mezclador electrónico

Un sencillo mezclador aditivo pasivo de tres canales. Se pueden agregar más canales simplemente agregando más conectores de entrada y resistencias de mezcla.

Un mezclador de aditivos activos "virtual molido". Los amplificadores buffer sirven para reducir la diafonía y la distorsión.

Un mezclador electrónico es un dispositivo que combina dos o más señales eléctricas o electrónicas en una o dos señales de salida compuestas. Hay dos circuitos básicos que utilizan el término mezclador , pero son tipos de circuitos muy diferentes: mezcladores aditivos y mezcladores multiplicativos. Los mezcladores aditivos también se conocen como sumadores analógicos para distinguirlos de los circuitos sumadores digitales relacionados .

Los mezcladores aditivos simples utilizan las leyes de circuitos de Kirchhoff para sumar las corrientes de dos o más señales, y esta terminología ("mezclador") solo se usa en el ámbito de la electrónica de audio donde los mezcladores de audio se usan para sumar señales de audio como señales de voz . señales musicales y efectos de sonido .

Los mezcladores multiplicativos multiplican instantáneamente (instante a instante) dos señales de entrada variables en el tiempo. Si las dos señales de entrada son ambas sinusoides de frecuencias específicas f ₁ y f ₂ , entonces la salida del mezclador contendrá dos nuevas sinusoides que tienen la suma f ₁ + f ₂ frecuencia y la diferencia de frecuencia valor absoluto |f ₁ - f ₂ |.

Cualquier bloque electrónico no lineal impulsado por dos señales con frecuencias f ₁ y f ₂ generaría productos de intermodulación (mezcla). Un multiplicador (que es un dispositivo no lineal) generará idealmente solo las frecuencias suma y diferencia, mientras que un bloque no lineal arbitrario también generará señales en 2·f ₁ -3·f ₂ , etc. Por lo tanto, los amplificadores no lineales normales o solo diodos individuales se han utilizado como mezcladores, en lugar de un multiplicador más complejo. Un multiplicador suele tener la ventaja de rechazar, al menos parcialmente, intermodulaciones de orden superior no deseadas y una mayor ganancia de conversión.

Mezcladores de aditivos

Los mezcladores aditivos agregan dos o más señales , generando una señal compuesta que contiene los componentes de frecuencia de cada una de las señales fuente. Los mezcladores aditivos más simples son redes de resistencias y, por lo tanto, puramente pasivos , mientras que los mezcladores matriciales más complejos emplean componentes activos como amplificadores de búfer para igualar la impedancia y mejorar el aislamiento.

Mezcladores multiplicativos

Un mezclador multiplicativo ideal produce una señal de salida igual al producto de las dos señales de entrada. En comunicaciones, a menudo se utiliza un mezclador multiplicativo junto con un oscilador para modular las frecuencias de la señal. Un mezclador multiplicativo se puede acoplar con un filtro para convertir hacia arriba o hacia abajo una frecuencia de señal de entrada, pero se usan más comúnmente para convertir hacia abajo a una frecuencia más baja para permitir diseños de filtro más simples, como se hace en los receptores superheterodinos . En muchos circuitos típicos, la señal de salida única en realidad contiene múltiples formas de onda, es decir, aquellas en la suma y diferencia de las dos frecuencias de entrada y formas de onda armónicas. La señal de salida se puede obtener eliminando los demás componentes de la señal con un filtro.í

Tratamiento matemático

La señal recibida se puede representar como

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

y el del oscilador local se puede representar como

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

Por simplicidad, supongamos que la salida I del detector es proporcional al cuadrado de la amplitud:

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

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

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

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

${\displaystyle =\underbrace {\frac {E_{\mathrm {sig} }^{2}+E_{\mathrm {LO} }^{2}}{2}} _{constant\;component}+\underbrace {{\frac {E_{\mathrm {sig} }^{2}}{2}}\cos(2\omega _{\mathrm {sig} }t+2\varphi )+{\frac {E_{\mathrm {LO} }^{2}}{2}}\cos(2\omega _{\mathrm {LO} }t)+E_{\mathrm {sig} }E_{\mathrm {LO} }\cos((\omega _{\mathrm {sig} }+\omega _{\mathrm {LO} })t+\varphi )} _{high\;frequency\;component}}$

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

La salida tiene alta frecuencia ( , y ) y componentes constantes. En la detección heterodina, los componentes de alta frecuencia y generalmente los componentes constantes se filtran, dejando la frecuencia intermedia (batido) en . La amplitud de esta última componente es proporcional a la amplitud de la radiación de la señal. Con un análisis de señal adecuado también se puede recuperar la fase de la señal. ${\displaystyle 2\omega _{\mathrm {sig} }}$ ${\displaystyle 2\omega _{\mathrm {LO} }}$ ${\displaystyle \omega _{\mathrm {sig} }+\omega _{\mathrm {LO} }}$ ${\displaystyle \omega _{\mathrm {sig} }-\omega _{\mathrm {LO} }}$

Si es igual a entonces el componente de tiempo es una versión recuperada de la señal original, con la amplitud igual al producto de y ; es decir, la señal recibida se amplifica mezclándola con el oscilador local ^{[ se necesita aclaración ]} . Ésta es la base de un receptor de conversión directa . ${\displaystyle \omega _{\mathrm {LO} }}$ ${\displaystyle \omega _{\mathrm {sig} }}$ ${\displaystyle E_{\mathrm {sig} }}$ ${\displaystyle E_{\mathrm {LO} }}$

Implementaciones

Los mezcladores multiplicativos se han implementado de muchas maneras. Los más populares son los mezcladores de células Gilbert , los mezcladores de diodos , los mezcladores de anillo de diodos ( modulación en anillo ) y los mezcladores de conmutación. Los mezcladores de diodos aprovechan la no linealidad de los dispositivos de diodos para producir la multiplicación deseada en el término al cuadrado. Son muy ineficientes ya que la mayor parte de la producción de energía se encuentra en otros términos no deseados que deben filtrarse. Las radios AM económicas todavía utilizan mezcladores de diodos.

Los mezcladores electrónicos suelen estar fabricados con transistores y/o diodos dispuestos en un circuito balanceado o incluso en un circuito doblemente balanceado. Se fabrican fácilmente como circuitos integrados monolíticos o circuitos integrados híbridos . Están diseñados para una amplia variedad de rangos de frecuencia y se producen en masa con tolerancias estrictas por cientos de miles, lo que los hace relativamente baratos.

Los mezcladores de doble balance se utilizan ampliamente en comunicaciones por microondas , comunicaciones por satélite , transmisores de comunicaciones de frecuencia ultraalta (UHF) , receptores de radio y sistemas de radar .

Los mezcladores de celda Gilbert son una disposición de transistores que multiplica las dos señales.

Los mezcladores conmutados utilizan conjuntos de transistores de efecto de campo o tubos de vacío . Se utilizan como interruptores electrónicos para alternar la dirección de la señal. Están controlados por la señal que se mezcla. Son especialmente populares entre las radios controladas digitalmente. Los mezcladores conmutados pasan más potencia y normalmente insertan menos distorsión que los mezcladores de celda Gilbert.