Який сенс у предусилитель?

24

Я говорю в контексті гітарних підсилювачів, але припускаю, що це питання актуально для будь-якого типу аудіопідсилювача.

Дуже часто в схемі підсилювачів я бачу два етапи посилення - спочатку сигнал посилюється меншою кількістю за допомогою схеми підсилювача, а потім знову посилюється ланцюгом підсилювача потужності.

Це здається мені зайвим. Який сенс у посиленні сигналу за два невеликі кроки, а не лише в одному підсилюванні з більшим посиленням?

Перша моя думка була: чи допомагає це багатоступеневе посилення зменшити небажаний шум від сигналу? Але чим більше я думаю про це, тим менше має сенс, оскільки, безумовно, другий етап також підсилює будь-який шум.

amplifier preamp

— Джейкоб Гарбі
джерело

3

Існує також проблема посилення пропускної здатності продукту. Для даного підсилювача більше посилення означає меншу пропускну здатність. Якщо ви використовуєте занадто великий коефіцієнт посилення на одному етапі, то ви обмежуєте пропускну здатність цього етапу. Це може призвести до викривлення - для компенсації викривлення знадобиться посилення та пропускна здатність для негативного зворотного зв'язку.

— JRE

1

Ви не хочете, щоб високі струми (до гучномовця) були десь біля вхідного сигналу від гітарного підхоплення або сигналів вінілової платівки.

— analogsystemsrf

14

Перший підсилювач у будь-якому тракті сигналу, як правило, є тим, який додає сигнал до шуму. Тож попередній підсилювач повинен бути розроблений таким чином, щоб уникнути додавання сигналу більше шуму, ніж потрібно. Як правило, пристрої з низьким рівнем шуму та методи проектування несумісні з пристроями підвищеної потужності та технологіями проектування.

— mkeith

@mkeith Я думаю, що ваш коментар є найкращою загальною відповіддю, яку я бачив ще з цього приводу. У поєднанні з відповіддю Дейва Твіда це все має сенс з точки зору посилення гітари.

— Тодд Вілкокс

1

Я б назвав це вхідним етапом, а не підсилювачем, якщо не є схема змішування і регулювання тону, яка сама відповідає на ваше запитання.

— користувач207421

48

У звуковій передачі корисно проводити більшість маніпуляцій сигналом на стандартному рівні, відомий як "рівень лінії". Сюди входить змішування, вирівнювання, стиснення тощо.

Деякі джерела сигналу (мікрофони, гітарні підхоплення тощо) по суті не створюють вихідних лінійних рівнів, тому для посилення сигналу до цього рівня використовується попередній підсилювач. Деякі джерела сигналу (програвачі запису) вимагають не тільки посилення, але й спеціального вирівнювання для вирівнювання частотної характеристики.

Потім, після завершення всієї обробки сигналу, використовується другий, "силовий" підсилювач для приводу динаміка (ів).

Цей вид модульності дозволяє джерелам сигналів, етапам обробки та різного виду динаміків вільно змішувати та узгоджувати.

— Дейв Твід
джерело

6

У разі, якщо комусь потрібно це розбиття до найпростішого рівня для електричних гітарних підсилювачів: підсилювач готує сигнал для регулювання тону, а після управління тоном підсилювач потужності робить його готовим до динаміка.

— Тодд Вілкокс

О, ти маєш рацію. Я не помітив, що він говорив про підсилювачі в одному блоці, який мав на увазі біт "в тій же схематичній частині".

— DKNguyen

20

Швидка та брудна відповідь:

Буферизація - одна з причин. Міжзв'язки між речами можуть мати велику ємність і вимагати багато (порівняно) струму для приводу.

