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TONGTU A2K01型遥控数控数显全平衡式（四声道）256档音量控制电位器
李 隆
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在Hi-Fi前置及功放的制作或生产过程中，音量控制电位器是非常重要的一个部件，因为它用在信号的主要通道中，信号电流便直接通过它。其次是在所有的部件中，只有它是转动最频繁的元件，频繁的转动容易产生磨损，碳膜的磨损会导致接触不良从而产生杂音，各声道的磨损程度不同，容易产生左右声道不均衡从而引起声像的移动及导致立体声定位不准。此外，双声道的阻值是否对称、在整个转动的行程中是否能保持跟踪（即每转过一个角度再测两个电位器的转臂到任一端的电阻是否一致,目前市面上所售的机械旋转式电位器很难找到四通道跟踪良好的）, 跟踪不良会导致声像飘忽不定。 为此，不少高档音响均采用波段开关（通常是24档），然后用电阻来串联，从而得到每档大约2～4dB的控制量，这样做解决了两通道的均衡问题及跟踪问题，但机械触点的磨损又上升为主要矛盾，更何况普通波段开关的触点都是先断后通，放在信号的主要通道便会产生"喀嗒"的噪声，对于输出功率比较大的功放会对喇叭造成冲击。瑞士有一种镀金的波段开关，是专门为音量电位器而设计的，转动触点时可以做到先通后断，一定程度上避免了"喀嗒"冲击声，但缺点仍存在：①价格昂贵，双声道光是波段开关便要1000多元，四声道约2000元。②只有24档，分档较粗。③不能遥控。④信源切换是无法做到淡出淡入处理。⑤用久了仍有磨损及接触不良的现象。
针对上述问题，笔者设计出一种用于高档音响上使用的四声道（当然也可以用于两声道）全平衡电位器，主要性能如下：⑴采用日本松下微型镀金密封继电器作为开关，此继电器用于工业控制甚至飞机上均无问题，接触可靠。⑵采用单片机控制，控制形式为二进制式，少数几个电阻便可以构成256档，控制精度达0.5dB，控制范围从0dB到-128dB，通道间的不平衡度取决于所用的电阻，用一般五环电阻便可以做到四通道的跟踪误差为±0.005dB。⑶全遥控式。⑷带四位LED数码管显示（有红、绿、蓝色数码管可选），音量档位一目了然。⑸带信源切换电路，在信源切换的过程中可以做到淡出淡入。⑹音量调整过程中由于电阻始终保持连通状态，绝不产生"喀嗒"声。⑺可以配合脉冲电位器或轻触按键，引线不用屏蔽，容易安装在面板的任何地方。⑻造价低廉。⑼本电位器的四通道输入阻抗在整个调整过程中（从0dB到-128dB）均保持恒定（等于电位器的标称值，误差为±0.005dB），与市面上其它数控电位器的输入阻抗可以从几十欧变化到100K比，堪称恒输入阻抗。恒输入阻抗的优点是不会影响与前级之间的耦合，从而避免因阻抗变化而带来的频响曲线的严重畸变。⑽可应客户的要求加入多点精确的等响度控制电路。⑾带静噪功能。⑿与通途公司的家庭自动化系统配合可以实现不同房间或不同楼层控制音量,另外在听音室接电话时音量会自动降低而成背景音乐。将来采用通途公司的系统时不必更换音量电位器，避免重复投资。
