关于音量电位器的设置与使用

wkxin

     在音频放大器中对音量电位器所引起的失真一直都是烧友们所讨论的话题。随着技术的进步，各种数字及电子音量电位器越来越多，但同时高昂的价格又使得工薪族的烧友们望而兴叹。本人一直以来都是秉承节约发烧的宗旨，在制作音频放大器时从不堆料，而是借助仿真软件对电路进行认真的设计，反复调整，从原理设计层面尽量提高技术指标，从而在实作时事半功倍。对于音量电位器的设置和使用也通过电路仿真软件进行了反复的仿真实验。下面就电位器的设置和使用的认知提供给烧友们参考。我们从多种仿真截图来慢慢探讨。
      

      图1是一款5倍前级放大器，在输入端加入了音量衰减电路，用波段开关进行衰减切换。图1是没有经过衰减时输入1V的2MHz方波，输出约5V时的波形。

      图2是经过衰减1/2时，输入2V的2MHz方波，输出还是5V时的波形。

      图3是经过衰减2/3时，输入3V的2MHz方波，输出还是5V时的波形。

      图4是经过衰减3/4时，输入4V的2MHz方波，输出还是5V时的波形。
      上面4张截图请注意输入端的落地电阻是100K,而接入的2个衰减分压电阻加起来是10K,远小于落地电阻。同时放大器的输入级是高阻抗的场管输入级。

      图5，我把输入端的落地电阻改成20K,再在输入端接入20K电阻，经过衰减1/2时，输入2V的2MHz方波，输出还是5V时的波形。

      图6，我把输入端的落地电阻改成30K,再在输入端接入30K电阻，经过衰减1/2时，输入2V的2MHz方波，输出还是5V时的波形

      图7，我把输入端的落地电阻改成50K,再在输入端接入50K电阻，经过衰减1/2时，输入2V的2MHz方波，输出还是5V时的波形

      图8，我把输入端的落地电阻改成50K,再在输入端接入100K电阻，经过衰减2/3时，输入2V的2MHz方波，输出还是5V时的波形
      从图5到图8，只是把衰减分压电阻加大后就可以明显看到输出波形变差很多了。

      图9是一款全对称的5倍前级放大器，输入级为BIT输入缓冲级。图9是没有经过衰减时输入2V的2MHz方波，输出约10V时的波形。

      图10是经过衰减1/2时，输入4V的2MHz方波，输出还是10V时的波形。

      图11是经过衰减2/3时，输入6V的2MHz方波，输出还是10V时的波形。

      图12是经过衰减3/4时，输入8V的2MHz方波，输出还是10V时的波形。
      从图9到图12可以看到输入落地电阻还是100K,衰减和分压电阻之和还是10K，远小于落地电阻，从输出波形上看变化不大。同时注意输入端BJT选择了输入电容极小的A782A和C1775。在衰减网络与落地电阻之间加入了一个10uF的隔直电容，是防止衰减网络对放大器输出直流电位的影响。

     图13.我把落地电阻改成50K,再在输入端接入50K电阻，经过衰减1/2时，输入4V的2MHz方波，输出还是10V时的波形，从图中可以看到波形已近似三角波形了。

     图14是输入1V峰值的20KHz正弦波信号时输出峰值5V的傅里叶分析图

     图15是经过衰减1/2后，输入2V峰值的20KHz正弦波信号时输出峰值还是5V的傅里叶分析图

     图16是经过衰减3/4后，输入4V峰值的20KHz正弦波信号时输出峰值还是5V的傅里叶分析图

     从图14到图16可以看到经过各种衰减后的输出失真与没有衰减时的输出失真差别不大。注意图14到图16的输入落地电阻是100K，衰减和分压电阻之和是10K。

     图17是把输入落地电阻改成50K，再直接接入150K的衰减电阻进行3/4的衰减，还是输入4V峰值的20KHz正弦波信号时输出峰值还是5V的傅里叶分析图，从图中可以看到失真已明显提高了很多。

     图18是把输入落地电阻改成100K，再直接接入300K的衰减电阻进行3/4的衰减，还是输入4V峰值的20KHz正弦波信号时输出峰值还是5V的傅里叶分析图，从图中可以看到失真已明显提高更多。
http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=attachment&aid=NjgyOTcyM3wwNTA1Y2ZhNGVjNTVkNzBkMjVmM2FlNjU1ZGE5YmM1MnwxNzE5NDMzMDEy&request=yes&_f=.png
     图19是在落地电阻100K上并联一个100p的电容（带通波波），再直接接入300K的衰减电阻进行3/4的衰减，还是输入4V峰值的20KHz正弦波信号时输出峰值还是5V的傅里叶分析图，从图中可以看到失真已明显提高了一个数量级。