Імунітет до шуму - це інше. Подумайте над цим сценарієм: надішліть сигнал по дроту, де він сприймає, скажімо, шум 10 мВ, а потім посиліть його на 100 разів: загальний шум, 1000 мВ. Але якщо ви замість цього підсилите його на 10x, а потім надішліть його через провід, де він отримує шум 10mV, а потім посилити ще 10x, ваше загальне посилення сигналу все ще 100x, але ваш загальний шум становить лише 100mV.

— Вогнище
джерело

2

Ви хочете сказати, що шум, що піднімається всередині шасі підсилювача, буде рівним або більшим, ніж шум, сприйманий гітарами, що піднімаються у світі? Це мені не здається правильним. Що стосується електричних гітар, то частина сигнальної ланцюга, найбільш схильна до шуму, - це джерело (пікапи), а не взаємозв'язок (кабелі або маховики або сліди на друкованій платі).

— Тодд Вілкокс

1

@ToddWilcox Я сказав, що це була швидка та брудна відповідь, і, можливо, не дуже добре застосовується до конкретного сценарію, про який питає запитувач. Це не найкраща відповідь і потребує багато роботи, але я не маю ні часу, ні енергії, щоб працювати над цим зараз, і, чесно кажучи, я вражений, що це отримало стільки грошей, скільки зробив. Однак, визначення поняття "шум", яке я тут використовую, явно припускає, що потрібний вам сигнал є саме тим, що виводить перетворювач, і що сигнал, як він існує на клемах перетворювача, є безшумним за визначенням.

— Вогнище

11

F = 1 + \frac{N_{a d d i t i o n a l}}{N_{i n p u t} G} .

$F = 1 + \frac{N_\mathrm{additional}}{N_\mathrm{input}G}.$

If you cascade a series of amplifiers the total noise factor is given by Friis’ equation

F_{t o t a l} = F_{1} + \frac{F_{2} - 1}{G_{1}} + \frac{F_{3} - 1}{G_{1} G_{2}} + \frac{F_{4} - 1}{G_{1} G_{2} G_{3}} + \dots .

$F_\mathrm{total} = F_1 + \frac{F_2 - 1}{G_1} + \frac{F_3 - 1}{G_1 G_2} + \frac{F_4 - 1}{G_1 G_2 G_3} + \dots.$ Where

F_{n}

$F_n$ is the noise factor of the nth stage and

G_{n}

$G_n$ is the gain of the nth stage. This is because the additional noise of the first stage is amplified by the second and subsequent stages but the additional noise of the second stage is amplified by only the third and subsequent stages etc.

As you can see, the the noise factor of a given stage is divided by the gain product of all previous stages. So the first stage is the most important when it comes to noise. That’s why you have a low noise pre-amp stage as your very first component in the signal chain. This configuration has the added benefit of not having to worry about the noise figure of the power amplifier.

— user110971
джерело

1

And this is true from DC to daylight, as they say. The first amplifier sets the noise figure is what they say in RF (as a rule of thumb).

— mkeith

To put this differently, the first stage amplifies power, the next stages amplify voltage. Resistors, generate thermal noise which is power - the voltage depends on other factors - mainly on the resistor value. The first stage should match the source impedance to maximize the power entering the first stage. This helps lower the SNR ratio as it increases signal power while noise power is more or less constant.

— le_top

11

A major reason for separate boxes for preamps and poweramps is the GROUND currents and also magnetic coupling. [there is numeric example, at 20KHz and 6 amps to the speakers, at end of this answer, with the Preamp only 10cm from the Power amplifier]

Suppose you built the preamp and the poweramp on the same PCB. Why not?

Some of the loudspeaker current will be flowing around on the GROUND, and end up combining with the input signal.

To minimize this "combining", make that PCB long and thin, so the PowerAmp Grounds are far away from the PreAmp Grounds.

How to improve on this? use long thin regions between the Preamp and the Poweramp.

In the extreme, a coax cable provides a long-thin-region, to ensure very small combining of input and output currents.

For example: Why are the advantages of JFET over MOSFET, or why are JFET still used?

