프리 앰프의 요점은 무엇입니까?

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나는 기타 앰프와 관련하여 이야기하고 있지만이 질문은 모든 유형의 오디오 앰프와 관련이 있다고 가정합니다.

증폭기 회로도에서 종종 두 단계의 증폭이 보입니다. 먼저, 신호는 프리 앰프 회로에 의해 더 적은 양으로 증폭 된 다음 파워 앰프 회로에 의해 다시 증폭됩니다.

이것은 나에게 중복되는 것 같습니다. 한 번의 더 큰 이득 증폭이 아닌 두 개의 작은 단계로 신호를 증폭하는 데있어 요점은 무엇입니까?

나의 첫번째 생각은 :이 다단계 증폭이 신호에서 원하지 않는 잡음을 줄이는 데 도움이 되는가? 그러나 내가 그것에 대해 더 많이 생각할수록, 그것이 더 의미가 적습니다. 확실히 두 번째 단계는 잡음을 증폭시킬 것입니다.

amplifier preamp

— 제이콥 가비
소스

3

게인 대역폭 제품의 문제도 있습니다. 주어진 증폭기의 경우, 더 많은 이득은 더 적은 대역폭을 의미합니다. 한 단계에서 너무 많은 게인을 사용하면 해당 단계의 대역폭이 제한됩니다. 이로 인해 왜곡이 발생할 수 있습니다. 왜곡을 보상하기 위해 음의 피드백에 이득과 대역폭이 필요합니다.

— JRE

1

기타 픽업의 입력 신호 또는 비닐 레코드 신호 근처의 고전류 (라우드 스피커로)를 원하지 않습니다.

— analogsystemsrf

14

모든 신호 경로의 첫 번째 증폭기는 일반적으로 모든 노이즈를 신호에 추가하는 증폭기입니다. 따라서 프리 앰프는 필요 이상으로 신호에 더 많은 노이즈를 추가하지 않도록 설계해야합니다. 일반적으로 저소음 장치 및 설계 기법은 고전력 장치 및 설계 기법과 호환되지 않습니다.

— mkeith

@mkeith 귀하의 의견이 아직까지 본 것 중 가장 일반적인 답변이라고 생각합니다. Dave Tweed의 답변과 결합하면 기타 증폭 측면에서 의미가 있습니다.

— 토드 윌콕스

1

믹싱 및 톤 제어 회로가없는 한, 프리 앰프가 아닌 입력 스테이지라고 부르겠습니다.

— user207421

48

오디오 기어에서는 대부분의 신호 조작을 "라인 레벨"이라고하는 표준 레벨에서 수행하는 것이 유용합니다. 여기에는 믹싱, 이퀄라이제이션, 압축 등이 포함됩니다.

일부 신호 소스 (마이크, 기타 픽업 등)는 본질적으로 라인 레벨 출력을 생성하지 않으므로 프리 앰프를 사용하여 신호를 해당 레벨로 증폭시킵니다. 일부 신호 소스 (레코드 플레이어)에는 부스트뿐만 아니라 주파수 응답을 평탄화하기위한 특수 이퀄라이제이션이 필요합니다.

그런 다음 모든 신호 처리가 완료된 후 두 번째 "파워"앰프가 스피커를 구동하는 데 사용됩니다.

이러한 종류의 모듈성은 신호 소스, 처리 단계 및 다양한 종류의 스피커를 자유롭게 혼합하고 일치시킬 수 있습니다.

— 데이브 트위드
소스

6

프리 앰프는 톤 컨트롤을 위해 신호를 준비한 다음 톤 컨트롤 후에 파워 앰프를 사용하여 스피커를 준비합니다.

— 토드 윌콕스

아, 맞아 나는 그가 같은 회로에서 "같은 회로도"비트에 의해 암시 된 앰프에 대해 이야기하고있는 것을 보지 못했다.

— DKNguyen

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빠르고 더러운 답변 :

버퍼링이 한 가지 이유입니다. 사물 사이의 상호 연결은 많은 정전 용량을 가질 수 있으며 구동하기 위해서는 많은 (비교적으로) 전류가 필요합니다.

