Какой смысл в предусилителе?

24

Я говорю в контексте гитарных усилителей, но я предполагаю, что этот вопрос актуален для любого типа аудиоусилителя.

Очень часто в схемах усилителей я вижу две ступени усиления - сначала сигнал усиливается в меньшей степени схемой предусилителя, а затем снова усиливается схемой усилителя мощности.

Это кажется излишним для меня. Какой смысл в усилении сигнала двумя небольшими шагами, а не одним усилением с большим усилением?

Моей первой мыслью было: помогает ли это многоступенчатое усиление уменьшать нежелательный шум от сигнала? Но чем больше я об этом думаю, тем меньше это имеет смысла, так как второй этап наверняка усилит и любой шум.

amplifier preamp

— Джейкоб Гарби
источник

3

Существует также проблема усиления пропускной способности продукта. Для данного усилителя большее усиление означает меньшую полосу пропускания. Если вы используете слишком большое усиление на одном этапе, вы ограничиваете пропускную способность этого этапа. Это может привести к искажению - для компенсации искажения требуются усиление и полоса пропускания для отрицательной обратной связи.

— JRE

1

Вы не хотите, чтобы высокие токи (к громкоговорителю) находились рядом с входным сигналом с гитарного звукоснимателя или сигналами виниловой записи.

— аналоговые системы

14

Первый усилитель в любом тракте сигнала обычно является тем, который добавляет весь шум к сигналу. Таким образом, предварительный усилитель должен быть спроектирован так, чтобы избежать добавления шума в сигнал больше, чем необходимо. Как правило, устройства с низким уровнем шума и методы проектирования несовместимы с устройствами и устройствами высокой мощности.

— mkeith

@mkeith Я думаю, что ваш комментарий - лучший общий ответ, который я когда-либо видел на этот счет. В сочетании с ответом Дэйва Твида все это имеет смысл с точки зрения усиления гитары.

— Тодд Уилкокс

1

Я бы назвал это входным каскадом, а не предусилителем, если только нет схемы микширования и регулировки тембра, которая сама отвечает на ваш вопрос.

— user207421

48

В аудио аппаратуре полезно выполнять большую часть манипуляций с сигналом на стандартном уровне, известном как «линейный уровень». Это включает в себя смешивание, выравнивание, сжатие и т. Д.

Некоторые источники сигнала (микрофоны, гитарные звукосниматели и т. Д.) По своей природе не генерируют выходы линейного уровня, поэтому для усиления сигнала до этого уровня используется предварительный усилитель. Некоторые источники сигнала (проигрыватели записи) требуют не только усиления, но и специального выравнивания, чтобы сгладить частотную характеристику.

Затем, после того как вся обработка сигнала завершена, второй усилитель мощности используется для управления динамиком (динамиками).

Этот вид модульности позволяет свободно смешивать и согласовывать источники сигнала, этапы обработки и различные типы динамиков.

— Дэйв Твид
источник

6

В случае, если кому-то это нужно для простейшего уровня для усилителей электрогитары: предусилитель готовит сигнал для регуляторов тембра, затем, после регулировки тембра, усилитель мощности готовит его к динамику.

— Тодд Уилкокс

О, ты прав. Я не заметил, что он говорил об усилителях в том же устройстве, что подразумевалось под битом «в той же схематической части».

— DKNguyen

20

Быстрый и грязный ответ:

Буферизация является одной из причин. Межсоединения между вещами могут иметь большую емкость и требовать большого (сравнительно) тока для привода.

Шумоустойчивость - это другое. Подумайте об этом сценарии: отправьте сигнал через провод, где он улавливает, скажем, шум 10 мВ, а затем усилите его в 100 раз: общий шум, 1000 мВ. Но если вместо этого вы усиливаете его в 10 раз, а затем отправляете по проводу, где он получает шум 10 мВ, а затем усиливаете его еще в 10 раз, общее усиление сигнала все равно 100х, но общий шум составляет всего 100 мВ.

— топка
источник

2

Вы хотите сказать, что шум, поднятый внутри корпуса усилителя, будет равен или больше, чем шум, воспринимаемый гитарными звукоснимателями в мире? Это не кажется мне правильным. В случае электрических гитар часть сигнальной цепи, наиболее подверженная шуму, - это источник (звукосниматели), а не межсоединение (кабели или проводки или следы на печатной плате).

— Тодд Уилкокс

1

@ToddWilcox Я сказал, что это был быстрый и грязный ответ, и он может не очень хорошо подходить к конкретному сценарию, о котором спрашивает аскер. Это не самый лучший ответ, и мне нужно много работать, но у меня нет времени и сил, чтобы работать над ним прямо сейчас, и, честно говоря, я поражен, что он получил столько же голосов, сколько и. Тем не менее, определение «шум», которое я здесь использую, неявно предполагает, что нужный вам сигнал - это именно то, что выводит преобразователь, что сигнал, который существует на клеммах преобразователя, по определению не имеет шума.