Given low millivolt signals from a vinyl record Moving Magnet cartridge, or even 0.5 millivolt from Moving Coil cartridges, that amplified to near-100-volt audio outputs, the entire system needs ~100,000:1 isolation. And even that isolation only provides Signal-Noise-Ratio of UNITY which just barely prevents oscillation; for 80dB ratio of signal-to-feedback, the isolation needs to improve by another 10,000:1 to 1 part per Billion.

schematic

^{simulate this circuit – Schematic created using CircuitLab}

=============================================

Наскільки погані можуть бути (магнітне поле) перехресні переговори / відгуки? припустимо, вихідний струм становить 6 ампер пік при 20 000 ГГц. DI / dT дорівнює 6 * d (sin (2 * pi * 20 000 * час)) / dT = 6 * 2 * pi * 20,000 * cos (2 * pi * 20000 * T)

або dI / dT = 700 000 ампер в секунду.

Припустимо, що вхід передпідсилювача (пам’ятайте, що 1 мілівольтний сигнал від картриджа, і вам потрібно не менше 10 000: 1 SNR або тональний зворотний зв'язок, таким чином, зворотний зв'язок мікроелектронних напруг 0,1 потрібного поверху) знаходиться на відстані 0,1 метра від виходу динаміка.

V_magnetic_induce = (2,0e-7 * Площа / відстань) * dI / dT

і ми припустимо, що площа вхідного циклу (сигнал на землю) становить 1 см на 4 см.

Тепер запустіть математику; пам'ятайте, що ми хочемо менше 0,1 мікровольтного зворотного зв'язку

Віндус *** = 2е-7 Генрі / метр * (площа петлі жертви = 1 см * 4 см) / 10 см * 700 000

Віндуче = 2e-7 * 0,0004meter / 0,1meter * 700,000

Віндус = 2е-7 * 0,004 * 7е + 5

Віндус = 2е-7 * 4е-3 * 7е + 7 = 56 е-3 = 56 міліВольт. [НЕПРАВНО! математична помилка]

Віндуче = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0,56 міліВольти [було 7e-5; виправлено на 7e + 5]

Магнітний зворотний зв'язок, спричинений тим, що Poweramplifer поруч з попереднім підсилювачем є на 0,56 мВ / 0,1 мікровольт або на 5600 разів сильнішим за те, що може сприйняти "чиста" музика. (в деяких документах кажуть, що вушна слупка може чути -106dBc, що говорить про необхідність отримання ще одного фактора чистоти в 20 разів)

======================================

Як дизайнер може покращити вірність цих систем? СЛАБИ МЕТАЛУ в сталевих корпусах; проводка з витою парою для вихідних сигналів (використовуйте плетені багатожильні кабелі гучномовців) та для підключення електроліній до коробки; Макет друкованої плати для маршрутного сигналу, який повинен бути поруч із поверненням; коаксіальні кабелі, які уникають слабкої проводки сигналу / заземлення, замість цього використовуйте штепсельну плату для мінімального розділення потоків сигналу та заземлення; великі резервуари заряду в PowerAmps, розміщені біля клем для виходу з гучномовців, для досягнення циклів передавача мінімальної площі (довга модель прямого дроту, яка використовується в прикладі, є лише частиною реального виходу + рух зворотного струму); джерела живлення, які використовують індуктори разом з випрямляючими діодами, щоб уповільнити перенапруження діода і уникнути злого «співаючого» звуку імпульсивних (швидких кромків) потоків потужності 120 Гц.

*** Віндус використовує неприродне наближення зв'язку між довгим прямим проводом, що несе струм агресора / передавача з dI / dT, і прямокутною петлею схеми жертви / приймача. Рівняння з поєднання закону індукції Фарадея та закону Біо-Саварта є

Vinduce = [MU0 * MUr * LoopArea / (2 * pi * Distance_wire_to_Loop)] * dI / dT

і ми ігноруємо ефекти 2-го порядку, для яких потрібен натуральний журнал.

