Одновременное управление усилением двух независимых каналов одним потенциометром

В приложениях обработки звука и сигналов часто возникает вопрос: Как управлять усилением двухканальных (например, стерео) входов одновременно с помощью одной ручки? Конечно, очевидным решением было бы просто использовать сдвоенный потенциометр. Но сдвоенные потенциометры, особенно точные многооборотные, являются относительно дорогими специализированными изделиями.

В этой статье предлагается альтернатива. Она позволяет избежать недостатков сдвоенных потенциометров, контролируя усиление обоих каналов с помощью всего лишь одного обычного потенциометра R. Показаны два варианта реализации. Один, в котором используется счетверенный операционный усилитель (см. Рисунок 1), подходит для сигналов как переменного, так и постоянного тока, а другой – на четырех дискретных транзисторах – только для сигналов переменного тока, например, для аудиосигнала 20 Гц - 20 кГц (Рисунок 2).

Рисунок 1.	Для решения на основе операционных усилителей требуются четыре усилителя, образующие два токовых насоса Хауленда и дифференциальный усилитель, и куча прецизионных резисторов. Схема связана по постоянному току.

Обе схемы основаны на заземленном выводе движка потенциометра R. В результате получаются два механически связанных, но электрически независимых переменных сопротивления – A и B:

A = W•R

и

B = (1 – W)•R.

W представляет положение движка потенциометра R, изменяющееся от 0 до 1 при повороте R от крайнего положения против часовой стрелки (0) до крайнего положения против часовой стрелки (1). R – полное сопротивление потенциометра.

Соединение усилителя А2 и окружающих его резисторов на Рисунке 1 образует токовый насос Хауленда, инжектирующий ток

в часть W_R потенциометра, за счет которого формируется напряжение A_OUT:

Достаточно просто. Но что насчет канала В? Начинается все аналогично; благодаря буферизованным источникам тока Хауленда A2 и A3, ток

инжектируется в сопротивление (1 – W)•R, чтобы сформировать напряжение

Затем этот сигнал вычитается из B_IN дифференциальным усилителем A4, и формируется сигнал B_OUT:

B_OUT = B_IN – B_IN•(1 – W) = B_IN•(1 – (1 – W)) = W•B_IN.

Подстроечный потенциометр «Ноль B» предназначен для точной настройки компенсации B_OUT = 0 при W = 0.

В схеме на Рисунке 2 реализована по сути та же функциональность, но со связью по переменному току (для обеспечения работы цепей смещения транзисторов по постоянному току) и на старых добрых дискретных компонентах. Мне понравилось рисовать ее главным образом для того, чтобы доказать себе, что я все еще помню, как разрабатывать цепи смещения транзисторных линейных усилителей.

Рисунок 2.	Дискретное решение, связанное по переменному току, основано на четырех транзисторах, образующих три источника тока и дифференциальный каскад.

Транзистор Q1 – это простой источник тока, питающий верхнюю половину потенциометра для получения напряжения

A_OUT = W•A_IN.

Q2 делает то же самое в нижней половине потенциометра, создавая напряжение Q_4B на базе транзистора Q4:

Q_4B = B•(1 – W).

Оно вычитается транзистором Q4 из сигнала, образуемого на его эмиттере за счет падения напряжения на резисторе R4 от тока транзистора Q3, чтобы получить на коллекторе Q4 напряжение

B_OUT = B•(1 – (1 – W)) = W•B_IN.

И смотри-ка! Никаких операционных усилителей! Кроме того, однополярное питание.

Однако вы могли заметить, что на Рисунке 2 оба сигнальных тракта A и B инвертирующие. В аудиоприложениях это обычно не вызывает беспокойства, если инверсия симметрична, как в данном случае. Но если это будет проблематично в предполагаемом приложении, лучше использовать решение на базе операционного усилителя.