混頻器是一種特殊類型的電子電路，它結(jié)合了兩個信號(周期性重復的波形)。混頻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”。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，而不是信號源本身。這種方法的美妙之處在于，可以根據(jù)各個電阻器的值進行加權(quán)求和。
數(shù)學上來說,
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，因為10K是5K的兩倍。
當然，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，因為兩個標度電阻是相同的。
黃色和藍色波形是輸入，粉紅色波形是輸出。
當我們用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)學方程為：
下圖顯示了粉紅色的輸出波形，黃色和藍色的輸入。
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——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)相當于將它們相乘!
電路的實現(xiàn)可能會變得有點復雜。
在這里，我們將討論一個相當簡單的電路，稱為吉爾伯特細胞混頻器。
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載。
當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。當輸入A有一個小的差分電壓時也是如此，因為尾部電流是相同的，交叉連接抵消了整體輸出。
只有當兩個尾電流不同時，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，輸出的微分擺幅與輸入A和B的微分擺幅的乘積成正比。
構(gòu)建吉爾伯特細胞混頻器
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)學乘法函數(shù)相比，其輸出是紫色跡線。
由于示波器做“實時”乘法，輸入必須是交流耦合的，這樣它也可以計算負峰值，因為實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，因為在現(xiàn)實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。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的元件。
本文編譯自circuitdigest
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