构建一个简单的模拟音频混音器

  混频器是一种特殊类型的电子电路，它结合了两个信号（周期性重复的波形）。混音器在音频和射频系统中得到了广泛应用，很少用作简单的模拟“计算机”。有两种类型的模拟音频混音器——加法混音器和乘法混音器。

  就像它们的名字所暗示的那样，加法混频器只是简单地将两个信号的值在任何时刻相加，从而在输出端产生一个连续波形，该波形是各个波形值的总和。

  节点，而不是信号源本身。这种方法的优点是能够准确的通过各个电阻值进行加权求和。

  其中“z”是输出信号，“x”和“y”是输入信号，“A”和“B”是比例比例因子，即相对于彼此的电阻值。

  例如，如果其中一个电阻值为 10K，另一个为 5K，则 A 和 B 分别变为 2 和 1，因为 10K 是 5K 的两倍。

  使用两个 10K 电阻，输出只是输入信号的总和。A 和 B 都是统一的，因为两个缩放电阻器是相同的。

  当我们用 3.3K 电阻器替换 10K 电阻器中的一个时，比例因子变为 3 和 1，并且一个信号的三分之一被添加到第二个。

  像这样的简单混音器最引人注目的业余爱好者使用耳机均衡器或“单声道到立体声”转换器的形式，它使用两个（通常）10K 将左右声道从 3.5 毫米立体声插孔转换为单声道电阻器。

  乘法混频器更有趣一些——它们将两个（或者更多，但这很困难）输入信号相乘，乘积就是输出信号。

  这意味着，如果我们对两个信号应用对数，将它们加在一起然后“取”一个反对数就等于将它们相乘！

  该电路一开始可能看上去很吓人，但就像所有复杂的电路一样，这个电路能分解成更简单的功能块。

  输入为差分形式，位于晶体管 Q14 和 Q15 的基极之间。基极电压相同，集电极电流也相同，R23 和 R24 两端的电压相同，因此输出差分电压为零。如果基极电压不同，则集电极电流不同，从而在两个电阻器上设置不一样的电压。由于晶体管的作用，输出摆幅大于输入摆幅。

  从中得出的结论是，放大器的增益取决于尾电流，即两个集电极电流的总和。尾电流越大，增益越大。

  在上面所示的吉尔伯特单元混频器电路中，顶部的两个差分放大器（由 Q8/Q10 和 Q11/Q9 组成）具有交叉连接的输出和一组公共负载。

  当两个放大器的尾电流相同且差分输入A为0时，电阻两头的电压相同，没有输出。当输入 A 具有较小的差分电压时也是如此，由于尾电流相同，因此交叉连接抵消了整体输出。

  取决于哪个尾电流更大或更小，增益可以是正的或负的（相对于输入信号），即反相或非反相。

  尾电流的差异是使用由晶体管 Q12/Q13 形成的另一个差分放大器产生的。

  两个相移正弦波被馈入输入（由黄色和蓝色迹线显示），输出在下图中以粉红色显示，与示波器的数学乘法函数相比，其输出为紫色迹线。

  由于示波器进行“实时”乘法，因此输入必须是交流耦合的，以便它也计算负峰值，因为实际混频器的输入是直流耦合的，它能处理两个极性的乘法。

  混频器输出和示波器轨迹之间也存在细微的相位差，因为在真实的生活中一定要考虑传播延迟等因素。

  乘法混频器的最大用途是在射频电路中，通过将高频波形与中频波形混合来解调。

  像这样的吉尔伯特细胞是一个四象限乘法器，这在某种程度上预示着两个极性的乘法都是可能的，遵循简单的规则：

  该项目使用的所有波形都是使用 Arduino 生成的。我们之前已经详细解释了Arduino函数发生器电路。

  设置部分使用正弦函数的值创建两个查找表，缩放为从 0 到 255 的整数，其中一个相移 90 度。

  循环部分只是将查找表中存储的值写入 PWM定时器。PWM 引脚 11 和 3 的输出可经过低通滤波以获得近乎完美的正弦波。这是 DDS 或直接数字合成的一个很好的例子。

  产生的正弦波有很低的频率，受 PWM 频率的限制。这能够最终靠一些低级寄存器魔法来解决。正弦波发生器的完整 Arduino 代码如下：

  混频器是两个输入相加或相乘的电子电路。它们大范围的使用在音频、射频，偶尔也用作模拟计算机的元件。

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