Apa gunanya preamp?

24

Saya berbicara dalam konteks ampli gitar, tetapi saya berasumsi bahwa pertanyaan ini relevan untuk semua jenis penguat audio.

Sangat sering dalam skema penguat saya melihat dua tahap amplifikasi - pertama, sinyal diperkuat sejumlah kecil oleh sirkuit preamp dan kemudian diamplifikasi lagi oleh sirkuit power amp.

Ini sepertinya berlebihan bagi saya. Apa gunanya memperkuat sinyal dalam dua langkah kecil daripada hanya satu penguatan yang lebih besar?

Pikiran pertama saya adalah: apakah amplifikasi multi-tahap ini membantu mengurangi noise yang tidak diinginkan dari sinyal? Tetapi semakin saya berpikir tentang itu, semakin tidak masuk akal, karena tentu saja tahap kedua akan memperkuat kebisingan juga.

amplifier preamp Jacob Garby
sumber

3

Ada juga masalah mendapatkan produk bandwidth. Untuk amplifier yang diberikan, lebih banyak gain berarti lebih sedikit bandwidth. Jika Anda menggunakan terlalu banyak keuntungan dalam satu tahap, maka Anda membatasi bandwidth tahap itu. Ini dapat menyebabkan distorsi - dibutuhkan gain dan bandwidth untuk umpan balik negatif untuk mengkompensasi distorsi.

JRE

1

Anda tidak ingin arus tinggi (ke loudspeaker) di dekat sinyal input dari pickup gitar, atau sinyal rekaman-vinil.

analogsystemsrf

14

Penguat pertama di jalur sinyal apa pun biasanya adalah penguat yang menambahkan semua noise ke sinyal. Jadi pre-amp harus dirancang untuk menghindari menambahkan lebih banyak noise ke sinyal daripada yang diperlukan. Umumnya perangkat dengan kebisingan rendah dan teknik desain tidak sesuai dengan perangkat berdaya tinggi dan teknik desain.

mkeith

@mithith Saya pikir komentar Anda adalah jawaban umum terbaik yang pernah saya lihat tentang ini. Dikombinasikan dengan jawaban Dave Tweed, semuanya masuk akal dalam hal amplifikasi gitar.

Todd Wilcox

1

Saya akan menyebutnya tahap input, bukan preamp, kecuali ada sirkuit pencampuran dan kontrol nada, yang menjawab pertanyaan Anda dengan sendirinya.

user207421

48

Dalam audio gear, berguna untuk melakukan sebagian besar manipulasi sinyal pada level standar, yang dikenal sebagai "level garis". Ini termasuk pencampuran, pemerataan, kompresi, dll.

Beberapa sumber sinyal (mikrofon, pickup gitar, dll.) Secara inheren tidak menghasilkan output tingkat garis, sehingga preamplifier digunakan untuk meningkatkan sinyal ke tingkat itu. Beberapa sumber sinyal (pemutar rekaman) tidak hanya membutuhkan dorongan, tetapi juga pemerataan khusus untuk meratakan respons frekuensi.

Kemudian, setelah semua pemrosesan sinyal selesai, amplifier "power" kedua digunakan untuk menggerakkan speaker.

Modularitas semacam ini memungkinkan sumber sinyal, tahap pemrosesan, dan berbagai jenis speaker untuk dicampur dan dicocokkan secara bebas.

Dave Tweed
sumber

6

Jika ada yang membutuhkan ini dipecah ke tingkat paling sederhana untuk ampli gitar listrik: preamp mendapatkan sinyal siap untuk kontrol nada, kemudian setelah nada mengontrol amp daya membuatnya siap untuk speaker.

Todd Wilcox

Oh kamu benar Saya tidak memperhatikan dia berbicara tentang amp di unit yang sama yang tersirat oleh bit "di bagian skematis yang sama".

DKNguyen

20

Jawaban cepat dan kotor:

Buffering adalah salah satu alasannya. Interkoneksi antara hal-hal dapat memiliki banyak kapasitansi dan memerlukan banyak (relatif) dari arus untuk mengemudi.

