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只要一个普通电位器,就能实现双联电位器同样的功能

2023-11-23 15:29:35 STEPHEN WOODWARD 阅读:
这一设计思路提供了一种替代方案。它只用一个普通的电位器R来控制两个通道的增益,从而避免了双联电位器的缺点···

在音频和信号处理应用中经常会遇到这样一个问题:如何仅用一个旋钮就能同时控制双通道(例如立体声)输入的增益?当然,一个显而易见的解决方案就是用一个双联电位器。但双联电位器,尤其是精密多圈的版本,是相对昂贵的专业产品。9hPednc

而这一设计思路提供了一种替代方案。它只用一个普通的电位器R来控制两个通道的增益,从而避免了双联电位器的缺点。这里给出了两种实现方式。一种使用四运算放大器(图1),适用于交流和直流信号,另一种使用四个分立晶体管(图2),仅适用于交流信号(例如,20Hz至20kHz音频信号)。9hPednc

两种方案都取决于R与其游标端子接地的连接。这就产生了两个机械相连但电气独立的可变电阻A和B。9hPednc

A=WR且B=(1–W)R9hPednc

W代表R的游标位置,当R从逆时针(0)完全旋转到顺时针(1)时,就是从0到1。R是总元件电阻。9hPednc

9hPednc

图1 运算放大器解决方案需要四个放大器,其中包括两个Howland电流泵、一个差分放大器和大量精密电阻器,并且它也是直流耦合的。9hPednc

在图1中,放大器A2及其周围的电阻器连接成一个Howland电流泵,注入9hPednc

i=Ain/2k9hPednc

进入电位器的WR部分,以生成Aout信号:9hPednc

Aout = i W 2k = (Ain / 2k) W 2k = Ain W 2k / 2k = W Ain9hPednc

很简单。那么B通道呢?这同样要归功于缓冲式Howland信号源A3和A4,9hPednc

i = Bin / 2k9hPednc

被注入(1–W)R电阻钟,从而产生:9hPednc

v = i(1 – W) 2k = (Bin / 2k )(1 – W) 2k = Bin(1 – W) 2k / 2k  = Bin(1 – W)9hPednc

然后差分放大器A1从Bin中减去该信号,生成Bout,如下所示:9hPednc

Bout = Bin – Bin(1 – W) = Bin(1 – (1 – W)) = W Bin9hPednc

微调器Bnull用于微调W=0时的Bout=0的消除。9hPednc

图2实现了基本相同的功能,但采用了交流耦合(以允许晶体管直流偏置网络)和老式分立元件。我喜欢画它,主要是为了向自己证明我仍然记得如何设计晶体管线性放大器偏置网络!9hPednc

9hPednc

图2 分立解决方案由四个晶体管组成,其中包括三个电流源和一个差分级,并采用交流耦合。9hPednc

Q1是一个简单的电流源,驱动电位器的上半部分以产生:9hPednc

Aout = W Ain9hPednc

Q2在电位器的下半部分执行相同的操作,在Q4的基极产生电压:9hPednc

Q4b = B(1 – W)9hPednc

Q4从Q3跨R4的发射极生成的信号中减去该信号,从而在Q4的集电极处产生:9hPednc

Bout = B(1 – (1 – W)) = W Bin9hPednc

看,没有运算放大器!而且,只有一种极性的电源。9hPednc

不过,您可能已经注意到,图2的A和B信号路径都是反相的。在音频应用中,只要反转相这里一样是对称的,这通常不是问题。但如果这在您的预期应用中会出现问题,您最好采用运算放大器解决方案。9hPednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Simultaneously control gain on two independent channels with a single element pot,由Ricardo Xie编译)9hPednc

责编:Ricardo
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