— Очаг

11

To minimize the noise factor, which is the SNR of the output divided by the SNR of the input. An ideal amplifier should keep the SNR constant, since the input noise is amplified by the same amount as the input signal. A real amplifier, however, adds extra noise. The noise factor is given by

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}

$G_n$ это усиление n-го этапа. Это связано с тем, что дополнительный шум первого каскада усиливается вторым и последующим каскадами, а дополнительный шум второго каскада усиливается только третьим и последующими каскадами и т. Д.

Как видите, коэффициент шума данной ступени делится на произведение усиления всех предыдущих ступеней. Таким образом, первый этап является наиболее важным, когда речь идет о шуме. Вот почему у вас низкий уровень предварительного усилителя в качестве первого компонента в цепочке сигналов. Эта конфигурация имеет дополнительное преимущество: вам не нужно беспокоиться о коэффициенте шума усилителя мощности.

— user110971
источник

1

И это верно от DC до дневного света, как они говорят. Первый усилитель устанавливает коэффициент шума именно так, как говорят в РЧ (как правило).

— mkeith

Иными словами, первая ступень усиливает мощность, следующие ступени усиливают напряжение. Резисторы генерируют тепловой шум, который является мощностью - напряжение зависит от других факторов - главным образом от значения резистора. Первая ступень должна соответствовать сопротивлению источника, чтобы максимизировать мощность, поступающую на первую ступень. Это помогает снизить коэффициент SNR, поскольку он увеличивает мощность сигнала, в то время как мощность шума более или менее постоянна.

— le_top

11

Основной причиной для отдельных коробок для предусилителей и усилителей мощности являются токи заземления, а также магнитная связь. [есть числовой пример, при 20 кГц и 6 А для динамиков, в конце этого ответа, с предусилителем всего в 10 см от усилителя мощности]

Предположим, вы создали предусилитель и усилитель мощности на одной плате. Почему бы нет?

Часть тока громкоговорителя будет течь по заземлению и в конечном итоге объединится с входным сигналом.

Чтобы свести к минимуму это «объединение», сделайте эту печатную плату длинной и тонкой, чтобы заземление PowerAmp находилось далеко от заземления предварительного усилителя.

Как улучшить это? используйте длинные тонкие области между предусилителем и Poweramp.

В крайнем случае, коаксиальный кабель обеспечивает длинную тонкую область, чтобы обеспечить очень маленькое объединение входных и выходных токов.

Например: почему преимущества JFET по сравнению с MOSFET или почему все еще используются JFET?

Учитывая низкий уровень сигнала в милливольтах от виниловой магнитной кассеты с подвижной магнитой или даже 0,5 милливольт от кассет с подвижной катушкой, которые усиливаются до звуковых выходов, близких к 100 В, всей системе требуется изоляция ~ 100 000: 1. И даже эта изоляция обеспечивает только отношение сигнал-шум от ЕДИНСТВА, которое едва предотвращает колебания; для отношения сигнал-обратная связь 80 дБ необходимо улучшить изоляцию еще на 10 000: 1 к 1 части на миллиард.

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

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

Насколько плохо (магнитное поле) перекрестные помехи / обратная связь могут быть? Предположим, выходной ток составляет 6 ампер при 20000 Гц. Значение dI / dT составляет 6 * d (грех (2 * пи * 20000 * время)) / dT = 6 * 2 * пи * 20000 * cos (2 * пи * 20000 * T)

или dI / dT = 700 000 ампер в секунду.

Предположим, что вход предусилителя (помните, что сигнал 1 милливольт от картриджа, и вы хотите не менее 10000: 1 SNR или тональной обратной связи, таким образом, обратная связь 0,1 микровольт - это требуемый уровень) составляет 0,1 метра от выхода громкоговорителя.

V_magn_induce = (2,0e-7 * Площадь / Расстояние) * dI / dT

и мы предположим, что площадь входного контура (сигнал на землю) составляет 1 см на 4 см.

Теперь запустите математику; помните, что мы хотим получить МЕНЬШЕ 0,1 микровольтной обратной связи.

Vinduce *** = 2e-7Henry / метр * (площадь петли жертвы = 1см * 4см) / 10см * 700 000

Vinduce = 2e-7 * 0,0004 метра / 0,1 метра * 700 000

Vinduce = 2e-7 * 0,004 * 7e + 5

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 7 = 56 e-3 = 56 милливольт. [НЕПРАВИЛЬНО! математическая ошибка]

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0,56 милливольт [было 7e-5; исправлено до 7е + 5]

Магнитная обратная связь, вызванная наличием Poweramplifer вблизи предусилителя, на 0,56 мВ / 0,1 микровольт или 5 600 раз сильнее, чем может выдержать «чистая» музыка. (в некоторых работах говорится, что улитка уха может слышать до -106 дБн, что говорит о необходимости еще одного фактора - 20-кратной чистоты)