Kekebalan kebisingan adalah hal lain. Pikirkan skenario ini: Kirim sinyal melalui kabel di mana ia mengambil, katakanlah, kebisingan 10mV, kemudian perkuat dengan 100x: total noise, 1000mV. Tetapi jika Anda malah memperkuatnya dengan 10x, lalu mengirimkannya melalui kabel di mana ia mendapatkan noise 10mV, kemudian diperkuat oleh 10x lainnya, amplifikasi sinyal total Anda masih 100x, tetapi total noise Anda hanya 100mV.

Perapian
sumber

2

Apakah Anda mengatakan suara yang diambil di dalam sasis amp akan sama atau lebih besar dari suara yang diambil oleh pickup gitar di dunia? Sepertinya itu tidak benar bagi saya. Dalam kasus gitar listrik, bagian dari rantai sinyal yang paling rentan terhadap kebisingan adalah sumber (pickup), bukan interkoneksi (kabel atau kabel terbang atau jejak pada PCB).

Todd Wilcox

1

@ToddWilcox Saya memang mengatakan ini adalah jawaban yang cepat dan kotor, dan mungkin tidak berlaku dengan sangat baik untuk skenario tertentu yang ditanyakan penanya. Itu bukan jawaban terbaik dan membutuhkan banyak pekerjaan, tetapi saya tidak punya waktu atau energi untuk mengerjakannya sekarang, dan terus terang saya kagum mendapat banyak upvote seperti yang terjadi. Yang mengatakan, definisi "noise" yang saya gunakan di sini secara implisit mengasumsikan bahwa sinyal yang Anda inginkan adalah output transduser, bahwa sinyal yang ada pada terminal transduser bebas noise menurut definisi.

Pos Gizi

11

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

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

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 .

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

F_{n}

$F_n$

G_{n}

$G_n$

Seperti yang Anda lihat, faktor kebisingan dari tahap tertentu dibagi dengan produk gain dari semua tahap sebelumnya. Jadi tahap pertama adalah yang paling penting dalam hal kebisingan. Itulah mengapa Anda memiliki tahap pra-amp derau rendah sebagai komponen pertama Anda dalam rantai sinyal. Konfigurasi ini memiliki manfaat tambahan karena tidak perlu khawatir dengan derau power amplifier.

pengguna110971
sumber

1

Dan ini berlaku dari DC ke siang hari, seperti yang mereka katakan. Penguat pertama yang mengatur angka kebisingan adalah apa yang mereka katakan dalam RF (sebagai aturan praktis).

mkeith

Untuk menempatkan ini berbeda, tahap pertama memperkuat daya, tahap selanjutnya memperkuat tegangan. Resistor, menghasilkan kebisingan termal yang merupakan daya - tegangan tergantung pada faktor-faktor lain - terutama pada nilai resistor. Tahap pertama harus sesuai dengan impedansi sumber untuk memaksimalkan daya yang memasuki tahap pertama. Ini membantu menurunkan rasio SNR karena meningkatkan daya sinyal sementara daya noise kurang lebih konstan.

le_top

11

Alasan utama untuk kotak terpisah untuk preamp dan poweramp adalah arus GROUND dan juga kopling magnetik. [ada contoh numerik, pada 20KHz dan 6 amp untuk speaker, di akhir jawaban ini, dengan Preamp hanya 10cm dari Power amplifier]

Misalkan Anda membuat preamp dan poweramp pada PCB yang sama . Kenapa tidak?

Beberapa arus loudspeaker akan mengalir di GROUND , dan akhirnya bergabung dengan sinyal input.

Untuk meminimalkan "penggabungan" ini, buatlah PCB itu panjang dan tipis, sehingga PowerAmp Grounds jauh dari PreAmp Grounds.

Bagaimana cara memperbaikinya? gunakan daerah tipis panjang antara Preamp dan Poweramp.

Secara ekstrem, kabel coax menyediakan wilayah panjang-tipis, untuk memastikan penggabungan arus input dan output yang sangat kecil.

Misalnya: Mengapa keunggulan JFET dibandingkan MOSFET, atau mengapa JFET masih digunakan?

