你曾用過(guò)線性電位計(jì)作為音量控制器嗎？如果你使用過(guò)，你可能會(huì)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(jué)（safe-cracker能夠靠自己靈敏的聽(tīng)覺(jué)來(lái)破譯保險(xiǎn)箱的密碼，作者此處是一種比喻，對(duì)于線性電位計(jì)，常人是很難將音量調(diào)得相當(dāng)小的）。這時(shí)就需要對(duì)數(shù)電位計(jì)。
我們的聽(tīng)覺(jué)有相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)范圍。我們的耳朵（尤其年輕人）能夠識(shí)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(diǎn)取決于我們的聽(tīng)覺(jué)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(duì)數(shù)電位計(jì)是近似線性的，所以，對(duì)數(shù)電位計(jì)在位置上的改變會(huì)帶來(lái)音量上相對(duì)應(yīng)的改變。
圖1顯示了使用線性電位計(jì)和數(shù)學(xué)上理想的對(duì)數(shù)電位計(jì)來(lái)分壓時(shí)的衰減比例。轉(zhuǎn)動(dòng)電位計(jì)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(jì)中，這是一個(gè)常用的目標(biāo)值。電位計(jì)每轉(zhuǎn)動(dòng)10%，輸出電壓會(huì)改變4dB。但是理想的對(duì)數(shù)電位計(jì)在不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)僅僅只有40dB（輸入信號(hào)的1%）的衰減（見(jiàn)圖1中的放大部分）。聽(tīng)眾希望他們的音量控制器能夠達(dá)到零輸出(無(wú)窮大的衰減)，所以對(duì)數(shù)電位計(jì)有一個(gè)衰減消除功能（對(duì)數(shù)電位計(jì)在不轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候輸出是無(wú)法為零的，為了使對(duì)數(shù)電位計(jì)在不轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候衰減為零，必須有該衰減功能）使得電位計(jì)在不轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，能夠達(dá)到零輸出。
有很多關(guān)于對(duì)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(jì)在轉(zhuǎn)動(dòng)50%時(shí)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(huì)試圖命名它們，這會(huì)給大家?guī)?lái)更多的困擾。如果你有某些特殊具體的參數(shù)需求，請(qǐng)咨詢廠商。在某些應(yīng)用中，可能需要特殊的反向電位計(jì)。這種電位計(jì)在不同位置的衰減值和普通的電位計(jì)是相反的。
對(duì)數(shù)電位計(jì)通常需要兩條分段的曲線來(lái)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(huì)導(dǎo)致不同的電阻阻值，從而可以帶來(lái)這兩條分段的曲線）。立體聲音量控制的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是這兩條曲線的追蹤精度。請(qǐng)注意，在不轉(zhuǎn)動(dòng)電位計(jì)的時(shí)候，輸出為零。
你可以用一個(gè)線性電位計(jì)和一個(gè)固定的電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出，這近似于對(duì)數(shù)電位計(jì)（如圖3所示）。用作音量控制時(shí)，該電路仍然有線性電位計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)------當(dāng)電位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)到底時(shí)，音量跳變得太快。這個(gè)電路的性能比線性電位計(jì)好，但是相對(duì)對(duì)數(shù)電位計(jì)來(lái)說(shuō)較差。在對(duì)數(shù)電位計(jì)中，這種電阻輸出電路同樣可以用來(lái)改變對(duì)數(shù)電位計(jì)的衰減曲線。需要注意的是輸入信號(hào)必須要能夠驅(qū)動(dòng)電阻R1輸出滿幅信號(hào)，并且R1可以是一個(gè)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(duì)數(shù)電位計(jì)。電子音量控制器的原理是使用數(shù)字量來(lái)控制自然音量的對(duì)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(gè)齒輪狀的旋鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)該旋鈕，會(huì)產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，來(lái)控制電子電位計(jì)的衰減值。除了音頻應(yīng)用，這些器件也能應(yīng)用于信號(hào)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(jī)放大器
- TPA6140A2 具有 I2C 音量控制的 25mW G 類 DirectPath™ 立體聲耳機(jī)放大器
- TPA2054D4A 具有立體聲 D 類放大器和 DirectPath™ 耳機(jī)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(yáng)聲器、聽(tīng)筒驅(qū)動(dòng)器和 DirectPath 的低功耗立體聲編解碼器
但是，仍然有很多場(chǎng)合使用傳統(tǒng)的音量控制器和對(duì)數(shù)電位計(jì)，所以，一個(gè)模擬設(shè)計(jì)師應(yīng)該清楚這些最基本的電路知識(shí)。