Це також передбачає з'єднання ВИЩОГО СПРАВИ між проводом і петлею. Таким чином провід знаходиться в площині петлі. Чудова річ у цьому рівнянні - це відкриття трьох ступенів свободи (фактично 4: напруженість поля, керована глибиною шкіри, отже, потреба у сталі в шасі передпідсилювача). Ступені свободи є

(1) орієнтація між дротом і петлею

(2) область петлі, отже, використання крученої пари або обережного компонування друкованої плати або коаксіальних кабелів

(3) більше розділення між PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupply та фактичним Preamp та / або його вхідними коаксікабелями.

(4) 'dI / dT', що говорить нам про: (a) ФІЛЬТРУВАННЯ агресора, або (b) зменшити основні сили струму, або (c) використовувати плити міді або листи заліза або сталі, щоб значно зменшити зворотний зв'язок магнітного поля звукового сигналу; дуже низькі частоти потребують дуже товстої міді (60 Гц потребує 8 мм товщини) або тонких залізних / сталевих коробках.

Таким чином, ми можемо використовувати формулу, щоб запропонувати цілющі підходи.

— analogsystemsrf
джерело

5

На додаток до вже сказаного, гітарні підсилювачі часто призначений сценарій використання навмисно вводить певні спотворення шляхом перезарядження підсилювача. Якби був лише один блок посилення, не було б можливості перемолодити його, якщо тільки перезарядження в цілому - це призведе до прискореного зносу підсилювача та динаміків і вимагає від вас грати у вікна, що перебуває у вікні, глухий сусід, антисоціальний об'єм.

Для негітаристів: Спотворений режим ("overdrive") - це те, що вам потрібно, якщо ви хочете звучати гудіння-гудіння-гудіння та звук-колесо, а не тільки звуки плінг-плінг-плінгу.

— rackandboneman
джерело

Спасибі! Це цікавий момент, який ніхто більше не підніс.

— Джейкоб Гарбі

Ну, в даний час ви, швидше за все , овердрайв з допомогою ефекту, а НЕ на насправді , використовуючи свій попередній :-)

— років »

1

Певною мірою використання окремих предусилитель є історичним похміллям.

Зрештою, аудіосистема споживача може складатися з поворотного столу та магнітофонної колоди, можливо, вкинутий тюнер. Особливий інтерес викликав вхід вінілу, який віддалено не був рівним частотним сигналом - див. Компенсацію RIAA. Отже, різні компоненти вимагали різних ланцюгів підсилення. Стало загально відокремлювати вхідні підсилення / компенсацію частоти / тональність в блоці, окремому від підсилювача потужності, щоб дозволити змішування та відповідність бажаних рівнів продуктивності без заміни всього ланцюга електроніки.

На сьогоднішній день, де грамотні верстати є майже нішевим ринком, а магнітофони замінені на твердотільні джерела, практично кожен пристрій, який ви хочете відтворити, матиме рівень виходу лінії та плоску частоту, за винятком мікрофонів. Здебільшого, не існує особливої потреби в окремих преамперах, крім справді виділених аудіофілів (і, схоже, на цьому ринку є значний статус / компонент бренду).

— WhatRoughBeast
джерело

1

Мені здається, що "попередній підсилювач" майже завжди був помилковим, якщо тільки не було підключено фоно-картридж, головку або мікрофон. На сьогоднішній день більшість відокремлених підсилювачів справді використовуються як ослаблювачі на практиці, чи то активні, чи пасивні: насправді саме існування так званих «пасивних преамп». (І так, це оксиморон.) Деякі підсилювачі, такі як блоки клапанів витоку, були теоретично загасаннями, якщо враховувати вхід тюнера 2В та цільовий сенситив підсилювача близько 125мВ. Єдиним винятком, про який можна швидко придумати, став Quad 22: 100mV in 1.4V out.

— користувач207421