一个良好的手动调节音频增益级具有以下特点:
图1的电路符合所有这些要求。
图1 基于OP37的低噪声DC至20kHz音频增益级,具有伪对数增益调节功能。
图1以OP37为基础,其规格列表令人印象深刻。其中包括60MHz的增益带宽,使20kHz带宽与高达3000x=+70dB的增益兼容,噪声~3nV/Hz1/2,小于600Ω电阻器的热噪声,~20µV的输入直流偏移等
图1利用了这些优异的特性,同时也考虑到了一个特殊情况。为了确保稳定性,OP37要求最小闭环增益为5=14dB。R2:R3比值可确保满足此要求。
最小闭环增益=R3/R2+1=4.03+1=5.03
但是如果整个电路的最小增益为14dB,则与许多音频应用不兼容,因为这些应用通常要求最小可调增益<1,甚至接近于0。这就是使用R1/R2可变分压器的原因,它可以设置更低的最小增益,而不会产生双电位器的成本。
将电位器wiper(中间引脚)接地会产生两个机械连接但电气独立的可变电阻器。下半部分(ccw)与R1配合形成一个可变输入衰减器,其(输入)增益为:
GI=2ccw/(1+2ccw)
ccw=R2在ccw限制和wiper位置之间的分数
因此,当ccw从0变为1时,衰减器增益GI从接近0变为2/3。
同时,电位器的上半部分与R2形成一个可变反馈网络。该网络配置OP37的闭环(输出)增益:
GO=(8.06/2cw+1)
CW=R2在wiper和CW限制之间的分数
联立这两个比率(均由R2电位器控制)可得到总IN-to-OUT增益乘积:
I/O gain=(2ccw/(1+2ccw))(8.06/2cw+1)
图2显示了伪对数结果图,在-10dB至+40dB范围内具有良好的对数一致性。
图2 伪对数GIGO增益与R2 wiper位置的关系,0到1等于完全CCW到完全CW。
为了优化噪声性能,R1和R3应为金属膜类型的电阻器,以避免碳膜电阻器过量(1/f)噪声,R2应为金属陶瓷类型电阻器。
(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Adjust op-amp gain from -30 dB to +60 dB with one linear pot,由Ricardo Xie编译)