ミキサーは、2つの信号（周期的に繰り返される波形）を組み合わせる特殊なタイプの電子回路です。ミキサーはオーディオおよびRFシステムで多くの用途があり、単純なアナログ「コンピューター」として使用されることはめったにありません。アナログオーディオミキサーには、加算ミキサーと乗法ミキサーの2種類があります。
1.添加剤ミキサー
その名前が示すように、アディティブミキサーは、任意の瞬間に2つの信号の値を加算するだけで、個々の波形の値の合計である連続波形が出力に生成されます。
最も単純なアディティブミキサーは、次の方法で2つの抵抗に接続された2つの信号源です。
抵抗は、信号源が互いに干渉するのを防ぎます。加算は、信号源自体ではなく、共通ノードで行われます。この方法の 利点 は、個々の抵抗値に応じて 加重和 が可能になることです。
数学的に言えば、
z = Ax + By
ここで、「z」は出力信号、「x」と「y」は入力信号、「A」と「B」はレシオメトリックスケーリング係数、つまり相互の抵抗値です。
たとえば、抵抗値の1つが10Kで、もう1つが5Kの場合、10Kは5Kの2倍であるため、AとBはそれぞれ2と1になります。
もちろん、このオーディオミキサーを使用して、3つ以上の信号を組み合わせることができます。
シンプルな添加剤ミキサーの構築
必要な部品：
1. 2x10K抵抗
2. 1x3.3K抵抗
3.2チャンネル信号ソース
回路図：
2つの10K抵抗を使用すると、出力は単に入力信号の合計になります。2つのスケーリング抵抗が同じであるため、AとBは両方とも1です。
黄色と青の波形が入力で、ピンクの波形が出力です。
10K抵抗の1つを3.3K抵抗に置き換えると、スケーリング係数は3と1になり、1つの信号の3分の1が2番目の信号に追加されます。
数式は次のとおりです。
z = x + 3y
次の図は、結果の出力波形をピンクで、入力を黄色と青で示しています。
添加剤ミキサーの適用
このような単純なミキサーの最も印象的な愛好家の使用は、ヘッドフォンイコライザーまたは「モノラルからステレオ」コンバーターの形で提供されます。これは、左右のチャンネルを3.5mmステレオジャックから2つの（通常は）10Kを使用して1つのチャンネルに変換します抵抗器。
2.乗法ミキサー
乗法ミキサーはもう少し興味深いものです。2つ（またはそれ以上ですが、それは難しい）の入力信号を 乗算し 、その積が出力信号になります。
足し算は簡単ですが、どうやって電子的に 掛けるの ですか？
対数と呼ばれる、ここで適用できるもう1つの小さな数学的トリックがあります。
対数は基本的に質問をします-結果を与えるために与えられた ベース をどのくらいの力に上げる必要がありますか？
言い換えると、
2 x = 8、x =？
対数に関して、これは次のように書くことができます。
log 2 x = 8
共通ベースの指数で数値を書くと、別の基本的な数学的特性を使用できます。
a x xa y = a x + y
2つの指数に共通の底を掛けることは、指数を足してから底をその累乗にすることと同じです。
これは、2つの信号に対数を適用する場合、それらを足し合わせてから 真数を 「取る」ことは、それらを乗算することと同等であることを意味します。
回路の実装は少し複雑になる可能性があります。
ここでは、 ギルバートセルミキサー と呼ばれるかなり単純な回路について説明し ます 。
ギルバートセルミキサー
下の図は、ギルバートセルミキサー回路を示しています。
回路は最初は非常に威圧的に見えるかもしれませんが、すべての複雑な回路と同様に、これはより単純な機能ブロックに分解できます。
トランジスタペアQ8 / Q10、Q11 / Q9、Q12 / Q13は、個別の差動アンプを形成します。
差動アンプは、2つのトランジスタへの差動入力電圧を増幅するだけです。下の図に示す簡単な回路を考えてみましょう。
入力は、トランジスタQ14とQ15のベース間で微分形式です。ベース電圧が同じであるため、コレクタ電流とR23とR24の両端の電圧が同じであるため、出力差動電圧はゼロです。ベース電圧に差がある場合、コレクタ電流が異なり、2つの抵抗の間に異なる電圧が設定されます。トランジスタの作用により、出力振幅は入力振幅よりも大きくなります。
これからのポイントは、アンプのゲインが2つのコレクタ電流の合計であるテール電流に依存することです。テール電流が大きいほど、ゲインも大きくなります。
