Mezclador electrónico

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Un mezclador electrónico es un dispositivo que combina dos o más señales eléctricas o electrónicas en una o dos señales de salida compuestas. Existen 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 utilizan para sumar señales de audio como señales de voz , señales de música y efectos de sonido .

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

Cualquier bloque electrónico no lineal accionado 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 de suma y diferencia, mientras que un bloque no lineal arbitrario también generará señales en 2·f ₁ -3·f ₂ , etc. Por lo tanto, se han utilizado amplificadores no lineales normales o simplemente diodos simples como mezcladores, en lugar de un multiplicador más complejo. Un multiplicador generalmente tiene la ventaja de rechazar, al menos parcialmente, intermodulaciones de orden superior no deseadas y una mayor ganancia de conversión.

Los mezcladores aditivos suman dos o más señales y generan una señal compuesta que contiene los componentes de frecuencia de cada una de las señales de origen. 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 lograr una adaptación de impedancia y un mejor aislamiento.

Un mezclador multiplicativo ideal produce una señal de salida igual al producto de las dos señales de entrada. En comunicaciones, un mezclador multiplicativo se utiliza a menudo junto con un oscilador para modular las frecuencias de las señales. Un mezclador multiplicativo se puede acoplar a un filtro para convertir hacia arriba o hacia abajo una frecuencia de señal de entrada, pero se utilizan más comúnmente para convertir hacia abajo a una frecuencia más baja para permitir diseños de filtros 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, las que son la suma y la diferencia de las dos frecuencias de entrada y las formas de onda armónicas. La señal de salida se puede obtener eliminando los otros componentes de la señal con un filtro.

La señal recibida se puede representar como

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

y la del oscilador local se puede representar como

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

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

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

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

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

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

${\displaystyle =\underbrace {\frac {E_{\mathrm {sig} }^{2}+E_{\mathrm {LO} }^{2}}{2}} _{constante\;componente}+\underbrace {{\frac {E_{\mathrm {sig} }^{2}}{2}}\cos(2\omega _{\mathrm {sig} }t+2\varphi )+{\frac {E_{\ mathrm {LO} }^{2}}{2}}\cos(2\omega _{\mathrm {LO} }t)+E_{\mathrm {sig} }E_{\mathrm {LO} }\cos( (\omega _{\mathrm {sig} }+\omega _{\mathrm {LO} })t+\varphi )} _{componente\;de\;alta\;frecuencia}}$

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

La salida tiene componentes de alta frecuencia ( , y ) y constantes. En la detección heterodina, los componentes de alta frecuencia y, por lo general, los componentes constantes se filtran, dejando la frecuencia intermedia (de batido) en . La amplitud de este último 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 batido es una versión recuperada de la señal original, con una amplitud igual al producto de y ; es decir, la señal recibida se amplifica mezclándola con el oscilador local ^{[ aclaración necesaria ]} . Esta 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} }}$

Los mezcladores multiplicativos se han implementado de muchas maneras. Los más populares son los mezcladores de celdas 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 salida de potencia está en otros términos no deseados que necesitan 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 doblemente balanceados se utilizan ampliamente en comunicaciones por microondas , comunicaciones por satélite , transmisores de comunicaciones de frecuencia ultra alta (UHF) , receptores de radio y sistemas de radar .

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

Los mezcladores de conmutación utilizan conjuntos de transistores de efecto de campo o tubos de vacío . Estos se utilizan como interruptores electrónicos para alternar la dirección de la señal. Se controlan mediante la señal que se está mezclando. Son especialmente populares en las radios controladas digitalmente. Los mezcladores de conmutación pasan más potencia y, por lo general, introducen menos distorsión que los mezcladores de celdas Gilbert.