소음 면역은 또 다른 것입니다. 이 시나리오에 대해 생각해보십시오. 10mV 노이즈를 포착하는 와이어를 통해 신호를 전송 한 다음 100x (총 노이즈, 1000mV)로 증폭하십시오. 대신 10 배를 증폭 경우에, 다음 은 10mV로 소음, 다음 다른 10 배 증폭 얻는 와이어를 통해 보내 총 신호 증폭은 여전히 100 배이지만, 총 잡음은 100mV의입니다.

— 난로 바닥
소스

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앰프 섀시 내에서 픽업 된 노이즈가 세계에서 기타 픽업에서 픽업 된 노이즈와 같거나 클 것이라고 말씀하십니까? 그것은 나에게 옳지 않은 것 같습니다. 일렉트릭 기타의 경우 노이즈가 가장 발생하기 쉬운 신호 체인 부분은 상호 연결 (케이블 또는 플라이 와이어 또는 PCB의 트레이스)이 아닌 소스 (픽업)입니다.

— 토드 윌콕스

1

@ToddWilcox 나는 이것이 빠르고 더러운 답변이라고 말했으며, 요구자가 요구하는 특정 시나리오에는 그다지 잘 적용되지 않을 수 있습니다. 가장 좋은 대답은 아니며 많은 작업이 필요하지만 지금 당장 노력할 시간이나 에너지가 없으며 솔직히 말해서 많은 찬사를 받았습니다. 즉, 여기서 사용하고있는 "노이즈"의 정의는 원하는 신호가 정확히 트랜스 듀서가 출력하는 것으로 가정하고 트랜스 듀서의 단자에 존재하는 신호는 정의에 따라 노이즈가 없다고 가정합니다.

— 난로

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출력의 SNR을 입력의 SNR로 나눈 잡음 계수를 최소화합니다. 입력 잡음이 입력 신호와 같은 양만큼 증폭되므로 이상적인 증폭기는 SNR을 일정하게 유지해야합니다. 그러나 실제 앰프는 추가 노이즈를 추가합니다. 잡음 계수는 로 주어집니다

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

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

일련의 증폭기를 캐스케이드하는 경우 총 잡음 계수는 Friis '방정식 로 주어집니다.

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}

$G_n$

보시다시피, 주어진 단계의 소음 계수는 모든 이전 단계의 이득 곱으로 나뉩니다. 따라서 첫 번째 단계는 소음과 관련하여 가장 중요합니다. 그렇기 때문에 신호 체인의 첫 번째 구성 요소 인 저잡음 프리 앰프 스테이지가 있습니다. 이 구성은 전력 증폭기의 잡음 지수에 대해 걱정할 필요가 없다는 추가 이점이 있습니다.

— 사용자 110971
소스

1

그리고 이것은 그들이 말하는 것처럼 DC에서 일광까지 사실입니다. 첫 번째 증폭기는 잡음 지수를 RF로 표현한 것입니다 (일반적으로).

— mkeith

다르게 말하면, 첫 번째 단계는 전력을 증폭시키고 다음 단계는 전압을 증폭시킵니다. 저항은 전력 인 열 잡음을 발생시킵니다. 전압은 주로 다른 저항 값에 따라 달라집니다. 첫 번째 단계는 첫 번째 단계로 들어가는 전력을 최대화하기 위해 소스 임피던스와 일치해야합니다. 이것은 잡음 전력이 다소 일정하고 신호 전력을 증가 시키므로 SNR 비율을 낮추는 데 도움이됩니다.

— le_top

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프리 앰프와 파워 앰프를위한 별도의 박스가 필요한 주된 이유는 접지 전류와 자기 커플 링입니다. [이 답변의 끝에 파워 앰프에서 프리 앰프가 10cm에 불과한 20KHz 및 6 앰프의 스피커에 대한 수치 예가 있습니다]

프리 앰프와 파워 앰프를 동일한 PCB 에 구축했다고 가정합니다 . 왜 안돼?

일부 라우드 스피커 전류가 GROUND 에서 흐르고 입력 신호와 결합하게됩니다.

이 "결합"을 최소화하려면 PCB를 길고 얇게 만들어 PowerAmp 접지가 PreAmp 접지와 멀리 떨어져 있도록하십시오.

이것을 개선하는 방법? 프리 앰프와 파워 앰프 사이에 길고 얇은 영역을 사용하십시오.

