在音响设备中,常见一种数控电位器,由于它可以接受遥控器以及微处理机的控制,所以倍受业余爱好者的青睐。由于专用集成电路很难买到,笔者试用CMOS数字电路装置了一台数控电位器,其可靠性很高,价格也低于使用D/A转换器的产品。它相当于两个50kΩ的指数型电位器,从无衰减到无输出共分16档,调节一台50W×2功放的音量无阶跃现象。衰减曲线参见图2。

电气指标:频响≥20MHz(取决于模似双向开关4051的通频带),不均匀度≤3dB;两路串音优于-100dB;(取决于线路板的设计,按本文所提供的线路板),每换一档增减-4.2dB左右。第15档为关闭档,无输出;第14档衰减量≤-64dB。第0档无衰减。
本机全部采用CMOS电路,应用电压范围宽,耗电小。应用电压:3~10V(不稳压),8~30V(稳压);总电流:0.15~0.64mA(不包括稳压器)。
稳压器的使用是为了便于大功率扩音机上没有低于18V的电源所设。而且本电路的电源也不能接自前置放大部分。因为时刻都在工作的时钟会严重干扰前置放大电路甚至其自身的工作。本文所提供的线路板能使时钟信号不串入音频通道。但其电源最好接在总电源等内阻小的地方,这点应特别注意。
电路说明

请参看原理框图(图1)及电路原理图(图3)。图3中括号内的元件是右声道的元件,右声道与左声道完全一样,所以图中未画出。

本电路的按键组由5个按键组成,它们代表着“上升”、“下降”“右偏”“左偏”“回中”等五个功能。其中“回中”是使电位器立即回到预定好的中间档,本文设中间档为第7档,衰减量为-28dB。其它4键与4D触发器40175的置数端(D\(_{1~4}\))连接。当主时钟(V)的脉冲上沿到来时,键信号的反相信号以40175的负输出端(Q-1~4)输出。再将这信号送至4或门4071以将其转换成为“左上”,“左下”、“右上”、“右下”等4个指令。其中“左上”(E),“左下”(F)两信号送至左时钟逻辑控制电路,它由与非门G8~11以及一些二极管和电阻组成。另外“右上”、“右下”两信号送至与左边完全一样的右时钟逻辑控制电路。
“E”信号和“F”信号主要用来使左边的时钟逻辑控制电路为4位二进制可预置可逆计数器40193(CO\(_{1}\))提供一对加计数和减计数的时钟信号。时钟逻辑控制电路在极值检测电路的配合下完成计数时第一次遇到极值时马上反向计数(分压比——音量的变化方向也随之改变),再次遇到极值时停止计数的功能。因此只要按住“上升”按钮,则分压比开始增大,直到1∶1(无衰减时),马上转向分压比减小,直到分压比为0(无输出)时,计数器就停下来,称之为“锁死”。
可逆计数器(CO\(_{1}\))可输出00001-1~1111\(_{1}\)-1等16个二进制数,其中低3位一起送到两个8选1模似双向开关4051的A、 B、 C等3个控制端。而CO1输出的高一位则直接送到了一个4051的禁止端,反相后再送入另一4051的禁止端,这样CO\(_{1}\)的每个输出值便能唯一地开启一个模似开关通道,以便连接不同的电阻分压点来获得各档衰减量。
分压电阻的设计,决定了数控电位器的性质——线性、指数或者对数型;甚至电位器的质量也要受到影响。设计不好的电路会产生音量跳跃的感觉。分压电路可以设计多种阻值(相当于电位器的总电阻)。本文提供的数值为50kΩ,把它们乘以2便得到100kΩ电位器,当然也可以小于50kΩ,但不要小于1kΩ,这些电位器的性能都相当理想。
元件选择与制作
集成电路全部选用4000系列数字电路。
电阻均使用1/8W电阻,分压电阻的阻值请不要任意改动。
电容器C\(_{3}\)、C4以及C\(_{1}\)、C2 均可用1μF左右的非电解电容器代替。如果C\(_{1}\)-4的漏电流太大,电路便无法正常工作。
为了缩小体积,本电路使用了双面印刷线路板,如图4、5所示。制作难度较大。元件全部从A面插入,脚尖从B面伸出,孔边缘有焊盘的,无论A、B面均应可靠地焊好。A面焊接难度稍大,可用尖头的烙铁焊接,应特别注意焊盘上的锡千万别粘连到旁边的走线上。


焊接CMOS电路时可能由于静电使电路造成永久性损坏,所以焊接时,请切断烙铁的电源,或使用低压烙铁。
本电路的一个特点是不用调整,只要元件良好,印刷电路板制做准确无误,焊接正确,即可一次制做成功。(乜云峰)