La mejor respuesta
Me gusta la respuesta de Loring Chien, ya que cubre lo esencial lo suficientemente bien como para que el lego pueda entender. Vincent Dermience menciona otros factores, incluida la distorsión.
Más adelante, me gustaría ampliar la discusión a las clasificaciones de amplificadores (de potencia), pero primero para responder la pregunta a mi manera: En pocas palabras, un amplificador de potencia tiene ( para cada canal) una entrada con determinadas características. El amplificador que lo alimenta, el preamplificador, debe tener características de salida que coincidan con las características de entrada del amplificador de potencia. A su vez, cada entrada al preamplificador debe tener características que coincidan con las del equipo presentado en los distintos terminales de entrada (cinta, sintonizador, CD, phono, etc.). Por lo tanto, la función del preamplificador es presentar al amplificador de potencia un conjunto consistente de características independientemente de la fuente. Como dice Loring, también tendrá los controles (volumen, tono, conmutación). Probablemente sea cierto decir que la mayoría de las fuentes modernas son más o menos intercambiables. Es decir, podría poner la salida de su reproductor de CD en los terminales marcados como Tuner y funcionaría bien, pero eso no siempre es cierto, y ciertamente no será cierto para las etapas phono que reciben voltajes de entrada muy pequeños. y requieren una etapa especial llamada ecualización RIAA. Independientemente, el preamplificador debe entregar señales a un nivel constante desde terminales cuyas impedancias coincidan con las de la entrada al amplificador de potencia.
Además, existen en el mercado preamplificadores pasivos. Estos contienen solo inductores, condensadores, resistencias, resistencias variables e interruptores. No se produce ninguna amplificación porque no hay componentes activos.
¿Por qué separarlos? Varias razones: puede combinar el equipo a su gusto. Imagina que tienes una gran configuración: te encanta tu preamplificador, pero quieres más empuje. ¿Solución? Mantenga el preamplificador y cámbielo por un amplificador de potencia más robusto y altavoces más pesados. Pero hay una razón más sutil. El voltaje en los rieles de la fuente de alimentación puede variar levemente siempre que el amplificador de potencia tenga una gran demanda repentina. Este comportamiento transitorio puede afectar a todo el sistema alimentado desde la misma fuente, aunque muy, muy levemente. Al separar completamente los dos componentes, el preamplificador no se verá afectado. Habiendo dicho eso, hay montones y montones de excelentes “amplificadores integrados” en los que dudo que todos, excepto los extraordinariamente bendecidos auditivos, detecten tal cosa.
Voy a hacer algunas suposiciones razonables. La primera es que se trata de amplificadores de audio, la segunda es que las fuentes de alimentación son ideales. Es decir, pueden, manteniendo absolutamente su voltaje constante, suministrar instantáneamente la corriente demandada por las etapas de amplificación sin afectar la señal de audio. En esta explicación, voy a asumir que los dispositivos activos son transistores normales y cotidianos (transistores de unión bipolar para ingenieros electrónicos), pero los principios también son útiles para FET y válvulas.
Richard Farnsworth menciona que en el preamplificador todos los dispositivos operan en la región lineal, pero indica que esto no es cierto para el amplificador de potencia. Eso es cierto, excepto para los amplificadores de potencia de clase A, y probablemente también para las aplicaciones de amplificadores de potencia que no son de audio.
Para las aplicaciones de audio, existen algunas clases de amplificación básica diferentes. Estos son de clase, A, clase B, clase A-B y clase D. Se utilizan comúnmente para describir cómo se configura la etapa de salida de potencia final, aunque también se aplican por igual en las etapas de baja potencia. En una etapa de salida de clase A de un solo extremo, el dispositivo activo está polarizado de modo que, en su estado de reposo, el voltaje de salida está a la mitad de su región de funcionamiento lineal. Es decir, está siempre encendido, disipando la máxima potencia, incluso cuando no hay señal. En virtud de estas características, tiene una distorsión muy baja, pero también una eficiencia muy baja. También significa que hay un componente de CC distinto de cero en la etapa de salida que debe ser bloqueado por un condensador o un transformador, y una etapa de salida acoplada al transformador reduce aún más la eficiencia de manera significativa. (Esto es lo que Richard quiere decir cuando dice que las etapas de amplificación en un preamplificador están operando en la región lineal, son de clase operativa A).
En un amplificador de clase B (doble extremo) uno El dispositivo de salida amplifica el lado «positivo» de la entrada, mientras que el otro dispositivo complementario amplifica el lado «negativo» de la entrada. Cuando no hay señal, ambos dispositivos están apagados y no se disipa energía en los dispositivos de salida. Cuando hay una señal, solo un dispositivo está encendido a la vez, los llamados amplificadores «push-pull».
Desafortunadamente, los transistores ahora están en sus regiones no lineales y cuando la señal de audio pasa de negativo a positivo, y viceversa, este comportamiento no lineal conduce a una distorsión de cruce. Ahora tenemos una eficiencia mucho mayor, pero también una distorsión mucho mayor.
