你曾用过线性电位计作为音量控制器吗?如果你使用过,你可能会发现,音量跳变得非常快。如果想将音量调整得相当小,你可能需要safe-cracker般的灵敏触觉(safe-cracker能够靠自己灵敏的听觉来破译保险箱的密码,作者此处是一种比喻,对于线性电位计,常人是很难将音量调得相当小的)。这时就需要对数电位计。 音量控制在音频系统中扮演着至关重要的角色,因为它直接影响着我们聆听体验的质量。线性电位计在作为音量控制器使用时,由于其输出与输入的比例是线性的,因此在调整音量时,尤其是在尝试将音量调至较低水平时,会遇到困难。这是因为人的听觉具有极大的动态范围,能够识别120分贝甚至更大的音量差异,这是一个1,000,000:1的比率。线性电位计在这种情况下并不理想,因为它不能很好地模拟我们耳朵对声音感知的对数特性。 对数电位计的出现就是为了克服这个问题。对数电位计的输出与旋转角度的关系近似对数,这意味着在电位计转动一定比例时,音量的变化也是近似对数的。例如,当电位计转动50%时,输出电压是输入电压的0.1倍,相当于-20分贝的衰减。每转动10%,音量变化大约4分贝。理想的对数电位计在不转动时会有约40分贝的衰减,但实际应用中,往往需要实现零输出,这就需要衰减消除功能。 对数电位计的制造涉及复杂的半导体标准曲线,不同的制造商可能有不同的衰减曲线参数。在某些特殊应用中,可能需要反向对数电位计,其衰减曲线与常规对数电位计相反。这些电位计通常由两条分段的曲线构成,通过不同的导电油墨实现。 尽管可以通过线性电位计和固定电阻的组合来模拟对数电位计的行为,但这并不能完全解决问题,因为当线性电位计转动到底时,音量的变化依然过快。相比之下,真正的对数电位计能更好地匹配人类听觉的感知模式。 随着电子技术的发展,电子音量控制器(如PGA2500、PGA2320、LM1971、LM1972、LM1973等)逐渐取代了传统对数电位计,它们利用数字技术控制自然音量的对数增加,并通过衰减消除技术实现零输出。这些现代设备通常通过旋钮或I2C接口进行控制,广泛应用于音频系统和其他信号处理路径。 然而,对数电位计及其相关电路仍然是许多音频设备的基础,特别是在那些需要模拟控制或低功耗应用中。因此,对于模拟电路设计师来说,理解和掌握对数电位计的工作原理和应用至关重要。无论是设计音频设备还是处理其他类型的信号,对数电位计都是一个重要的工具,理解其工作方式可以帮助我们构建更符合人类感知的音量控制系统。
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