Diberi sinyal millivolt rendah dari rekaman vinil kartrid Moving Magnet, atau bahkan 0,5 milivolt dari kartrid Coil Bergerak, yang diperkuat untuk output audio mendekati-100-volt, seluruh sistem membutuhkan isolasi ~ 100.000: 1. Dan bahkan isolasi itu hanya menyediakan Signal-Noise-Ratio dari UNITY yang hanya mencegah osilasi; untuk rasio sinyal terhadap umpan balik 80dB, isolasi perlu ditingkatkan dengan bagian 10.000: 1 banding 1 per Miliar.

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

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

Seberapa buruk (medan magnet) crosstalk / umpan balik? menganggap arus keluaran adalah puncak 6 amp pada 20.000Hz. DI / dT adalah 6 * d (sin (2 * pi * 20.000 * Waktu)) / dT = 6 * 2 * pi * 20.000 * cos (2 * pi * 20000 * T)

atau dI / dT = 700.000 amp per detik.

Asumsikan input preamp (ingat bahwa sinyal 1 milivolt dari kartrid, dan Anda ingin setidaknya 10.000: 1 SNR atau umpan balik tonal, sehingga umpan balik 0,1 microvolt adalah lantai yang diinginkan) adalah 0,1 meter dari output Speaker.

V_magnetic_induce = (2.0e-7 * Area / Jarak) * dI / dT

dan kami akan menganggap area loop input (sinyal ke tanah) adalah 1 cm x 4 cm.

Sekarang jalankan matematika; ingat kami ingin KURANG dari 0,1 umpan balik microvolt.

Vinduce *** = 2e-7Henry / meter * (area lingkaran korban = 1cm * 4cm) / 10cm * 700.000

Vinduce = 2e-7 * 0,0004meter / 0,1meter * 700.000

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

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 7 = 56 e-3 = 56 miliVolts. [SALAH! kesalahan matematika]

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0,56 miliVolts [telah 7e-5; dikoreksi ke 7e + 5]

Umpan balik magnetik, yang disebabkan oleh memiliki Poweramplifer dekat Preamplifier, adalah 0,56mV / 0,1 microvolt atau 5,600X lebih kuat daripada yang dapat ditoleransi oleh musik "bersih". (beberapa makalah mengatakan koklea telinga dapat mendengar hingga -106dBc, yang menunjukkan faktor lain dari kebersihan 20x diperlukan)

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

Bagaimana perancang dapat meningkatkan kesetiaan sistem ini? SLABS OF LOGAM dalam kasus baja; kabel twisted-pair untuk sinyal output (menggunakan kabel speaker multi-kawat) dan untuk kabel-kabel ke kotak; Tata letak PCB untuk merutekan sinyal agar berbatasan langsung dengan Return; kabel coax yang menghindari kabel sinyal / ground yang longgar, sebagai gantinya gunakan colokan ke PCB untuk pemisahan sinyal dan aliran arus ground yang minimal; reservoir muatan besar di PowerAmps, ditempatkan di dekat terminal speaker-out, untuk mencapai loop pemancar area minimal (model kawat lurus panjang yang digunakan dalam contoh ini hanyalah bagian dari pergerakan arus balik + arus balik dunia nyata); catu daya yang menggunakan induktor bersama dengan dioda penyearah, untuk memperlambat lonjakan dioda dan menghindari suara "nyanyian" jahat aliran daya 120Hz impulsif (cepat).

*** Vinduce menggunakan pendekatan non-natural-log dari coupling antara kawat lurus panjang yang membawa arus agresor / pemancar dengan dI / dT, dan loop persegi panjang dari sirkuit korban / penerima. Persamaan, dari kombinasi Faraday Law of Induction dan Biot-Savart Law, adalah

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

dan kami mengabaikan efek urutan kedua yang memerlukan log natural.