电路分析：有关本电位器的工作原理参见图1，它是由多级衰减电路构成。考虑到分析方便起见，本电路只画出三级衰减电路。从图中可以看到，在主信号的通路中，R11、R21、R31始终是串联的，在整个工作过程中始终不“断开”，因此，绝不产生信号通断引起?quot;喀嗒"声。由R11与R12构成第一级衰减电路Z1，由R21与R22构成Z2。从每级衰减电路的输出端所获得的衰减量Z1=R12／(R11+R12)，Z2=R22／(R21+R22)…，则转换成dB读数应是Z1(dB)=20log[R12／(R11+R12)]，以上述三级电路为例，当某级衰减电路不起作用时，只要把K11合上，K12断开，则Z1的衰减量便变为零。设三级的衰减量分别为Z′1=1dB、Z′2=2dB、Z′3=4dB，则控制开关的启闭便得到如下的8种组合，这个组合数刚好是2 3=8种，见表1。显然采用8组衰减器便可得到2 8=256种即相当于256档的步进式电位器，若最细档为0.5dB，则256档可以做到衰减127.5dB的衰减量。本文介绍的电位器正是基于这个原理设计出来的。8个衰减器，依次是0.5dB、1dB、2dB、4dB、8dB、16dB、32dB、64dB，如果不需要80dB以后的衰减量，则第八档不设计为64dB,而只设计为16dB即可。对于0.5dB的调整精度可以使音量调整非常圆滑，丝毫也不会有跳跃的感觉。在设计过程中，要求每一级衰减器的输入阻抗均等于标称值，如果电位器的标称值为4×100K,则每一级衰减器的输入阻抗均应保持100K,而不管使用多少级,总的输入阻抗仍应保持100K,这样才能做到恒输入阻抗。由于8组衰减器的设计较繁琐，且为保证所有组合的结果仍能做到输入阻抗恒定，计算是比较麻烦的。为此笔者专门用VFP数据库编程语言写了一个设计衰减器各电阻阻值的程序，只需输入衰减器的级数、所期望的输入阻抗，便立即计算出8组电阻（16种）的数值，非常方便。需要的朋友只需向通途公司联系即可免费获得该软件。
为了把这个电位器与自动及遥控等现代手段联系起来，故考虑采用单片机控制，采用继电器的接点来代替图1中的开关。并结合红外遥控的方式，为使电位器的数值或衰减量能看得见，特别采用3位半LED数码管来显示衰减的分贝值。
有关电路的主控制电路见图2，它采用单片机集成电路AT89C2051作为主控IC。由于2051的I/O口只有13个，对于要控制的音量继电器有八组，信源切换开关四组，四位数码管共27个笔段信号，显然IC 的I/O口是远远不够用的，为此增设了四个双向I/O扩展集成电路74LS164，分别控制数码管的显示、音量控制继电器及信源切换继电器。面板的按钮AN1-AN6依次为信源选择+、-、静躁、电源开关、VOL+、VOL-。J3为送往控制板的插座，IC4为连整形在内的红外接收头模块，晶振用12MHz是为了提高单片机的可利用资源（一般用4M）。图中的按扭可采用一般轻触式的，只要选择合适的大小就可以了，这种方式适合装在不带旋扭的面板上。某些带旋扭的面板可采用市面上的脉冲电位器，脉冲电位器形状与普通电位器的形状差不多，共有4条引脚，相邻两只引脚相当于一组触点，往左旋转时左边触点接通，往右边转时右边触点接通，按扭与脉冲电位器可以互相代换，目前的这种脉冲电位器旋转一圈共12档，非常适合在某些较高档或较先进的音响上使用。脉冲电位器的接线图见图3，一般可用在信源切换或音量+、-上。限于篇幅，单片机的程序、流程图不在此开列，有兴趣接产的公司及工厂可直接与笔者联系，音响发烧友也可以来函来电讨论编程问题。
图中红外发射指令通过IC4接收、整形之后进入IC1，在IC1内解出相应的指令，此指令可以通过J3到图5去控制相关的继电器启闭，由该触点切换衰减器电阻达到控制音量的目的。此外还通过IC2解码后去驱动四位LED数码管的笔段显示相对应的衰减分贝值，通过IC3解码后去对四位LED数码管进行位驱动。本电位器除可遥控控制外，还可进行手动控制，手动控制主要是通过面板上的按扭进行。本图的变压器T1为守候用变压器，考虑到要遥控开关主机电源变压器，本变压器不能与主电源变压器共用，而要用独立的变压器。
