Mezclador electronico

Un simple mezclador aditivo pasivo de tres canales. Se pueden agregar más canales simplemente añadiendo más gatos de entrada y mezclar resistores.

Un mezclador aditivo activo "tierra virtual". Los amplificadores de buffer sirven para reducir el crosstalk 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 usan 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 usan las leyes de circuito de Kirchhoff para sumar las corrientes de dos o más señales juntas, y esta terminología ("mezclador") solo se usa en el ámbito de la electrónica de audio donde los mezcladores de audio se utilizan para sumar señales de audio, como señales de voz, señales de música y efectos de sonido.

Los mezcladores multiplicadores multiplican juntas dos señales de entrada variables en el tiempo de forma instantánea (instante a instante). Si las dos señales de entrada son ambas sinusoides de frecuencias especificadas f₁ y f₂, entonces la salida del mezclador contendrá dos nuevas sinusoides que tienen la suma f ₁ + f₂ frecuencia y el valor absoluto de diferencia de frecuencia |f₁ - f₂|.

Cualquier bloque electrónico no lineal impulsado por dos señales con frecuencias f₁ y f₂ generaría productos de intermodulación (mezcla). Un multiplicador (que es un dispositivo no lineal) generará idealmente solo las frecuencias de suma y diferencia, mientras que un bloque no lineal arbitrario también generará señales en 2·f₁-3·f₂, etc. Por lo tanto, se han utilizado amplificadores no lineales normales o solo diodos individuales como mezcladores, en lugar de un multiplicador más complejo. Un multiplicador suele tener la ventaja de rechazar, al menos en parte, intermodulaciones de orden superior no deseadas y una mayor ganancia de conversión.

Mezcladoras aditivas

Los mezcladores aditivos agregan dos o más señales y generan 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 de matriz más complejos emplean componentes activos como amplificadores de búfer para igualar la impedancia y mejorar el aislamiento.

Mezcladoras multiplicativas

Un mezclador multiplicativo ideal produce una señal de salida igual al producto de las dos señales de entrada. En comunicaciones, un mezclador multiplicativo se usa a menudo 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 a una frecuencia más baja para permitir diseños de filtro más simples, como se hace en 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 otros componentes de la señal con un filtro.

Tratamiento matemático

La señal recibida se puede representar como

Esig#⁡ ⁡ ()⋅ ⋅ sigt+φ φ ){displaystyle E_{mathrm {sig}cos(omega _{mathrm {sig}t+varphi),}

y la del oscilador local se puede representar como

ELO#⁡ ⁡ ()⋅ ⋅ LOt).{displaystyle E_{mathrm}cos(omega _{mathrm {LO}t).,}

Para simplificar, suponga que la salida I del detector es proporcional al cuadrado de la amplitud:

I∝ ∝ ()Esig#⁡ ⁡ ()⋅ ⋅ sigt+φ φ )+ELO#⁡ ⁡ ()⋅ ⋅ LOt))2{displaystyle Ipropto left(E_{mathrm {Sig}cos(omega) {Sig} }t+varphi)+E_{mathrm {LO}cos(omega _{mathrm {LO}t)right)^{2}}

=Esig22()1+#⁡ ⁡ ()2⋅ ⋅ sigt+2φ φ )){displaystyle ={frac {fnMicrom} {Sig} }{2} {2}left(1+cos(2omega _{mathrm {sig}t+2varphi)right)}

+ELO22()1+#⁡ ⁡ ()2⋅ ⋅ LOt)){displaystyle +{frac {E_{mathrm ¿Por qué?

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=Esig2+ELO22⏟ ⏟ constantcomponent+Esig22#⁡ ⁡ ()2⋅ ⋅ sigt+2φ φ )+ELO22#⁡ ⁡ ()2⋅ ⋅ LOt)+EsigELO#⁡ ⁡ ()()⋅ ⋅ sig+⋅ ⋅ LO)t+φ φ )⏟ ⏟ highfrequencSí.component{displaystyle =underbrace {fnMicroc {fnMicrom} {Sig} #### {2}{2}{2}{2} _{constant;component}+componente {frac {frac {E_{mathrm} {Sig} }{2} {2}cos(2omega _{mathrm {fnK} {fnK}}{2}}}}cos(2omega _{mathrm {LO}t)+E_{mathrm}}} {m}} {cH0}} {cH0}}}}}}ccH0}}ccH00}cH00cH00}cH00}cH00}cH00}}cH00}}}cH00}}}}ccH00}cH00}cH00}ccH00}ccH00}cH00}ccH00}}}}}}}}ccH00}cH00}ccH00}ccH00}ccH00}cH00}ccH00}cH00}cH00}cH00}cH00}ccH00}}cccH {fnK}E_{mhm}cos(omega _{mathrm {sig} }+omega _{mathrm {LO})t+varphi)} ¿Qué?

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La salida tiene alta frecuencia (2⋅ ⋅ sig{displaystyle 2omega _{mathrm {sig}}, 2⋅ ⋅ LO{displaystyle 2omega _{mathrm {LO}} y ⋅ ⋅ sig+⋅ ⋅ LO{displaystyle omega _{mathrm {sig} }+omega _{mathrm {LO}}) y componentes constantes. En la detección de heterodinas, los componentes de alta frecuencia y por lo general los componentes constantes se filtran, dejando la frecuencia intermedia (beat) a ⋅ ⋅ sig− − ⋅ ⋅ LO{displaystyle omega _{mathrm {sig} }-omega _{mathrm {LO}. La amplitud de este último componente es proporcional a la amplitud de la radiación de señal. Con el análisis adecuado de la señal se puede recuperar la fase de la señal también.

Si ⋅ ⋅ LO{displaystyle omega _{mathrm {LO}} es igual a ⋅ ⋅ sig{displaystyle omega _{mathrm {sig}} entonces el componente beat es una versión recuperada de la señal original, con la amplitud igual al producto de Esig{displaystyle E_{mathrm {}} y ELO{displaystyle E_{mathrm}}; es decir, la señal recibida se amplifica mezclando con el oscilador local. Esta es la base para un receptor de conversión Directa.

Implementaciones

Los mezcladores multiplicativos se han implementado de muchas maneras. Los más populares son los mezcladores de celdas de 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 cuadrático. Son muy ineficientes ya que la mayor parte de la potencia de salida se encuentra en otros términos no deseados que deben filtrarse. Las radios AM económicas todavía usan mezcladores de diodos.

Los mezcladores electrónicos generalmente se fabrican 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 son muy utilizados en comunicaciones por microondas, comunicaciones por satélite, transmisores de comunicaciones de ultra alta frecuencia (UHF), receptores de radio y sistemas de radar.

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

Los mezcladores de conmutación utilizan matrices de transistores de efecto de campo o válvulas de vacío. Estos 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 de conmutación pasan más potencia y generalmente insertan menos distorsión que los mezcladores de celda Gilbert.