극단적으로, 동축 케이블은 매우 작은 입력 및 출력 전류 조합을 보장하기 위해 긴 영역을 제공합니다.

예를 들어 : MOSFET에 비해 JFET의 장점은 무엇입니까, 왜 JFET이 계속 사용됩니까?

비닐 레코드 무빙 마그넷 카트리지로부터의 낮은 밀리 볼트 신호, 또는 거의 100 볼트의 오디오 출력으로 증폭 된 무빙 코일 카트리지로부터 0.5 밀리 볼트의 경우 전체 시스템은 ~ 100,000 : 1의 절연이 필요합니다. 그리고 이러한 격리조차도 발진을 거의 막지 못하는 UNITY의 Signal-Noise-Ratio 만 제공합니다. 80dB 비율의 신호 대 피드백의 경우 절연은 10 억 당 1 만 : 1 대 1로 개선되어야합니다.

개략도

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

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(자기장) 누화 / 피드백이 얼마나 나쁠 수 있습니까? 출력 전류가 20,000Hz에서 6A 피크라고 가정합니다. dI / dT는 6 * d (sin (2 * pi * 20,000 * Time)) / dT = 6 * 2 * pi * 20,000 * cos (2 * pi * 20000 * T)입니다.

또는 dI / dT = 초당 700,000 amps.

프리 앰프 입력 (카트리지에서 1 밀리 볼트 신호를 기억하고 최소 10,000 : 1 SNR 또는 톤 피드백을 원하므로 0.1 마이크로 볼트 피드백이 원하는 층임)이 스피커 출력에서 0.1 미터라고 가정합니다.

V_magnetic_induce = (2.0e-7 * 면적 / 거리) * dI / dT

입력 루프 영역 (접지 신호)이 1cm x 4cm라고 가정하겠습니다.

이제 수학을 실행하십시오. 0.1 마이크로 볼트 피드백보다 LESS 를 원한다는 것을 기억하십시오 .

Vinduce *** = 2e-7 헨리 / 미터 * (피해자 루프 면적 = 1cm * 4cm) / 10cm * 700,000

Vinduce = 2e-7 * 0.0004 미터 /0.1 미터 * 700,000

Vinduce = 2e-7 * 0.004 * 7e + 5

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 7 = 56 e-3 = 56 밀리 볼트. [잘못된! 수학 오류]

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0.56 밀리 볼트 [7e-5 였음; 7e + 5로 수정]

프리 앰프 근처에 Poweramplifer를 설치함으로써 발생하는 자기 피드백은 "깨끗한"음악이 견딜 수있는 것보다 0.56mV / 0.1 마이크로 볼트 또는 5,600 배 더 강합니다. (일부 논문에서는 귀의 달팽이관이 -106dBc까지들을 수 있다고 말하는데, 이는 또 다른 20 배의 청결도가 필요하다는 것을 시사합니다)

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설계자가 어떻게 이러한 시스템의 충실도를 향상시킬 수 있습니까? 스틸 케이스의 금속 슬랩; 출력 신호 (직조 멀티 와이어 스피커 케이블 사용) 및 박스에 대한 전력선 케이블 연결을위한 연선 배선; 신호를 리턴에 바로 인접하도록 라우팅하는 PCB 레이아웃; 느슨한 신호 / 접지 배선을 피하는 동축 케이블 대신 신호와 접지 전류 흐름을 최소화하기 위해 플러그-인 -PCB를 사용하십시오. 스피커 출력 단자 근처에 배치되어 최소 면적의 송신기 루프를 달성하기 위해 PowerAmps의 큰 충전 저장소 (이 예에서 사용 된 긴 직선 모델은 실제 출력 + 복귀 전류 이동의 일부 임); 정류기 다이오드와 함께 인덕터를 사용하여 다이오드 서지를 늦추고 충동적인 (고속) 120Hz 전력 흐름의 악한 "노래"소리를 피하는 전원 공급 장치.

*** Vinduce는 dI / dT로 어 그레서 / 트랜스미터 전류를 전달하는 긴 직선 와이어와 피해자 / 수신기 회로의 직사각형 루프 사이의 비 자연 로그 근사값을 사용합니다. 패러데이 유도 법칙과 비 오트 사 바트 법칙의 조합에서 나온 방정식은 다음과 같습니다.

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

자연 로그가 필요한 2 차 효과는 무시합니다.

