Elektronisk mixer

För köksredskapet, se mixer (matlagning) .

En enkel tre-kanals passiv tillsatsblandare. Fler kanaler kan läggas till genom att helt enkelt lägga till fler ingångsjack och mixmotstånd.

En "virtuell mald" aktiv tillsatsblandare. Buffertförstärkarna tjänar till att reducera överhörning och distorsion.

En elektronisk mixer är en enhet som kombinerar två eller flera elektriska eller elektroniska signaler till en eller två sammansatta utsignaler. Det finns två grundläggande kretsar som båda använder termen mixer , men de är väldigt olika typer av kretsar: additiv mixers och multiplikativ mixers. Additivblandare är också kända som analoga adderare för att skilja från de relaterade digitala adderkretsarna .

Enkla additivblandare använder Kirchhoffs kretslagar för att addera strömmarna för två eller flera signaler tillsammans, och denna terminologi ("mixer") används endast inom ljudelektronikens område där ljudblandare används för att lägga ihop ljudsignaler såsom röstsignaler , musiksignaler och ljudeffekter .

Multiplikativa mixrar multiplicerar två tidsvarierande insignaler omedelbart (ögonblick för ögonblick). Om de två ingångssignalerna båda är sinusformade med specificerade frekvenser f ₁ och f ₂ , kommer mixerns utgång att innehålla två nya sinusoider som har summan f ₁ + f ₂ frekvens och skillnadsfrekvensens absoluta värde |f ₁ - f ₂ |.

Varje icke-linjärt elektroniskt block som drivs av två signaler med frekvenserna f ₁ och f ₂ skulle generera intermodulations- (blandnings)produkter. En multiplikator (som är en olinjär enhet) genererar idealiskt endast summa- och skillnadsfrekvenserna, medan ett godtyckligt olinjärt block också genererar signaler vid 2·f 1 -3·f ₂ , _etc. Därför normala olinjära förstärkare eller bara enstaka dioder har använts som blandare, istället för en mer komplex multiplikator. En multiplikator har vanligtvis fördelen att avvisa – åtminstone delvis – oönskade intermodulationer av högre ordning och större omvandlingsvinst.

Tillsatsblandare

Se även: Mixerbord

Additivblandare lägger till två eller flera signaler och ger ut en sammansatt signal som innehåller frekvenskomponenterna för var och en av källsignalerna. De enklaste additivblandarna är resistornätverk, och därmed rent passiva , medan mer komplexa matrisblandare använder aktiva komponenter som buffertförstärkare för impedansmatchning och bättre isolering.

Multiplikativa blandare

Huvudartikel: Frekvensmixer

En idealisk multiplikativ mixer producerar en utsignal som är lika med produkten av de två insignalerna. I kommunikationer används ofta en multiplikativ mixer tillsammans med en oscillator för att modulera signalfrekvenser. En multiplikativ mixer kan kopplas till ett filter för att antingen uppkonvertera eller nedkonvertera en insignalsfrekvens, men de används oftare för att nedkonvertera till en lägre frekvens för att möjliggöra enklare filterdesigner, som görs i superheterodynmottagare . I många typiska kretsar innehåller den enda utsignalen faktiskt flera vågformer, nämligen de som är summan och skillnaden mellan de två ingångsfrekvenserna och övertonsvågformerna. Utsignalen kan erhållas genom att ta bort de andra signalkomponenterna med ett filter.í

Ytterligare information: Mellanfrekvens

Matematisk behandling

Den mottagna signalen kan representeras som

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

och den för den lokala oscillatorn kan representeras som

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

För enkelhetens skull, antag att utsignalen I från detektorn är proportionell mot kvadraten på amplituden:

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

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

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

$+\varphi )\right]}$

${\displaystyle +E_{\mathrm {sig} }E_{ \mathrm {LO} }\left[\cos((\omega _{\mathrm {sig} }+\omega _{\mathrm {LO} })t+\varphi )+\cos((\omega _{\mathrm {sig} }-\omega _{\mathrm {LO} })$

$=\underbrace {\frac {E_{\ mathrm {sig} }^{2}+E_{\mathrm {LO} }^{2}}{2}} _{konstant\;komponent}+\underbrace {{\frac {E_{\mathrm {sig} } ^{2}}{2}}\cos(2\omega _{\mathrm {sig} }t+2\varphi )+{\frac {E_{\mathrm {LO} }^{2}}{2} }\cos(2\omega _{\mathrm {LO} }t)+E_{\mathrm {sig} }E_{\mathrm {LO} }\cos((\omega _{\mathrm {sig} }+\ omega _{\mathrm {LO} })t+\varphi )} _{hög\;frekvens\;komponent}$

$+\underbrace {E_{\mathrm {sig} }E_{\mathrm {LO} }\cos((\omega _{\mathrm {sig} }-\omega _{\mathrm {LO} })t+ \varphi )} _{beat\;komponent}.$

Utsignalen har hög frekvens ( $2\omega _{\mathrm {sig} }$ , $2\omega _{\mathrm {LO} }$ och ${\displaystyle \omega _{\mathrm {sig} }+\omega _{\mathrm {LO} }} )$ och konstanta komponenter. Vid heterodyndetektering filtreras de högfrekventa komponenterna och vanligtvis de konstanta komponenterna bort, vilket lämnar mellanfrekvensen (slag) vid $\omega _{\mathrm {sig} }-\omega _ {\mathrm {LO} }$ . Amplituden för denna sista komponent är proportionell mot signalstrålningens amplitud. Med lämplig signalanalys kan fasen för signalen också återställas.

Om $\omega _{\mathrm {LO} }$ är lika med $\omega _{\mathrm {sig} }$ så är beat-komponenten en återställd version av originalet signal, med amplituden lika med produkten av $E_{\mathrm {sig} }$ och $E_{\mathrm {LO} }$ ; det vill säga den mottagna signalen förstärks genom att blandas med lokaloscillatorn [ . Detta är grunden för en direktkonverteringsmottagare .

Genomföranden

Multiplikativa blandare har implementerats på många sätt. De mest populära är Gilbert-cellblandare , diodblandare , diodringblandare ( ringmodulering ) och switchande blandare. Diodblandare drar fördel av diodanordningarnas icke-linjäritet för att producera den önskade multiplikationen i kvadrattermen. De är mycket ineffektiva eftersom det mesta av uteffekten är i andra oönskade termer som behöver filtreras bort. Billiga AM-radioer använder fortfarande diodblandare.

Elektroniska blandare tillverkas vanligtvis med transistorer och/eller dioder anordnade i en balanserad krets eller till och med en dubbelbalanserad krets. De tillverkas lätt som monolitiska integrerade kretsar eller hybridintegrerade kretsar . De är designade för en mängd olika frekvensområden, och de är masstillverkade till snäva toleranser av hundratusentals, vilket gör dem relativt billiga.

Dubbelbalanserade blandare används mycket i mikrovågskommunikation , satellitkommunikation , ultrahögfrekventa (UHF) kommunikationssändare , radiomottagare och radarsystem .

Gilbert-cellblandare är ett arrangemang av transistorer som multiplicerar de två signalerna.

Switching mixers använder arrayer av fälteffekttransistorer eller vakuumrör . Dessa används som elektroniska omkopplare för att alternera signalriktningen. De styrs av att signalen blandas. De är särskilt populära med digitalt styrda radioapparater. Växlingsblandare skickar mer effekt och lägger vanligtvis in mindre distorsion än Gilbert-cellblandare.