Si aplicamos una pequeña tensión de polarización de modo que, incluso en el estado de reposo, los dispositivos de salida estén en la región lineal, tenemos un amplificador de clase A-B. Así que ahora estamos disipando un poco de energía cuando no hay señal y solo una energía significativa cuando los dispositivos están trabajando duro. La distorsión de cruce se puede hacer muy baja, pero no eliminarse.
Puede ver el patrón. Para una onda sinusoidal, en un amplificador de clase A, el dispositivo amplifica más de 360 grados, pero con baja eficiencia. En un amplificador de clase B (ideal), el ángulo de conducción para cada dispositivo de salida es de 180 grados, pero con alta eficiencia.
Los amplificadores de clase C tienen un ángulo de conducción de menos de 180 grados, pero estos no son de ningún tipo. utilizar en un sistema de audio. Tienen aplicaciones en diseños de ondas portadoras de RF, por ejemplo, por lo que no es necesario que nos detengamos en ellos.
Ahora considere un interruptor ideal: nunca disipa energía, o está apagado (no hay corriente a través de él) ) o bien encendido (sin voltaje a través de él). En un amplificador de clase D, el dispositivo de salida actúa como un interruptor, ya sea encendido o apagado, y ningún otro estado. En cambio, la relación de encendido / apagado se varía en simpatía con la señal ( modulación de ancho de pulso básica – PWM), y la salida pasa a través de un filtro de paso bajo para recuperar la señal amplificada. Por supuesto, no existe tal cosa como un interruptor de semiconductor ideal – hay un tiempo de subida (y bajada) cuando el Se activa el «interruptor», por lo que la eficiencia de la etapa de salida no es del 100\%, y el filtro de paso bajo también lo reduce. La fidelidad también sufre, pero donde el consumo de energía es más importante que la fidelidad, la clase D es el camino a seguir. Incluso puede obtener módulos de amplificador de clase D completos en la actualidad. Ideal para equipos que funcionan con baterías.
Hay otras clases, pero, en la medida ahora, son variantes y / o combinaciones de clase A, clase B y clase D. Technics introdujo un amplificador de “Nueva Clase A”, creo que en la década de 1970. Esencialmente, funcionaba como un amplificador de clase A pura de potencia modesta a niveles bajos de señal, pero cuando subía el volumen, entraba en operación de clase AB automáticamente.
Clase A: máxima fidelidad, sin distorsión de cruce, bajo eficiencia, ángulo de conducción de onda sinusoidal = 360 grados
Clase AB, buena a excelente fidelidad, cierta distorsión cruzada, buena eficiencia, ángulo de conducción de onda sinusoidal = 180 grados
Clase D – aceptable para buena fidelidad, mayor distorsión (principalmente THD, creo), gran eficiencia. Ángulo de conducción = 0 grados. Probablemente no para los audiófilos, pero grandioso para los equipos portátiles.
Por cierto, PWM también es la base para fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) que pueden tolerar rangos de entrada de voltaje de red muy amplios sin tener que hacer un manual selección. Eche un vistazo a la fuente de alimentación de su computadora portátil, por ejemplo.
Se puede hacer que los SMPS funcionen con frecuencias muy altas, mucho más altas de lo que el oído humano puede escuchar, y los filtros asociados con ellos pueden ser tan bien diseñados que no interfieren en absoluto con la ruta de audio cuando se utilizan en equipos de audio de alta gama. Esto permite diseñar amplificadores muy potentes con unidades de suministro de energía relativamente compactas y altamente eficientes.
Espero no haber divagado demasiado.
Respuesta
La forma en que vería la diferencia es determinar la diferencia funcional de lo que está sucediendo en cada dispositivo.
El preamplificador actúa como un interruptor: puede tomar una o más fuentes de señal y enrutar esa fuente a un amplificador.
A los amplificadores les gusta ver señales entre 0 – 2v RMS y aplican típicamente 26 dB de amplificación a la señal. Tienen la capacidad de manejar cargas complejas de altavoces con mucho voltaje y corriente. Las entradas de los amplificadores suelen ser de alta impedancia y las salidas de baja impedancia. A las entradas les gusta verse fáciles de manejar cargas medias a altas.
Por lo tanto, el preamplificador toma cualquier fuente que obtenga y prepara esa señal con una impedancia y corriente de salida media a alta para que el amplificador impulse los altavoces . El amplificador es un buen lugar para manipular la señal. Normalmente, esto significa ajustar el volumen (escalar el voltaje de entrada entre el rango 0 – 2v RMS que el amplificador quiere ver). Pero más que solo el volumen, un amplificador puede ajustar el balance entre canales, sumar canales para proporcionar una señal mono, aplicar filtros de tono, silenciar la señal y muchas más funciones. Es un procesador de señales analógicas (o en algunos casos digitales).
Algunos preamplificadores modernos manejan señales digitales; pueden proporcionar conversión D / A y otras funciones de procesamiento de señales.
Una parte especial del preamplificador puede manejar señales fonográficas. Suelen ser muy pequeños (milivoltios) y requieren una curva RIAA inversa para tener en cuenta cómo se registran los registros LP. En tales casos, un preamplificador phono ecualizará la señal y la elevará al rango de 2v.