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博文連載：看一個TI老工程師如何馴服精密放大器 你曾用過線性電位計作為音量控制器嗎？如果你使用過，你可能會發(fā)現(xiàn)，音量跳變得非常快。如果想將音量調(diào)整得相當(dāng)小，你可能需要safe-cracker般的靈敏觸覺（safe-cracker能夠靠自己靈敏的聽覺來破譯保險箱的密碼，作者此處是一種比喻，對于線性電位計，常人是很難將音量調(diào)得相當(dāng)小的）。這時就需要對數(shù)電位計。 我們的聽覺有相當(dāng)大的動態(tài)范圍。我們的耳朵（尤其年輕人）能夠識別的有效范圍是120dB或者更大，1000000：1的比率。音量大小（以分貝為單位）的起點取決于我們的聽覺能力，通常為1dB，這是我們能感受到的最小的音量變化。以分貝為單位，對數(shù)電位計是近似線性的，所以，對數(shù)電位計在位置上的改變會帶來音量上相對應(yīng)的改變。 圖1顯示了使用線性電位計和數(shù)學(xué)上理想的對數(shù)電位計來分壓時的衰減比例。轉(zhuǎn)動電位計到50%的位置，輸出電壓是輸入電壓的0.1倍（-20dB），在音頻電位計中，這是一個常用的目標(biāo)值。電位計每轉(zhuǎn)動10%，輸出電壓會改變4dB。但是理想的對數(shù)電位計在不轉(zhuǎn)動時僅僅只有40dB（輸入信號的1%）的衰減（見圖1中的放大部分）。聽眾希望他們的音量控制器能夠達(dá)到零輸出(無窮大的衰減)，所以對數(shù)電位計有一個衰減消除功能（對數(shù)電位計在不轉(zhuǎn)動的時候輸出是無法為零的，為了使對數(shù)電位計在不轉(zhuǎn)動的時候衰減為零，必須有該衰減功能）使得電位計在不轉(zhuǎn)動的時候，能夠達(dá)到零輸出。 
有很多關(guān)于對數(shù)參數(shù)的半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)曲線（廠商稱之為衰減曲線）。他們通常指定了電位計在轉(zhuǎn)動50%時的衰減因子。這種參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的命名并不是很規(guī)范，所以我不會試圖命名它們，這會給大家?guī)砀嗟睦_。如果你有某些特殊具體的參數(shù)需求，請咨詢廠商。在某些應(yīng)用中，可能需要特殊的反向電位計。這種電位計在不同位置的衰減值和普通的電位計是相反的。 對數(shù)電位計通常需要兩條分段的曲線來達(dá)到期望的衰減曲線（如圖2）。兩種不同的油墨導(dǎo)體被鑲嵌在電阻中（通常情況下，電阻是由絕緣體和油墨導(dǎo)體構(gòu)成，不同的油墨導(dǎo)體，會導(dǎo)致不同的電阻阻值，從而可以帶來這兩條分段的曲線）。立體聲音量控制的一個關(guān)鍵參數(shù)是這兩條曲線的追蹤精度。請注意，在不轉(zhuǎn)動電位計的時候，輸出為零。
你可以用一個線性電位計和一個固定的電阻來驅(qū)動輸出，這近似于對數(shù)電位計（如圖3所示）。用作音量控制時，該電路仍然有線性電位計的一個缺點------當(dāng)電位計轉(zhuǎn)動到底時，音量跳變得太快。這個電路的性能比線性電位計好，但是相對對數(shù)電位計來說較差。在對數(shù)電位計中，這種電阻輸出電路同樣可以用來改變對數(shù)電位計的衰減曲線。需要注意的是輸入信號必須要能夠驅(qū)動電阻R1輸出滿幅信號，并且R1可以是一個較小的電阻，這取決于Rp的大小。
在一些高音量的用戶應(yīng)用中，電子音量控制器已經(jīng)大幅度地取代了傳統(tǒng)的對數(shù)電位計。電子音量控制器的原理是使用數(shù)字量來控制自然音量的對數(shù)增加，并且使用了衰減消除技術(shù)（即walk-off），使得在衰減曲線的底部，衰減值為零。許多現(xiàn)代的音頻器件提供了一個齒輪狀的旋鈕，轉(zhuǎn)動該旋鈕，會產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，來控制電子電位計的衰減值。除了音頻應(yīng)用，這些器件也能應(yīng)用于信號通路中。下面是一些相關(guān)器件： · PGA2500 麥克風(fēng)前置數(shù)字增益可控放大器 · PGA2320 立體聲音頻音量控制器 · LM1971 具有靜音功能的單通道數(shù)字控制62dB音頻衰減器 · LM1972 具有靜音功能的 Micro-Pot 2 通道 78 dB 音頻衰減器 · LM1973 具有靜音功能的 Micro-Pot 3 通道 76 dB 音頻衰減器 · TPA6130A2 具有 I2C 音量控制的 138mW DirectPath. 立體聲耳機放大器 · TPA6140A2 具有 I2C 音量控制的 25mW G 類 DirectPath. 立體聲耳機放大器 · TPA2054D4A 具有立體聲 D 類放大器和 DirectPath. 耳機放大器的 1.4W/通道 3 輸入音頻子系統(tǒng) · TLV320AIC3262 具有微型 DSP、集成 D 類揚聲器、聽筒驅(qū)動器和 DirectPath 的低功耗立體聲編解碼器 但是，仍然有很多場合使用傳統(tǒng)的音量控制器和對數(shù)電位計，所以，一個模擬設(shè)計師應(yīng)該清楚這些最基本的電路知識。 |
