала. Они управляются микшируемым сигналом. Они особенно популярны среди радиоприемников с цифровым управлением. Переключаемые смесители пропускают большую мощность и обычно вносят меньше искажений, чем смесители с ячейками Гилберта.