有关控制电路见图5， 图5可分为三大部分：电位器部分、控制部分、信源切换部分。其中电位器部分由16个继电器及对应的8组电阻组成，每组电阻代替一组衰减器，电位器标称电阻值有100K、50K及10K三种，不同的标称电阻对应不同的电阻值，这些阻值还视步长、级数而定，故图中未标出实际数值。由于本图为全平衡式，故共有四个通道，四个通道是完全一样的。当需要两个通道的用户，可取消一半元件即可。电阻应选五环金属膜为佳。小继电器必须采用体积小、密封性好、接触可靠的镀金触点为好，本图采用日本松下的产品。
控制部分由两片74LS164分别控制电位器部分的八只三极管及信源切换部分的四只三极管。由于是全平衡结构，故所有三极管驱动两个互相串联的继电器。当用非平衡结构（双声道）时，只需把板上上半部分的或下半部分的12只继电器及电阻不焊，并把电源调整为5伏即可。
信源部分只是放置输出输入插座及继电器，要注意的是全平衡的相位不能接错。图中的四个发光二极管是用于显示信源状态的，可直接接于继电器的线圈绕组，并把电源调整为5伏即可。
图4为电源供应电路，并没有什么特别要说明的地方，但要求变压器必须不能与原机的模拟部分共用，且变压器的电屏蔽也要讲究，以不影响原前置或功放的讯噪比为准。各板对接时，插座不能接错，注意区分各端子，图中变压器T2为控制用变压器，最好独立选用，以免对前置放大造成干扰。J3为220伏交流插座，供主机变压器作开关用，由遥控或手动通过继电器VD4进行控制。
安装调试使用：考虑到大部分发烧友都有动手的爱好，本电路在布板时特意在零件面安排了清晰的安装图号及元件标号，一般按电路焊接无误不用调试即可成功。但要注意的是电位器部分的元件必须精确，误差大于1%将无法实现预期的参数，则本电路的优点及长处将不再成立。
由于本电路除电位器部分外，尚集成了信源切换、遥控开关机、静噪、候机等功能，因此是一个高档前置或合并式机的一个一揽子解决方案，高级的主电路（前置、功放）加上本电路立即升值为一台自动的、现代化的音响产品。此外，在信源切换过程中，单片机程序包含一个淡出淡入的过程：即转换信源→音量由大到小→音量为零→转换信源→音量由小到大，回复到切换前的衰减值水平。这一功能会更加人性化。由于本电路基本上没有模拟电路部分，所以也就不存在调试这个问题。
遥控手机为通途公司的系列音响产品共用的，考虑到给广大用户一个概貌，故有必要刊登表2，用户可以从表中看到它们之间的联系及遥控手机的详细功能。
感觉：笔者有一台全平衡的胆前级，以前使用普通波段开关、瑞士镀金波段开关、名牌旋转电位器均不满意，尤其是使用旋转电位器，由于四声道不能精确跟踪，故调音量时声像均会移动。有时某一通道接触不良还会使低音丢失或高音起毛，改用本电位器后，感觉声像定位准确，不管怎样调整音量，音质、声场总是不变的。
广州市通途电子有限公司供数控电位器：①、全套套件组装调试好：含遥控器、主控单元A2K01A（图2）、电位器单元A2K01B（图5）及总电源控制单元A2K01C（图4）各壹件及2个变压器（T1及T2）整套328元（4声道10K/50K/100K任选，采用日本松下或NEC超小型镀金继电器）,双声道280元。②、整套套件与①相同未焊接288元,双声道240元。③、全套印板、含遥控器、单片机IC及红外接收头、四个LED数码管、四个74LS164共150元。④、以上需配蓝色LED数码管另加60元。地址：广州市麓景西路狮带岗中7号101（510091）电话：020-83592575传真：83588350 |
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