混頻器是一種特殊類型的電子電路，它結(jié)合了兩個信號(周期性重復(fù)的波形)?；祛l器在音頻和射頻系統(tǒng)中有很多用途，很少用作簡單的模擬“計算機(jī)”。有兩種類型的模擬音頻混頻器-加法混頻器和乘法混頻器。

1. 加法混頻器

顧名思義，加法混頻器只是在任意時刻將兩個信號的值加在一起，從而在輸出端產(chǎn)生連續(xù)波形，即單個波形值的總和。

最簡單的加法混頻器只是兩個信號源以以下方式連接到兩個電阻：

電阻器防止信號源相互干擾，附加發(fā)生在共同節(jié)點(diǎn)，而不是信號源本身。這種方法的美妙之處在于，可以根據(jù)各個電阻器的值進(jìn)行加權(quán)求和。

數(shù)學(xué)上來說,

其中“z”是輸出信號，“x”和“y”是輸入信號，“A”和“B”是比例縮放因子，即電阻值相對于彼此。

例如，如果一個電阻器值是10K，另一個是5K， A和B分別變成2和1，因?yàn)?0K是5K的兩倍。

當(dāng)然，使用這個音頻混頻器可以將兩個以上的信號組合在一起。

構(gòu)造一個簡單的加法混頻器

部分要求:

1. 2個10K電阻

2. 1x 3.3K電阻

3. 一個雙通道信號源

線路圖:

使用兩個10K電阻，輸出僅僅是輸入信號的總和。A和B都是統(tǒng)一的，因?yàn)閮蓚€標(biāo)度電阻是相同的。

黃色和藍(lán)色波形是輸入，粉紅色波形是輸出。

當(dāng)我們用3.3K電阻替換其中一個10K電阻時，比例因子變?yōu)?和1，并且一個信號的三分之一被添加到第二個電阻上。

數(shù)學(xué)方程為：

下圖顯示了粉紅色的輸出波形，黃色和藍(lán)色的輸入。

加法混頻器的應(yīng)用

最引人注目的業(yè)余愛好者使用簡單的混音器像這樣的形式來一個耳機(jī)均衡器或“單聲道到立體聲”轉(zhuǎn)換器，它轉(zhuǎn)換左右通道從3.5毫米立體聲插孔到一個單一通道使用兩個(通常)10K電阻。

2. 乘法混頻器

乘法混頻器更有趣一點(diǎn)——它們將兩個(或者更多，但這很困難)輸入信號相乘，乘積就是輸出信號。

加法很簡單，但我們怎么用電子乘法呢?

這里還有一個數(shù)學(xué)上的小技巧，叫做對數(shù)。

對數(shù)基本上是在問一個問題——給定的底數(shù)必須取幾次方才能得到結(jié)果?

換句話說，

用對數(shù)表示，可以寫成：

用共同基數(shù)的指數(shù)來表示數(shù)字，使我們能夠使用另一個基本的數(shù)學(xué)性質(zhì)：

兩個指數(shù)同底數(shù)相乘等于指數(shù)相加，然后底數(shù)取冪。

這意味著，如果我們對兩個信號應(yīng)用對數(shù)，將它們相加，然后“取”一個反對數(shù)相當(dāng)于將它們相乘!

電路的實(shí)現(xiàn)可能會變得有點(diǎn)復(fù)雜。

在這里，我們將討論一個相當(dāng)簡單的電路，稱為吉爾伯特細(xì)胞混頻器。

吉爾伯特單元混頻器

下圖顯示了吉爾伯特單元混頻器電路。

電路一開始可能看起來很嚇人，但像所有復(fù)雜的電路一樣，這個電路可以分解成更簡單的功能塊。

晶體管對Q8/Q10， Q11/Q9和Q12/Q13形成單獨(dú)的差分放大器。

差分放大器只是將差分輸入電壓放大到兩個晶體管?？紤]下圖所示的簡單電路。

輸入是差分形式，在晶體管Q14和Q15的基極之間?；鶚O電壓相同，集電極電流相同，R23和R24的電壓相同，因此輸出差分電壓為零。如果基極電壓不同，則集電極電流不同，從而在兩個電阻器上設(shè)置不同的電壓。由于晶體管的作用，輸出擺幅比輸入擺幅大。

由此得出的結(jié)論是，放大器的增益取決于尾電流，即兩個集電極電流的總和。尾電流越大，增益越大。

在上面顯示的吉爾伯特單元混頻器電路中，頂部的兩個差差放大器(由Q8/Q10和Q11/Q9組成)具有交叉連接的輸出和一組共同的負(fù)載。

當(dāng)兩個放大器的尾電流相同且差分輸入A為0時，電阻兩端的電壓相同，沒有輸出。當(dāng)輸入A有一個小的差分電壓時也是如此，因?yàn)槲膊侩娏魇窍嗤模徊孢B接抵消了整體輸出。

只有當(dāng)兩個尾電流不同時，輸出電壓是尾電流差的函數(shù)。

根據(jù)尾電流的大小，增益可以是正的或負(fù)的(相對于輸入信號)，即反相或非反相。

尾電流的差異是由晶體管Q12/Q13組成的另一個差分放大器帶來的。

總的結(jié)果是，輸出的微分?jǐn)[幅與輸入A和B的微分?jǐn)[幅的乘積成正比。

構(gòu)建吉爾伯特細(xì)胞混頻器

部分要求:

1. 3x 3.3K電阻

2. 6個NPN晶體管(2N2222、BC547等)

兩個相移正弦波被送入輸入(由黃色和藍(lán)色跡線顯示)，輸出在下圖中顯示為粉紅色，與示波器的數(shù)學(xué)乘法函數(shù)相比，其輸出是紫色跡線。

由于示波器做“實(shí)時”乘法，輸入必須是交流耦合的，這樣它也可以計算負(fù)峰值，因?yàn)閷?shí)際混頻器的輸入是直流耦合的，它可以處理兩個極性的乘法。

混頻器輸出和范圍跟蹤之間也有輕微的相位差，因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)生活中必須考慮傳播延遲等問題。

乘法混頻器的應(yīng)用

乘法混頻器的最大用途是在射頻電路中，通過將高頻波形與中頻波形混合來解調(diào)高頻波形。

像這樣的吉爾伯特細(xì)胞是一個四象限乘法器，這意味著兩個極性的乘法都是可能的，遵循簡單的規(guī)則：

Arduino正弦波發(fā)生器

本項(xiàng)目使用的所有波形都是使用Arduino生成的。我們之前已經(jīng)詳細(xì)解釋了Arduino函數(shù)生成器電路。

線路圖:

代碼的解釋:

設(shè)置部分創(chuàng)建兩個查找表，其中包含正弦函數(shù)的值，縮放為從0到255的整數(shù)，一個相位移動90度。
循環(huán)部分簡單地將存儲在查找表中的值寫入PWM定時器。PWM引腳11和3的輸出可以進(jìn)行低通濾波，以獲得近乎完美的正弦波。這是DDS(直接數(shù)字合成)的一個很好的例子。
由此產(chǎn)生的正弦波具有非常低的頻率，受到PWM頻率的限制。這可以用一些低級的寄存器魔法來修復(fù)。正弦波發(fā)生器的完整Arduino代碼如下：
Arduino代碼:

結(jié)論

混頻器是將兩個輸入相加或相乘的電子電路。它們廣泛應(yīng)用于音頻、射頻，偶爾也用作模擬計算機(jī)的元件。

本文編譯自circuitdigest