混频交流信号简介
迄今为止，在我们对交流电路的研究中，我们探索了由单频正弦电压波形供电的电路。然而，在电子产品的许多应用中，单频信号是例外而不是规则。
我们经常会遇到多个电压频率同时共存的电路。此外，电路波形可能不是正弦波形，在这种情况下，我们称它们为非正弦 波形 .
此外，我们可能会遇到直流与交流混合的情况：波形叠加在稳定（直流）信号上。
这种混合的结果是信号强度不同，但不会改变极性，或不对称地改变极性（例如，花费更多的时间为正而不是负）。
由于直流不像交流那样交替，所以它的“频率”被称为零，任何包含直流和变化强度 (AC) 的信号的信号也可以正确地称为混合频率信号。
在同一电路中存在混合频率的任何一种情况下，分析都比我们迄今为止所看到的更复杂。
耦合
有时会意外产生混合频率的电压和电流信号。这可能是电路之间意外连接的结果——称为耦合 —通过这些电路的导体之间的杂散电容和/或电感实现。
在工业中经常看到耦合现象的典型例子，其中直流信号线放置在靠近交流电源线的位置。附近存在的高交流电压和电流可能会导致“外来”电压施加到信号线的长度上。
由将电源导体与信号导体分开的电绝缘形成的杂散电容可能会导致来自电源导体的电压（相对于大地）施加在信号导体上，而由导线在导管中平行运行形成的杂散电感可能会导致电流来自电源导体沿信号导体电磁感应电压。
结果是在信号负载上混合了直流和交流。下图显示了交流“噪声”源如何通过沿导体长度的互感 (Mstray) 和电容 (Cstray)“耦合”到直流电路。 （下图）
杂散电感和电容将杂散交流耦合成所需的直流信号。
当来自“噪声”源的杂散交流电压与沿信号线传导的直流信号混合时，结果通常是不希望的。为此，电源线和低电平信号线应始终 通过单独的专用金属导管布线，信号应通过 2 芯“双绞线”电缆而不是通过单线和接地连接：（下图）
屏蔽双绞线将噪音降至最低。
接地电缆屏蔽层 - 缠绕在两个绝缘导体上的金属丝编织物或金属箔 - 通过阻止任何外部电场将两个导体与静电（电容）耦合隔离，而两个导体的平行接近有效地消除了任何电磁（互感）耦合，因为任何感应噪声电压在两个导体上的幅度近似相等，相位相反，在接收端相互抵消，净（差分）噪声电压几乎为零。
靠近信号导体长度的每个感应部分放置的极性标记显示感应电压如何以相互抵消的方式定相。
两组携带交流信号的导体之间也可能发生耦合，在这种情况下，两种信号可能会相互“混合”：
平行导体之间交流信号的耦合。
耦合只是不同频率信号如何混合的一个例子。无论是交流与直流混合，还是两个交流信号相互混合，通过杂散电感和电容进行信号耦合通常是偶然的和不受欢迎的。
在其他情况下，混合频率信号是有意设计的结果，也可能是信号的内在质量。创建混合频率信号源通常很容易。也许最简单的方法是简单地串联电压源：（下图）
电压源串联混合信号。
一些计算机通信网络的工作原理是沿 60 Hz 电力线导体叠加高频电压信号，以便沿现有长度的电力电缆传输计算机数据。
多年来，该技术已在配电网络中用于沿高压电力线传输负载数据。当然，这些是在有意建立的条件下混合频率交流电压的示例。
在某些情况下，混合频率信号可能由单个电压源产生。麦克风就是这种情况，它将音频气压波转换为相应的电压波形。
麦克风输出的电压信号中的特定频率混合取决于正在再现的声音。如果声波由单一的纯音符或音调组成，电压波形也将是单一频率的正弦波。
如果声波是几个音符的和弦或其他和声，则麦克风产生的电压波形将由这些频率混合在一起组成。很少有自然声音由单一的纯正弦波振动组成，而是由不同振幅的不同频率振动混合而成。
基频和谐波频率
音乐和弦 是通过将一个频率与第一个特定分数倍数的其他频率混合而产生的。
然而，进一步调查，我们发现即使是单个钢琴音符（由弹拨弦产生）也包含一个主频率与其他几个频率的混合，每个频率都是第一个频率的整数倍（称为和声 ，而第一个频率称为基本 ).
