充分利用电位计让旋转旋钮调节音量

作者：Ian Williams  德州仪器

“喂！关小声点！”
您很可能在某个时候听过这样的话，尤其是如果您像我一样也喜欢开大音量听音乐！如果您决定责成“关小音量”，那么还能做什么呢？当然是伸手进行音量控制啊！
什么是音量控制？简单来说，就是用来减小音频信号幅值的电路。通常减小幅度会从无到有，低到一定程度就会让音频小声得听不见。很多音频设备都是数字控制的，但仍然有许多带旋钮的系统，您可通过旋转旋钮调节音量。

该旋钮实际是一个叫做电位计的电子组件，如图 1 所示。电位计是带三阶端子的特殊电阻器，叫做滑动片。转动旋钮时，滑动片就会前后移动，改变在滑动片端看到的电阻数。这可创建一个分压器行为，因此电位计是用于音量控制电路的理想组件。
但并非所有电位计都一样。三个最常见的类型或锥度是：线性锥度、对数（或音频）锥度以及反向对数（或反向音频）锥度。图 2 是每个锥度的电阻随旋转变化的情况。

人类听觉可跨越很大的动态范围，因此通常用对数单位分贝 (dB) 来表示音频信号的强度。理想的音频控制具有支持 dB 线性的衰减特性，在旋转音量旋钮时音量变化非常自然。因此，音频锥度电位计通常可用作音量控制。但正如您可从图 2 中看到的那样，这些电位计并非真正的对数，更像具有不同斜率的两个线性电位计的组合。这在实现 dB 线性衰减方面表现不佳，但幸好还有更好的方法！
  
1980，Peter Baxandall 创建了一款被称之为 Baxandall 有源音量控制的电路，如图 3 所示。这种电路简单灵活，可通过实施智能分流反馈采用线性电位计实现优异的 dB 线性衰减性能。这种电路具有高输入阻抗与低输出阻抗，因此无论连接什么样的电源和负载阻抗，都能保持其衰减性能。

可使用基尔霍夫电流定律和欧姆定律分析该电路的转换函数。在这里我不介绍整个分析过程，只给出结果：

如果绘制转换函数与旋转百分比的曲线图（如图 5 所示），您可看到可实现的、近乎完美的 dB 线性衰减特性。由于转换函数接近负无限大，因此当旋转至零时衰减会急剧下降。这实际上非常令人满意，因为在实际电路中这将提供无法听到的极低“关闭”音量。

Baxandall 有源音量控制电路可作为ti 高精度设计（专业音响有源音量控制）的基础。在该设计中，我不仅对该电路的原理进行了详细分析，而且还提供了全面的仿真及实际结果，以及所有电路板原理图、布局和材料清单文件。如果您对音频设计感兴趣，我极力推荐您了解一下！