     从以上的仿真数据得到我的认知如下：1、设计放大器时输入级要选择输入阻抗高及输入电容小的管子，尽量提高输入级的输入阻抗，提高放大器的高频稳定性，去掉输入端的带通滤波电容，选择100K以上的落地电阻，再接入小于10K的音量电位器。就可以极大的减小音量电位器对放大器的失真。
      

那些烧过的年代

好文有理有据。整打算买个纯电阻搭的步进电位器，阻值还没确定，楼主的文章可以参考下

草根诗人7

我估计一个普通的碳膜音量电位器50KΩ，即使没有接触不良，失真度也可能达到0.1%！

capa

为何要用20kHz方波，求科普

zm70

100k以上高输入阻抗易受电磁干扰，我选10-50k

zhy_035

在电位器接地脚再串联一个100k电阻有用？

wkxin

capa 发表于 2021-6-24 20:06
为何要用20kHz方波，求科普

使用高频方波才能观察到波形的变化。

wkxin

zm70 发表于 2021-6-24 23:09
100k以上高输入阻抗易受电磁干扰，我选10-50k

在放大器输入端如果不加入电位器，则输入端落地电阻应不大于10K,如加入电位器，则落地电阻应大于100K。一个原则，先提高放大器输入级的输入阻抗，再并入低阻值的电位器来降低输入阻抗，便电位器的分流对放大器的影响降到最低。

wkxin

zhy_035 发表于 2021-6-24 23:59
在电位器接地脚再串联一个100k电阻有用？

估计没有谁会在电位器的接地脚串联100K的电阻吧？

wkxin

草根诗人7 发表于 2021-6-24 19:39
我估计一个普通的碳膜音量电位器50KΩ，即使没有接触不良，失真度也可能达到0.1%！

最好使用高质量的分流式多档电位器，提高精度和可靠性。

发烧求败

音量的控制方式才更重要 尽管这种对输入信号进行分压衰减的控制方式是市场主流 但我已经放弃好多年了

mxwmke1

步进式电位器很便宜了，电子音量芯片也不贵。
强调的2MHz及过高的输入电平测试脱离了实际应用环境，这样实验没有任何意义。

草根诗人7

wkxin 发表于 2021-6-25 06:54
最好使用高质量的分流式多档电位器，提高精度和可靠性。

因为我知道CD等初级数码音源的高音失真度很大，所以就不想折腾电位器了！毕竟我使用了台湾利洋电位器，不是很差。

wkxin

mxwmke1 发表于 2021-6-25 07:36
步进式电位器很便宜了，电子音量芯片也不贵。
强调的2MHz及过高的输入电平测试脱离了实际应用环境，这样实 ...

输入峰值1V的正弦波的傅里叶分析对比还是有意义的。输入2MHz方波只是比较好观察波形变化。

mxwmke1

wkxin 发表于 2021-6-25 11:40
输入峰值1V的正弦波的傅里叶分析对比还是有意义的。输入2MHz方波只是比较好观察波形变化。

你的题目是谈电位器，它只是一个无源器件，仿真分析也应该模拟实际工作过程，为什么把放大电路也参与其中？
输入2MHz方波来测试有实际意义？

wkxin

mxwmke1 发表于 2021-6-25 13:27
你的题目是谈电位器，它只是一个无源器件，仿真分析也应该模拟实际工作过程，为什么把放大电路也参与其中 ...

放大器不参与其中，怎么知道电位器对放大器的影响呢？

zhy_035

wkxin 发表于 2021-6-25 06:50
估计没有谁会在电位器的接地脚串联100K的电阻吧？

我的前级输入没有落地电阻，电位器是50k的分流式23档，按楼主的分析，是不是要加一个100k的落地电阻，和电位器形成并联？这样会把电位器的影响降到最低。

mxwmke1

wkxin 发表于 2021-6-25 15:18
放大器不参与其中，怎么知道电位器对放大器的影响呢？

如果有影响，那是放大器对信号电平的适应能力造成的。要弄清楚需要整改的对象。
而且输入用2MHz测量出来的结果根本没有说服力。

zm70

wkxin 发表于 2021-6-25 06:48
在放大器输入端如果不加入电位器，则输入端落地电阻应不大于10K,如加入电位器，则落地电阻应大于100K。一 ...

你是对的，音量最大时100K和10K电位器并联，输入阻抗9.09K。

wkxin

mxwmke1 发表于 2021-6-25 17:16
如果有影响，那是放大器对信号电平的适应能力造成的。要弄清楚需要整改的对象。
而且输入用2MHz测量出 ...

你再看一下图14到图18的傅里叶分析，输入的是峰值为1V的20KHz正弦信号，电位器不同的设置对同一个放大器引起的失真是有很大不同的。