这些术语的说明如下表所示，基频为 1000 Hz（本例选择的任意数字）。
对于 1000 Hz 的“基本”频率：
泛音
有时，“泛音”一词用于描述乐器产生的谐波频率。
“第一”泛音是大于的第一次谐波频率 根本。如果我们有一个乐器产生上表中显示的整个谐波频率范围，第一个泛音将是 2000 Hz（第二个谐波），而第二个泛音将是 3000 Hz（第三个谐波），以此类推。
然而，“泛音”一词的这种应用是特定于特定乐器的。
碰巧某些仪器无法产生某些类型的谐波频率。
例如，由一端开口另一端封闭的管制成的乐器（如瓶子，当空气吹过开口时会产生声音）无法产生偶数谐波。
这种设置为产生 1000 Hz 基频的仪器也会产生 3000 Hz、5000 Hz、7000 Hz 等的频率，但不会 产生 2000 Hz、4000 Hz、6000 Hz 或任何其他基频的偶数倍频。
因此，我们会说这种乐器中的第一个泛音（第一个频率大于基频）将为 3000 Hz（第三次谐波），而第二个泛音将为 5000 Hz（第五次谐波），依此类推.
纯正弦波（单频），完全没有任何谐波，对人耳来说听起来非常“平坦”和“毫无特色”。
大多数乐器都无法发出如此简单的声音。赋予每种乐器独特音调的是赋予每个人独特声音的相同现象：谐波波形与每个基本音符的独特混合，由每个产生声音的独特物体的运动物理描述。
铜管乐器不具有与木管乐器相同的“泛音含量”，也不具有与弦乐器相同的泛音含量。独特的频率混合赋予乐器独特的音色。
任何弹过吉他的人都可以告诉您，钢弦与尼龙弦的声音不同。此外，吉他弦产生的音色会根据弹拨的长度而变化。
这些音调差异也是由于乐器部件的机械振动不同而产生的谐波含量不同的结果。
所有这些乐器在演奏单个音符时都会产生谐波频率（基频的整数倍），但这些谐波频率的相对幅度对于不同的乐器是不同的。在音乐方面，音调谐波含量的度量称为音色 或颜色 .
当乐器的共振元件是二维表面而不是一维弦时，音调变得更加复杂。
基于弦（吉他、钢琴、班卓琴、鲁特琴、扬琴等）或管中空气柱（小号、长笛、单簧管、大号、管风琴等）的振动的乐器往往会产生声音由单一频率（“基频”）和谐波混合组成。
然而，基于平板振动的乐器（钢鼓和某些类型的钟）产生更广泛的频率范围，不限于基频的整数倍。结果是一种独特的音调，有些人认为这在声学上令人反感。
如您所见，音乐为混合频率及其效果提供了丰富的研究领域。本章后面的部分将更详细地将乐器作为波形来源进行分析。
评论：
- 一个正弦 波形是一种形状与正弦波完全相同的波形。
- 一个非正弦 波形可以是任何形状，从失真的正弦波形到完全不同的方波。
- 混合频率波形可能是意外创建、有意创建或只是出于需要而存在。例如，大多数音乐音调并不是由单一频率的正弦波组成，而是由不同频率的丰富混合而成。
- 当多个正弦波形混合在一起时（音乐中经常出现这种情况），最低频率的正弦波称为基本波 ，而其他频率为基波整数倍的正弦波称为谐波 .
- 一种泛音 是由特定设备产生的谐波。 “第一”泛音是比基频大的第一个频率，而“第二”泛音是产生的下一个更大的频率。连续泛音可能对应也可能不对应于增量谐波，这取决于产生混合频率的设备。某些设备和系统不允许建立某些谐波，因此它们的泛音仅包含部分（并非全部）谐波频率。
相关工作表：
- 混合频率信号工作表
- 互感工作表
工业技术