上記のギルバートセルミキサー回路では、上位2つの差動アンプ（Q8 / Q10とQ11 / Q9で形成）には、相互接続された出力と共通の負荷セットがあります。
2つのアンプのテール電流が同じで、差動入力Aが0の場合、抵抗の両端の電圧は同じであり、出力はありません。これは、入力Aの差動電圧が小さい場合にも当てはまります。テール電流が同じであるため、相互接続によって出力全体が相殺されます。
2つのテール電流が異なる場合にのみ、出力電圧はテール電流の差の関数になります。
どちらのテール電流が大きいか小さいかに応じて、ゲインは正または負（入力信号に対して）、つまり反転または非反転になります。
テール電流の違いは、トランジスタQ12 / Q13で形成された別の差動増幅器を使用して発生します。
全体的な結果として、出力の差動スイングは入力AとBの差動スイングの積に比例します。
ギルバートセルミキサーの構築
必要な部品：
1. 3x3.3K抵抗
2. 6x NPNトランジスタ（2N2222、BC547など）
2つの位相シフトされた正弦波が入力に供給され（黄色と青色のトレースで示されています）、出力が紫色のトレースであるスコープの数学乗算関数と比較して、出力は下の画像でピンク色で示されています。
オシロスコープは「リアルタイム」乗算を行うため、実際のミキサーへの入力はDC結合されており、両方の極性の乗算を処理できるため、入力をAC結合して負のピークも計算する必要がありました。
また、実際には伝搬遅延などを考慮する必要があるため、ミキサー出力とスコープトレースの間にはわずかな位相差があります。
乗法ミキサーのアプリケーション
乗法ミキサーの最大の用途はRF回路で、高周波波形を中間周波数波形と混合することによって復調します。
このようなギルバートセルは 4象限 乗算器です。つまり、次の簡単な規則に従って、両方の極性で乗算を行うことができます。
A x B = AB -A x B = -AB A x -B = -AB -A x -B = AB
Arduino正弦波ジェネレータ
このプロジェクトで使用されるすべての波形は、Arduinoを使用して生成されました。Arduino関数発生器回路については以前に詳しく説明しました。
回路図：
コードの説明：
セットアップセクションでは、正弦関数の値を使用して2つのルックアップテーブルを作成し、0〜255の整数にスケーリングし、1つの位相を90度シフトします。
ループセクションは、ルックアップテーブルに格納されている値をPWMタイマーに書き込むだけです。PWMピン11と3の出力は、ほぼ完全な正弦波を得るためにローパスフィルター処理することができます。これは、DDS、つまりダイレクトデジタルシンセシスの良い例です。
結果として生じる正弦波の周波数は非常に低く、PWM周波数によって制限されます。これは、いくつかの低レベルのレジスタマジックで修正できます。正弦波ジェネレーターの完全なArduinoコードを以下に示します。
Arduinoコード：
#define pinOne 11 #define pinTwo 3 #define pi 3.14 float phase = 0; int result、resultTwo、sineValuesOne、sineValuesTwo、i、n; void setup（）{pinMode（pinOne、OUTPUT）; pinMode（pinTwo、INPUT）; Serial.begin（115200）; for（phase = 0、i = 0; phase <=（2 * pi）; phase = phase + 0.1、i ++）{result =（50 *（2.5 +（2.5 * sin（phase））））; sineValuesOne =結果; resultTwo =（50 *（2.5 +（2.5 * sin（phase-（pi * 0.5）））））; sineValuesTwo = resultTwo; } n = i; } void loop（）{for（i = 0; i <= n; i ++）{analogWrite（pinOne、sineValuesOne）; AnalogWrite（pinTwo、sineValuesTwo）; delay（5）; }}
結論
ミキサーは、2つの入力を加算または乗算する電子回路です。それらは、オーディオ、RF、そして時にはアナログコンピュータの要素として広く使用されています。