级进式音量控制器

级进式音量控制器的设计与制作
音响器材绝少不了音量控制器！
音量控制器通常是一个可变电阻，用电阻分压电路将输入讯号衰减下来，达到控制音量的目的。

传统的音量控制器通常是用碳膜或金属皮膜电阻制作成片状，以具有弹性的接触片在片状电阻上滑动所构成。

如果是二声道或四声道的音响，便须要使用双联或四联的联动型可变电阻才行。

然而自古以来，联动型可变电阻常有联动的各个可变电阻分压比例误差很大，这种联动误差会造成各声道的音量大小不一致的问题！
为了解决各声道的音量大小不一致的问题，以前的立体声音响除了音量控制旋钮之外，还会加上一个声道平衡控制旋钮来解决这个问题。

传统的音量控制可变电阻所以会发生分压比例误差很大，主要是制作技术的精密度上的问题。

由于人耳对于音量的大小相对于讯号电压的大小，大致上是呈对数曲线的对应关系，所以音量控制可变电阻必须使用对数型（A型）可变电阻，而不是线性（B型）可变电阻。

在制作上，两片电阻片的阻值变化不容易控制到完全一致，而且滑动的接触片的位置是否精确也是个问题！
另外，传统的可变电阻还有接触片在电阻片上滑动，造成电阻片磨损的问题！所以传统的可变电阻用久了，就算还可以使用，特性上也会变差。

级进式音量控制器
基于传统可变电阻的种种问题，使用开关来取代可变电阻，做为音量控制器是一个很不错的解决方案。

毕竟开关接点的阻抗远远小于音量控制的分压电路的阻抗，就算用久了接点会有些磨损，也只是接点阻抗稍有变化而以，并不至于影响分压电路的比例。

而且用精密的固定电阻做成分压电路，每一级的分压比例都可以很精确，完全解决传统可变电阻联动误差的问题。

因此就有了级进式音量控制器的产生。

通常级进音量控制器是以 23段旋转式波段开关所构成。

以其电阻的分压方式，可分成串行型Serial Type、梯子型Ladder Type和分流型Shunt Type。

串行型Serial Type的接法如下图所示，将电阻一个一个串联起来，是最简单、最有效率的一种方式。

梯子型Ladder Type的接法如下图所示，电阻的排列就像梯子一样。

然而，旋转式波段开关的接点排列如下图所示，
由图中可看出接点跟接点间难免会有些微的杂散电容存在，这些杂散电容对于串行型Serial Type的接法的影响比对于梯子型Ladder Type的接法的影响来得大些，虽然这一点点的杂散电容对音频而言，可以说是几乎没有影响，但对于追求完美的人而言，会觉得梯子型Ladder Type接法的音质比较好。

但梯子型Ladder Type接法的缺点为体积大，两层联动的开关只能做成一声道的音量控制器，要做成二声道的音量控制器必须要使用四层联动的开关。

梯子型Ladder Type接法所使用的电阻也必须比串行型Serial Type的电阻大好几倍，譬如以 1/2W电阻做成的梯子型Ladder Type音量控制器，其承受功率只相当于用 1/8W电阻做成的串行型Serial Type音量控制器。

分流型Shunt Type的接法如下图所示，
分流型Shunt Type的接法虽然体积小，接点间杂散电容的影响也小，但从输入端看进来，输入阻抗会随着波段开关的转动而大幅变动，这是分流型Shunt Type接法的重大缺点！
梯子型Ladder Type的错误接法
下面这个图是梯子型Ladder Type级进音量电位器的正确接法，
但很多人为了焊接电阻上的方便，将梯子型Ladder Type级进音量电位器的电路接成下面这个图，
其中的差异在于前一种接法靠近输入端的分压电阻跨在两个连动开关之间，和靠近 GND 的分压电阻直接连在一起，这种接法必须将电阻挤进两层连动开关之间，若电阻大一点便挤不进去！
另一种接法靠近输入端的分压电阻直接跟输入端接在一起，不用将电阻挤进两层两个连动开关之间，焊接电阻比较方便，但开关接点会有「弹跳」现象(Bounce)，万一靠近 GND 的接点因为「弹跳」现象而断开，但靠近输入端的接点却连在一起，分压电路便在这个瞬间呈现最大输出的状态！如此会造成在旋转级进音量电位器时产生「爆音」。

当然有人会说他用这种接法并没有产生「爆音」，这是运气好坏的问题！毕竟每一个开关、每一个接点的「弹跳」现象(Bounce)会有些差异，甚至在测接点的「弹跳」现象时，同一个接点每一次测出来的「弹跳」现象也会不同！因此运气好的就没有「爆音」的问题，运气不好的就………
同样的，下面这个图是分流型Shunt Type级进音量电位器的正确接法，
下面这个图是分流型Shunt Type级进音量电位器的错误接法，同样会造成在旋转级进音量电位器时产生「爆音」。