이것은 또한 와이어와 루프 사이의 최악의 CASE 커플 링을 가정합니다. 따라서 와이어는 루프의 평면에 있습니다. 이 방정식의 놀라운 점은 3 자유도 (실제로 4 : 피부 강도에 의해 제어되는 전계 강도, 따라서 프리 앰프 섀시에 강철이 필요함)의 발견입니다. 자유도는

(1) 와이어와 루프 사이의 방향

(2) 루프 영역, 따라서 꼬임 쌍 또는 신중한 PCB 레이아웃 또는 동축 케이블 사용

(3) PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupply와 실제 프리 앰프 및 / 또는 입력 동축 케이블 사이에 더 많은 분리.

(4) 'dI / dT'는 (a) 공격자 상승 시간을 필터링하거나 (b) 주요 전류 강도를 줄이거 나 (c) 구리 슬래브 또는 철 또는 강철 시트를 사용하여 오디오 신호 자기장 피드백; 매우 낮은 주파수는 매우 두꺼운 구리 (60Hz는 8mm 두께 필요) 또는 얇은 철 / 철 상자가 필요합니다.

따라서 수식을 사용하여 치료 적 접근을 제안 할 수 있습니다.

— 아날로그 시스템
소스

5

이미 언급 한 것 외에도 기타 앰프의 경우 의도 한 사용 시나리오는 앰프를 과도하게 구동하여 의도적으로 약간의 왜곡을 발생시킵니다. 게인 블록이 하나 뿐인 경우 전체를 오버 드라이브하지 않으면 오버 드라이브 할 가능성이 없습니다. 앰프와 스피커의 마모가 가속화되고 윈도우 버스트, 주변 소음, 반사회적 볼륨에서 연주해야합니다.

비 기타리스트에게 : 왜곡 된 모드 ( "오버 드라이브")는 윙윙 거리는 소리뿐만 아니라 윙윙 거리는 윙윙 거리는 소리와 휘청 소리를 원할 때 필요한 것입니다.

— rackandboneman
소스

감사! 그것은 아무도 제기하지 않은 흥미로운 점입니다.

— Jacob Garby

글쎄, 현재 당신은 실제로 프리 앰프를 사용하지 않고 효과에 의해 오버 드라이브 될 것입니다 :-)

— yo '

1

어느 정도까지는 별도의 프리 앰프를 사용하는 것이 역사적 숙취입니다.

예전에는 소비자 오디오 시스템이 턴테이블과 테이프 데크로 구성되었을 수 있으며 아마도 튜너를 넣을 수 있습니다. 비닐 입력은 원격 주파수 플랫 반응이 아니 었습니다. RIAA 보상을 참조하십시오. 따라서 구성 요소마다 다른 증폭 체인이 필요했습니다. 입력 증폭 / 주파수 보상 / 톤 컨트롤을 전력 증폭기와 분리 된 유닛으로 분리하여 전체 전자 체인을 교체하지 않고도 원하는 성능 레벨을 믹싱 및 매칭 할 수있게되었습니다.

요즘에는 거의 틈새 시장과 턴테이블이 있고 테이프 레코더가 솔리드 스테이트 소스로 교체되어 거의 모든 장치에서 마이크를 제외하고는 라인 아웃 레벨과 플랫 주파수 응답을 갖습니다. 대부분의 경우 실제로 전용 오디오 애호가를 제외하고 별도의 프리 앰프가 필요하지 않습니다 (그리고 해당 시장에는 상당한 상태 / 브랜드 구성 요소가있는 것 같습니다).

— WhatRoughBeast
소스

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포노 카트리지 나 테이프 헤드 또는 마이크가 연결되어 있지 않으면 '프리 앰프'는 거의 항상 잘못된 이름 인 것 같습니다. 오늘날까지 대부분의 프리 앰프 분리기는 실제로 능동적이든 수동적이든 상관없이 실제로 감쇄기로 사용됩니다. Leak 밸브 장치와 같은 일부 프리 앰프는 이론적으로도 2V의 튜너 입력과 약 125mV의 대상 앰프 감도를 고려할 때 감쇠기였습니다. 내가 빠르게 생각할 수있는 한 가지 예외는 Quad 22 : 100mV 입력, 1.4V 출력이었습니다.

— user207421