自制高品质红外遥控音量调节器

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自制高品质红外遥控音量调节器
《电子制作》在2000年第7、8两期连续刊登了我设计的“200W电子三分频高品质有源音响”后，许多爱好者来信询问为什么没有给它设计音量调节电路。其实，我在推出200W、50W、18W系列电子三分频高品质有源音响之时，已经设计了可供它们通用的音量调节电路。我之所以没有马上将其介绍给大家，原因是需要进行反复地仔细研究后，才可以把最佳的作品提供给爱好者去仿做。

对音响电路有过研究的人，大都知道TA8184、LM1036、TDA1524这些专用于音量控制的直流音调IC。其中，TA8184的性能指标最好。LM1036的音质也不错，但它的左右声道平衡不够好、相差可能超过2db。LM4016 是LM1036的升级品，增加了3D环绕声处理功能。TDA1524的音质不佳，听感上明显单薄，人们一般不选用它。由于这些直流音调IC带有高低音调节功能，它们的输出信号峰峰值虽然可以达到8V，但输入信号的峰峰值最大只允许达到3V。然而从CD机输出的音频信号，除小型携带机外，一般都可以输出超过6V峰峰值的音频信号。现代录制的CD音乐节目都频繁出现超过4V峰峰值的音频信号，当把CD机输出的音频信号直接输入这些直流音调IC中时，幅度稍大的信号就要出现削波。为了防止信号削波，必须先将信号源输出的音频信号衰减10db才能输入到直流音调IC中，然后再对直流音调IC输出的信号进行相应的放大，结果是使整机信噪比下降了10db。以TA8184和LM1036来说，它们自身的信噪比在电路设计达到最佳时也只有80db，在经过上述先衰减再放大的处理后，整机的信噪比最多只能达到70db。这样的性能指标，显然达不到高品质音响系统的要求。就是对音质要求较低的多媒体音响系统，由于经常播放幅度大的低音信号，如果不采取先衰减再放大的处理方式，也不宜使用这些曾在上个世纪80年代风光过的直流音调IC了。

在高品质音响系统中，音量调节是很重要的环节。当音频放大器的信噪比已经做到90db以上时，音量调节器的信噪比如果不够高，整体的播放效果就会受到明显损害。普通电位器由于电阻膜片的空间面积比较大，很容易产生外部感应噪声。当把电位器旋到两端时，电位器产生的感应噪声较小。当把电位器旋到中间常用位置上时，电位器产生的感应噪声最大。实验证明，使用普通电位器做音量调节，在把电位器全部屏蔽起来，直接把信号源输出的音频信号加到电位器上时，整机的信噪比仅能够达到60db左右。要想降低电位器产生的外部感应噪声，只能使用低噪声放大电路将信号源输出的音频信号先放大10倍后，再将它加到电位器上。这样做的难点是前置低噪声放大电路需要使用较高的工作电压，必须超过±40V，才能在不发生信号被削波的情况下提高整机信噪比。由于加在电位器上的音频信号幅度被放大了10倍，在电位器上产生的热损耗也将增大100倍，因此不能再使用普通碳膜电位器，必须改用由若干个金属膜电阻串联构成的有级非连续调节的特制电位器来调节音量。这种特制电位器产生的热噪声比普通碳膜电位器产生的热噪声要低得多，价格也要贵得很多。许多高品质音响系统常采用这种方式来调节音量，但既便如此，整机的信噪比也仅能够达到85db左右，很少能够超过90db。所幸的是，在上个世纪90年代后期，国外已经有多家电子公司生产出新一代的音量调节专用IC。其特点是将一系列微型电阻串联集成在IC内部，通过集成在IC内部的数字电路控制电子开关实现触点切换。由于集成在IC内部的微型电阻体积非常小，几乎不会产生外部感应噪声，这些音量调节专用IC的信噪比都能达到90db以上，非线性失真不大于0.01%，输入、输出信号的峰峰值都允许达到电源电压值。以典型的音量调节专用IC芯片TC9235或SC9153来说，工作电压取为单9V或双±5V时，输入、输出信号的最大峰峰值可达到9.3V或10.3V，信噪比可达到100db，它们显然是性能良好的音量调节器件。

有了性能良好的新一代音量调节专用IC，人们只要按照生产厂商提供的应用电路进行设计排板，就可以制作出适合高品质音响系统使用的音量调节器了。但是，要把它制作成一个完善的音量调节器，人们还需要把红外遥控电路和音源切换电路也增加上去。图①所示电路即是我采用SC9153音量调节专用IC设计的具有2路音源切换选择，可进行手动调节和红外遥控的通用型音量调节器。我之所以选用SC9153来调节音量，是考虑到开机通电时的初始状态应该是一个合适的小音量状况。TC9235在开机通电时是处于最大衰减（－78db）状态下，只要关机重新打开电源，就必须给它调节很多步（2db/步），才能使输出音量达到先前的使用状况。SC9153的调节范围为0 ～－66db，它在开机通电时并不是处于最大衰减状态下，而是处于比较合适的小音量状况。为了弥补有级调节的缺陷，我在SC9153芯片的第4、第13脚与中点电平之间分别串入了1K阻值的双连电位器RW1，通过它可以将经过SC9153衰减输出的音量在大约3db的小范围内进行连续调节，从而使之更加符合各人喜好。在该电路图中，采用了人们熟悉的红外发射芯片SC9148和与之配对的红外接受芯片SC9149来实现遥控操作。另外，还使用了一片4二与非门(74LS132)和一片6反相器(74LS06)来实现手动按键和红外遥控与SC9153之间的连动控制要求。此部分属于经典附加电路，人们只要按照电路图中给出的参数选用元件，无须做任何调整就能正常工作。特别需要说明的是，该电路图中使用了一只性能指标不是很优秀的模拟开关芯片CD4051来切换信号源。从参数上看，模拟开关芯片的非线性失真可以达到0.2%，通道之间的隔离度也只有40db，这确实不是很好的性能指标。但由于模拟开关芯片具有高达100db的信噪比和很宽的通频带，同时输入、输出信号的电压峰峰值都允许达到电源电压值，而不大于0.2%的非线性失真已经小于人体听感上的分别能力，左右声道之间的隔离度只要达到30db就可以将它们分辨出来，因此用它来做音源切换完全能够获得良好的实听效果。当然，在使用之时必须把不用到的信号源关闭，以防止出现信号源串音。

图②、图③分别是该音量调节器的主、付印刷电路图。图②主印刷电路板必须装在金属屏蔽盒之中，金属屏蔽盒与印刷电路图的信号地须保持连通。图③付印刷电路板安装在金属屏蔽盒外面前面板上，它与主印刷电路板之间用两条6排线和一条3排线进行连接。由于印刷电路的排板是否合理对最终的工作状况将产生极大影响，为了取得最佳的效果，高鹏程先生专门对它进行了两次排板，并制作出实物样机验证各项指标都达到了设计要求。图④与图⑤分别是红外遥控部分的原理图和印刷电路图，原理图是IC生产厂家提供的标准应用电路，印刷电路图则是根据市面上买到的现成塑壳设计而成，人们可以根据自己实际找到的红外遥控器塑壳另外排出印刷电路图。图⑥、图⑦、图⑧是供爱好者直接仿制的PCB铜箔图，想自己仿制的音响爱好者，请根据自己的需要设计出音量调节器的外壳结构图。