导线的反射电压
用波段开关来设计级进音量控制器还有一个问题必须加以解决，那就是导线的反射电压！
什么是导线的反射电压呢？由于任何导线都会有电感量存在，而波段开关就算是先接后断式的设计，还是会因为「弹跳」现象而使接点在一瞬间呈现断路的状态，如果导线中有电流流动而瞬间发生接点断开的话，导线会因为电感的作用产生很大的反射电压，就好像汽车的点火线圈利用白金接点来产生可以让火星塞放电的高电压的原理一样！这种现象也会让级进音量控制器在转动时发生杂音，如果级进音量控制器有直流电流流过，这种现象会更明显。

这个问题对于梯子型Ladder Type接法会比串行型Serial Type接法来得严重！
另外，级进音量控制器之后如果没有经过交连电容，直接接到放大器的输入端，当开关接点瞬间断开、导线的端点呈现浮接Floating的状态时，放大器输入的Offset电压、电流也会瞬间变动，因此也会产生杂音。

要解决这一类问题，必须让接点瞬间断开时，导线的端点不会呈现浮接Floating的状态，因此我将梯子型Ladder Type接法改成输入与输出端点即使在接点瞬间断开时，仍然有电阻将输入与输出端点与接地点连接，电路如下图所示：
上图的梯子型Ladder Type接法，R47为防止输入导线浮接Floating而并联上去的电阻，为了避免大幅影响音量电位器的标称值，阻值设定在音量电位器标称值的十倍。

而为了防止输出导线浮接Floating，音量电位器的输出端直接跟Rout的最后一个电阻R46相连，因此波段开关除了第23段之外，转到其他的位置时，那个位置的电阻都会跟R46并联。

分压电阻的计算
我是用Microsoft Excel来做分压电阻的计算，计算的图表如下：
上图所计算的是10K梯子型Ladder Type接法的分压电阻阻值。

电路图如下：
下图是10K串行型Serial Type接法的分压电阻阻值计算结果和电路图：
100K的级进音量控制器每个电阻的电阻值为10K的级进音量控制器电阻值的十倍。

级进音量控制器的装配
为了制作级进音量控制器，我订制了一批1/2W±1%的金属皮膜电阻给梯子型Ladder Type级进音量电位器使用，串行型Serial Type级进音量电位器则是使用1/8W±1%的金属皮膜电阻。

我也跟工厂订制了一批级进音量旋转开关，制作成两层连动开关的接点距离较宽的方式，宽度可以挤进一般的1/2W 电阻。

开关的旋柄为KQ Shape俗称18齿的旋柄，这种形状的柄也可以使用用螺丝锁的旋钮，大不了用锉刀将齿跟螺丝接触的地方磨一磨即可。

市面上大部分的波段开关跟可变电阻都是这种旋柄，所以这种18齿的旋钮也很多，反而圆柱型的旋柄无法使用18齿的旋钮，因此我订制的是18齿的旋柄，可以配合各种旋钮。

柄长是23mm，如果太长可以锯短一点。

我尝试了几种级进音量控制器的装配方式，研究怎么焊接装配比较理想。

上图这种装配方式由于1/2W的电阻太长，并不理想。

上图这种装配方式蛮容易焊接，只是体积大了一点，比较占空间。

由于梯子型Ladder Type级进音量电位器被炒作得很热，所以我先来介绍梯子型Ladder Type级进音量电位器的装配。

装配前先搞清楚23段旋转式波段开关每一段的位置，
上图中23段旋转式波段开关却有24个接点位置，由于机构设计上的限制，编号第24的接点位置是接触不到的接点。

编号第1到第23的接点则对应电路图中波段开关的接点编号。

下表为梯子型Ladder Type和串行型Serial Type级进音量电位器电阻值列表，因为电阻焊接时必须依序焊接才不容易出错，所以装配前最好使用电表奥姆档测量，将电阻分辨排列清楚，光看电阻的色码容易误判。

电路图中的Rin要先焊在两层连动开关之间，按照位置编号依序焊接上去。

编号第1的接点位置由于两层连动开关之间有波段开关共同端的焊片阻挡，所以将位置1的电阻焊在位置第24之后，再用剪下来的电阻引脚当成跳线，将位置24的接点跟位置1的接点连接在一起。

Rin在编号23的位置上并没有电阻，而是以跳线短路起来。

Rin焊完再依序焊上Rout，注意！编号1的位置上并没有Rout。

取适当长度的铜线，一端焊在编号1的位置上，然后将Rout的外围绕一圈，然后焊接起来。

最后如上图所示，焊上R47便大功告成了。

这种「大车轮」型的梯子型Ladder Type级进音量电位器，我那六岁的儿子很喜欢，不过由于比较占空间，我改成像下面这个样子，作法其实和前面所叙述的一样，只是Rout折了90°而已。

串行型Serial Type级进音量电位器的装配似乎没什么好讲的，只是依序在开关的接点与接点之间焊上1/8W电阻而已，只是1/8W电阻的两支引脚要一起穿过开关的接点会有些勉强，因此1/8W电阻的引脚只有一支穿过开关的接点，另一支引脚只是靠在开关的接点上焊接在一起而已，电阻一个搭一个，稍微倾斜地排成一圈。

串行型Serial Type级进音量电位器的讯号输入、输出的接法如上图的标示。