Ini juga mengasumsikan kopling KASUS TERBESAR antara kawat dan loop. Dengan demikian kawat berada di bidang loop. Hal yang luar biasa tentang persamaan ini adalah penemuan Tiga derajat kebebasan (sebenarnya 4: kekuatan medan, dikontrol oleh kedalaman kulit sehingga kebutuhan baja pada sasis preamp). Derajat kebebasannya adalah

(1) orientasi antara kawat dan loop

(2) daerah loop, maka penggunaan twisted-pair atau tata letak PCB hati-hati atau kabel coax

(3) lebih banyak pemisahan antara PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupply dan Preamp aktual dan / atau coaxcables inputnya.

(4) 'dI / dT', memberi tahu kami untuk (a) MENYARINGKAN riset agresi, atau (b) mengurangi kekuatan arus utama, atau (c) menggunakan lempengan tembaga atau lembaran besi atau baja, untuk mengurangi umpan balik medan magnet sinyal audio; frekuensi yang sangat rendah membutuhkan tembaga yang sangat tebal (60Hz membutuhkan ketebalan 8mm) atau kotak besi / baja tipis.

Dengan demikian kita dapat menggunakan rumus untuk menyarankan pendekatan kuratif.

analogsystemsrf
sumber

5

Selain apa yang sudah dikatakan, dengan amplifier gitar sering skenario penggunaan yang dimaksudkan sengaja memperkenalkan beberapa distorsi dengan overdriving amplifier. Jika hanya ada satu blok gain, tidak akan ada kemungkinan untuk overdrive kecuali jika overdrive secara keseluruhan - menghasilkan penguat dipercepat dan memakai speaker, dan mengharuskan Anda untuk bermain di volume antisosial yang memekakkan telinga, memekakkan telinga, dan antisosial.

Untuk non-gitaris: Mode terdistorsi ("overdrive") adalah apa yang Anda butuhkan jika Anda ingin suara dengungan-dengungan-dengungan dan suara-suara-whee-whee dan tidak hanya suara pling-pling-pling.

pemeras
sumber

Terima kasih! Itu adalah hal yang menarik yang tidak dibicarakan oleh orang lain.

Jacob Garby

Nah, saat ini Anda kemungkinan besar akan overdrive oleh efek, bukan dengan benar-benar menggunakan preamp Anda :-)

yo '15

1

Sampai taraf tertentu, penggunaan preamps yang terpisah adalah masalah sejarah.

Kembali pada hari itu, sistem audio konsumen mungkin terdiri dari turntable dan tape deck, dengan mungkin tuner dilemparkan. Yang menarik adalah input vinil, yang tidak jauh dari respon frekuensi datar - lihat kompensasi RIAA. Jadi, komponen yang berbeda memerlukan rantai amplifikasi yang berbeda. Menjadi umum untuk memisahkan amplifikasi input / kompensasi frekuensi / kontrol nada dalam unit terpisah dari power amplifier, untuk memungkinkan pencampuran dan pencocokan tingkat kinerja yang diinginkan tanpa mengganti seluruh rantai elektronik.

Saat ini, dengan turntable cukup banyak menjadi ceruk pasar, dan tape recorder diganti dengan sumber solid-state, hampir setiap perangkat yang mungkin ingin Anda mainkan akan memiliki level garis keluar dan respons frekuensi datar, dengan pengecualian khusus pada mikrofon. Untuk sebagian besar, tidak perlu banyak preamp yang terpisah kecuali untuk audiophiles yang benar-benar berdedikasi (dan tampaknya ada status / komponen merek yang cukup besar untuk pasar itu).

WhatRoughBeast
sumber

1

Menurut saya 'pre-amp' hampir selalu keliru, kecuali cartridge phono atau tape head atau mikrofon terhubung. Hingga hari ini, sebagian besar pemisahan preamp benar-benar digunakan sebagai attenuator dalam praktik, baik aktif atau pasif: memang keberadaan yang disebut 'preamp pasif' saja membuktikan hal tersebut. (Dan ya itu adalah oxymoron.) Beberapa preamps seperti unit katup Leak adalah pelemah bahkan dalam teori, ketika Anda mempertimbangkan input tuner 2V dan sensor penguat target sekitar 125mV. Satu pengecualian yang bisa saya pikirkan dengan cepat adalah Quad 22: 100mV in, 1.4V out.

user207421

Apa gunanya preamp?

Jawaban: