前置放大器有什么意义？

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我说的是吉他放大器，但我认为这个问题与任何类型的音频放大器有关。

在放大器原理图中，我经常看到放大的两个阶段-首先，信号由前置放大器电路放大较小的量，然后由功率放大器电路再次放大。

这对我来说似乎是多余的。以两个小的步长而不是一个更大的增益放大信号有什么意义？

我的第一个想法是：这种多级放大是否有助于减少信号中的有害噪声？但是我想得越多，它的意义就越小，因为第二阶段肯定也会放大任何噪音。

amplifier preamp

— 雅各布·加比
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还有增益带宽积的问题。对于给定的放大器，更大的增益意味着更少的带宽。如果您在一个阶段中使用太多增益，则将限制该阶段的带宽。这可能会导致失真-负反馈需要增益和带宽来补偿失真。

— JRE

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您不希望在吉他拾音器的输入信号或黑胶唱片信号附近的高电流（流向扬声器）。

— –analogsystemsrf

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任何信号路径中的第一个放大器通常是将所有噪声加到信号中的放大器。因此，必须对前置放大器进行设计，以免给信号增加不必要的噪声。通常，低噪声设备和设计技术与高功率设备和设计技术不兼容。

— mkeith

@mkeith我认为您的评论是我对此所见最佳的一般回答。结合戴夫·特威德（Dave Tweed）的答案，就吉他放大而言，这一切都是有意义的。

— Todd Wilcox

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我将其称为输入级，而不是前置放大器，除非有混音和音调控制电路可自行回答您的问题。

— user207421

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在音频设备中，以标准级别（称为“线路级别”）进行大多数信号处理非常有用。这包括混合，均衡，压缩等。

某些信号源（麦克风，吉他拾音器等）固有地不产生线路电平输出，因此使用前置放大器将信号提升到该电平。一些信号源（录音机）不仅需要增强，而且还需要特殊的均衡来使频率响应平坦。

然后，在完成所有信号处理之后，使用第二个“功率”放大器来驱动扬声器。

这种模块化允许信号源，处理阶段和不同种类的扬声器自由混合和匹配。

— 戴夫·特威德
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万一有人需要将其分解为最简单的电吉他放大器：前置放大器使信号准备好进行音调控制，然后在进行音调控制后，功率放大器就为扬声器做好了准备。

— Todd Wilcox

哦，对了。我没有注意到他是在谈论同一单元中的安培，这是“在同一原理图部分”位所暗示的。

— DKNguyen

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快速而肮脏的答案：

缓冲是原因之一。事物之间的互连可能会具有很大的电容，并且需要大量（相对）的电流来驱动。

噪声抗扰度是另一个。考虑一下这种情况：通过一条导线发送信号，信号在该线路上会拾取10mV的噪声，然后将其放大100倍：总噪声为1000mV。但是，如果您将其放大10倍，然后通过电线将其发送到10mV噪声处，然后再放大10倍，则总信号放大率仍为100x，但总噪声仅为100mV。

— 炉膛
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您是说在放大器机箱中拾取的噪声等于或大于世界上拾音器拾取的噪声吗？这对我来说似乎不对。就电吉他而言，信号链中最容易产生噪声的部分是源（拾音器），而不是互连（电缆或飞线或PCB上的走线）。

— Todd Wilcox

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@ToddWilcox我确实说过，这是一个快速而肮脏的答案，并且可能不适用于询问者所询问的特定情况。这不是最佳答案，需要大量工作，但我现在没有时间或精力来解决这个问题，坦率地说，我感到惊讶的是它获得了如此多的支持。就是说，我在这里使用的“噪声”的定义是隐含地假设您想要的信号正好是换能器输出的，根据定义，换能器端子上存在的信号无噪声。

— 炉边

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F = 1个 + \frac{ñ_{一种 d d 一世 Ť 一世 Ø ñ 一种 升}}{ñ_{一世 ñ p ü Ť} G} 。

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

F_{Ť Ø Ť 一种 升} = F_{1个} + \frac{F_{2} - 1个}{G_{1个}} + \frac{F_{3} - 1个}{G_{1个} G_{2}} + \frac{F_{4} - 1个}{G_{1个} 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}

$G_n$

如您所见，给定级的噪声因子除以所有先前级的增益乘积。因此，在噪音方面，第一阶段是最重要的。这就是为什么您将低噪声前置放大器作为信号链中的第一部分的原因。这种配置的额外好处是不必担心功率放大器的噪声系数。

— 用户名
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正如他们所说，从DC到日光都是如此。第一个设置噪声系数的放大器就是他们在RF中所说的（根据经验）。

— mkeith

换句话说，第一级放大功率，第二级放大电压。电阻器会产生热噪声，该噪声是功率的-电压取决于其他因素-主要取决于电阻器的值。第一级应与源阻抗匹配，以使进入第一级的功率最大化。这有助于降低SNR比率，因为它增加了信号功率，而噪声功率或多或少是恒定的。

— le_top

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将前置放大器和功率放大器分开包装的主要原因是接地电流和磁耦合。[有一个数字示例，在此答案的末尾，扬声器以20KHz和6A的电流，前置放大器距功率放大器仅10cm。

假设您在同一 PCB 上构建了前置放大器和功率放大器。为什么不？

一些扬声器电流将在GROUND上流动，并最终与输入信号合并。

为了最大程度地减少这种“结合”，请使PCB长而薄，以使PowerAmp地线远离PreAmp地线。

如何对此进行改进？在前置放大器和功率放大器之间使用细长的区域。

在极端情况下，同轴电缆可以提供很长的区域，以确保输入和输出电流的组合很小。

例如：为什么JFET优于MOSFET？为什么仍然使用JFET？

给定黑胶唱片动磁盒发出的低毫伏信号，甚至动圈线圈盒产生的0.5毫伏信号（放大到接近100伏的音频输出），整个系统需要约100,000：1的隔离度。而且即使是这种隔离也只能提供UNITY的信噪比，而这几乎不能防止振荡。对于80dB的信噪比，隔离度需要再提高10,000：1到十亿分之一。

原理图

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

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（磁场）串扰/反馈有多严重？假设输出电流在20,000Hz时峰值为6安培。dI / dT为6 * d（sin（2 * pi * 20,000 * Time））/ dT = 6 * 2 * pi * 20,000 * cos（2 * pi * 20000 * T）

或dI / dT =每秒700,000安培。

假设前置放大器的输入（请记住，从盒式磁带发出的1毫伏信号，并且您想要至少10,000：1 SNR或音调反馈，因此，所需的底限为0.1微伏反馈）距离扬声器输出0.1米。

V_magnetic_induce =（2.0e-7 *面积/距离）* dI / dT

并假设输入回路面积（信号对地面）为1cm x 4cm。

现在运行数学；请记住，我们希望LESS小于0.1微伏特的反馈。

Vinduce *** = 2e-7Henry /米*（受害者回路面积= 1cm * 4cm）/ 10cm * 700,000

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

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

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 7 = 56 e-3 = 56毫伏。[错误！数学错误]

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0.56毫伏[以前是7e-5; 更正为7e + 5]

由于Poweramplifer靠近前置放大器而引起的磁反馈比“纯净”音乐所能承受的强度强0.56mV / 0.1微伏或5,600X。（一些论文说，耳朵的耳蜗可以听到-106dBc的声音，这表明还需要20倍的清洁度）

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设计人员如何提高这些系统的保真度？钢板箱中的金属板；双绞线，用于输出信号（使用多线编织扬声器电缆）和用于将电源线布线到盒子的电缆；PCB布局，将信号路由至紧邻Return的位置；避免电缆/信号线松动的同轴电缆，而应使用插入PCB的电缆，以最大程度地减少信号和接地电流的分离；PowerAmps中的大型电荷储存器，放置在扬声器输出端子附近，以实现最小面积的发射器环路（本示例中使用的长直导线模型只是实际输出+返回电流运动的一部分）；使用电感器和整流二极管的电源，可减慢二极管的浪涌并避免120Hz冲击电流（快边）的恶作剧声。

*** Vinduce使用非自然对数逼近，将带有干扰源/发射器电流（dI / dT）的长直导线与受害者/接收器电路的矩形环路耦合。由法拉第归纳定律和比奥-萨瓦特定律的组合得出的等式为

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

而我们忽略了需要自然对数的二阶效应。

这也假定导线和回路之间的最坏情况耦合。因此，导线在回路平面内。关于该方程式的奇妙之处在于发现了三个自由度（实际上是4：场强，受趋肤深度控制，因此前置放大器底盘中需要钢）。自由度是

（1）导线与线圈之间的方向

（2）回路区域，因此要使用双绞线或仔细的PCB布局或同轴电缆

（3）PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupply与实际的前置放大器和/或其输入同轴电缆之间有更大的分隔。

（4）'dI / dT'，告诉我们（a）过滤攻击者的上升时间，或（b）降低主电流强度，或（c）使用铜板或铁或钢片，以大大降低音频信号磁场反馈；极低的频率需要非常厚的铜（60Hz需要8mm的厚度）或薄铁/钢盒。

因此，我们可以使用该公式来建议治疗方法。

— 模拟系统
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除了已经说过的以外，对于吉他放大器，通常的预期使用情况是通过使放大器过驱动而故意引入一些失真。如果只有一个增益块，那么除非将其整体过度驱动，否则不可能过度驱动它-导致放大器和扬声器的磨损加快，并要求您以破窗，震耳欲聋的反社会音量演奏。

对于非吉他手：如果想要嗡嗡嗡嗡嗡嗡的嗡嗡声和呜呜呜呜声，而不仅是the啪啪啪啪啪的声音，那么就需要失真模式（“过载”）。

— and子手
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谢谢！这是一个有趣的观点，没有人提出过。

— 雅各布·加比（Jacob Garby）

那么，目前你最有可能通过影响超速，不按实际使用您的前置:-)

— 哟，

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在某种程度上，使用单独的前置放大器是一个历史遗留问题。

过去，消费类音频系统可能包括一个转盘和一个磁带座，也许还装有一个调谐器。特别令人感兴趣的是乙烯基输入，它并不是遥不可及的平坦频率响应-请参阅RIAA补偿。因此，不同的组件需要不同的扩增链。通常将输入放大/频率补偿/音调控制与功率放大器分开，以实现所需性能水平的混合和匹配，而无需更换整个电子电路。

如今，由于转盘几乎是一个小众市场，而录音机已被固态信号源取代，实际上，您可能要播放的每个设备都将具有线性输出电平和平坦的频率响应，但麦克风除外。在大多数情况下，除了真正的发烧友以外，没有太多需要单独的前置放大器的了（在这个市场上，地位/品牌成分似乎很重要）。

— 什么野兽
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在我看来，除非连接了唱头机，磁带头或麦克风，否则“前置放大器”几乎总是用词不当。迄今为止，无论是有源还是无源，大多数前置放大器实际上都已被用作衰减器：确实，仅所谓的“无源前置放大器”的存在就证明了这一点。（是的，这是矛盾的。）甚至在理论上，当您考虑2V的调谐器输入和125mV左右的目标放大器灵敏度时，诸如泄漏阀单元之类的前置放大器也是衰减器。我很快想到的一个例外是Quad 22：100mV输入，1.4V输出。

— user207421