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

Как дизайнер может улучшить точность этих систем? Слябы из металла в стальных корпусах; проводка по витой паре для выходных сигналов (используйте многопроволочные акустические кабели из плетеной ткани) и для кабельных линий электропередачи к коробкам; Компоновка печатной платы для направления сигнала в непосредственной близости от Return; коаксиальные кабели, которые избегают слабой проводки сигнала / заземления, вместо этого используйте разъемы на печатной плате для минимального разделения потоков сигнала и заземления; большие накопители заряда в усилителях мощности, расположенные рядом с выходными клеммами громкоговорителей, для достижения контуров передатчика минимальной площади (модель длинного прямого провода, использованная в этом примере, является лишь частью движения реального + обратного тока); источники питания, которые используют индукторы наряду с выпрямительными диодами, чтобы замедлить выбросы диодов и избежать зловещего "поющего" звука импульсных (быстрых фронтов) потоков мощности 120 Гц.

*** Vinduce использует не натуральное логарифмическое приближение связи между длинным прямым проводом, несущим ток агрессора / передатчика с dI / dT, и прямоугольным контуром цепи жертва / приемник. Уравнение из комбинации закона индукции Фарадея и закона Био-Савара

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

и мы игнорируем эффекты 2-го порядка, которые требуют натурального логарифма.

Это также подразумевает связь WORST CASE между проводом и шлейфом. Таким образом, провод находится в плоскости петли. Удивительным моментом в этом уравнении является обнаружение трех степеней свободы (на самом деле 4: напряженность поля, контролируемая глубиной залегания, следовательно, потребность в стали в шасси предусилителя). Степени свободы

(1) ориентация между проводом и петлей

(2) площадь петли, следовательно, использование витой пары или аккуратная разводка печатной платы или коаксиальные кабели

(3) большее разделение между PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupply и фактическим предусилителем и / или его входными коаксиальными кабелями.

(4) «dI / dT», говорящее нам: (а) ФИЛЬТРИРОВАТЬ время нарастания агрессора, или (б) уменьшить силу основного тока, или (в) использовать медные плиты или листы железа или стали, чтобы значительно уменьшить звуковой сигнал обратной связи по магнитному полю; для очень низких частот требуется очень толстая медь (60 Гц нужна толщина 8 мм) или тонкие железные / стальные коробки.

Таким образом, мы можем использовать формулу, чтобы предложить лечебные подходы.

— analogsystemsrf
источник

5

В дополнение к тому, что уже было сказано, с гитарными усилителями часто предполагаемый сценарий использования преднамеренно вносит некоторое искажение путем перегрузки усилителя. Если бы был только один блок усиления, не было бы возможности перегрузить его, если бы он не перегрузил его в целом - что привело бы к ускоренному износу усилителя и динамика и требовало, чтобы вы играли на разборках окон, оглушении соседей, антисоциальной громкости.

Для не гитаристов: искаженный режим («овердрайв») - это то, что вам нужно, если вы хотите звуки гудения, гудения и гудения, а не только звуки плин-плин-плин.

— rackandboneman
источник

Благодарность! Это интересный момент, который никто не затронул.

— Джейкоб Гарби

Ну, в настоящее время вы, скорее всего , овердрайв с помощью эффекта, а не на самом деле , используя свой предусилитель :-)

— лет»

1

В некоторой степени использование отдельных предусилителей является историческим похмельем.

Раньше потребительская аудиосистема могла бы состоять из проигрывателя и магнитофона с, возможно, встроенным тюнером. Особый интерес представлял виниловый вход, который не был удаленно плоской частотной характеристикой - см. Компенсацию RIAA. Таким образом, для разных компонентов требовались разные цепи усиления. Стало обычным делить входное усиление / частотную компенсацию / регуляторы тембра в блоке отдельно от усилителя мощности, чтобы позволить микширование и согласование желаемых уровней производительности без замены всей цепи электроники.

В настоящее время, когда проигрыватели проигрывают в значительной степени нишевый рынок, а магнитофоны заменены твердотельными источниками, практически каждое устройство, на котором вы можете играть, будет иметь линейный уровень и плоскую частотную характеристику, за исключением заметных микрофонов. По большей части, нет особой необходимости в отдельных предусилителях, за исключением действительно выделенных аудиофилов (и, похоже, на этом рынке присутствует значительный компонент статуса / бренда).

— WhatRoughBeast
источник

1

Мне кажется, что «предварительный усилитель» почти всегда был неправильным, если только не был подключен фоно-картридж, магнитофон или микрофон. До сегодняшнего дня большинство разделителей предусилителей действительно используются в качестве аттенюаторов на практике, будь то активные или пассивные: на самом деле, само существование так называемых «пассивных предусилителей» подтверждает это. (И да, это оксюморон.) Некоторые предусилители, такие как клапаны с утечкой, были теоретически аттенюаторами, если учесть входные сигналы тюнера 2 В и чувствительность целевого усилителя около 125 мВ. Единственное исключение, о котором я могу вспомнить, это Quad 22: вход 100 мВ, выход 1,4 В.

— user207421