Melhor resposta
Gosto da resposta de Loring Chien, pois cobre o essencial bem o suficiente para que o leigo possa entender. Vincent Dermience menciona outros fatores, incluindo distorção.
Posteriormente, gostaria de expandir a discussão para classificações de amplificadores (de potência), mas primeiro responderei à pergunta do meu jeito: Simplificando, um amplificador de potência tem ( para cada canal) uma entrada com certas características. O amplificador que o alimenta, o pré-amplificador, deve ter características de saída que correspondam às características de entrada do amplificador de potência. Por sua vez, cada entrada para o pré-amplificador deve ter características que correspondam às do equipamento apresentado nos vários terminais de entrada (fita, sintonizador, CD, fono e assim por diante). Portanto, a função do pré-amplificador é apresentar ao amplificador de potência um conjunto consistente de características, independentemente da fonte. Como diz Loring, também terá os controles (volume, tom, comutação). É provavelmente verdade que a maioria das fontes modernas são mais ou menos intercambiáveis. Ou seja, você poderia colocar a saída do seu CD player nos terminais marcados com Tuner e funcionaria bem, mas isso pode nem sempre ser verdade, e certamente não será verdade para estágios de fono que recebem tensões de entrada muito pequenas e requerem um estágio especial denominado equalização RIAA. Independentemente disso, o pré-amplificador deve entregar sinais em um nível consistente de terminais cujas impedâncias correspondam às da entrada para o amplificador de potência.
À parte, existem, no mercado, pré-amplificadores passivos. Eles contêm apenas indutores, capacitores, resistores, resistores variáveis e interruptores. Nenhuma amplificação ocorre, uma vez que não há componentes ativos.
Por que separá-los? Vários motivos – você pode misturar o equipamento de acordo com suas necessidades. Imagine que você tenha uma ótima configuração – você adora seu pré-amplificador, mas quer mais potência. Solução? Mantenha o pré-amplificador e troque por um amplificador de potência mais potente e alto-falantes mais potentes. Mas existe uma razão mais sutil. A tensão nos trilhos da fonte de alimentação pode variar ligeiramente sempre que uma demanda repentina e pesada é feita do amplificador de potência. Este comportamento transitório pode afetar todo o sistema alimentado pela mesma fonte, embora muito ligeiramente. Separando completamente os dois componentes, o pré-amplificador não será afetado. Dito isso, há muitos e muitos “amplificadores integrados” excelentes nos quais eu duvido que todos, exceto os extraordinariamente abençoados auditivamente, detectariam tal coisa.
Vou fazer algumas suposições razoáveis. A primeira é que estamos lidando com amplificadores de áudio, a segunda é que as fontes de alimentação são ideais. Ou seja, eles podem, mantendo absolutamente sua tensão constante, fornecer instantaneamente a corrente exigida pelos estágios de amplificação sem afetar o sinal de áudio. Nesta explicação, vou assumir ainda que os dispositivos ativos são transistores comuns do dia a dia (transistores de junção bipolar para engenheiros eletrônicos), mas os princípios são úteis para FETs e válvulas também.
Richard Farnsworth menciona que no pré-amplificador todos os dispositivos operam na região linear, mas indica que isso não é verdade para o amplificador de potência. Isso é verdade, exceto para amplificadores de potência classe A, e provavelmente também para aplicações de amplificadores de potência que não sejam de áudio.
Para aplicações de áudio, existem algumas classes de amplificação básicas diferentes. Eles são classe, A, classe B, classe A-B e classe D. Eles são comumente usados para descrever como o estágio de saída de potência final é configurado, embora se apliquem igualmente em estágios de baixa potência. Em um estágio de saída classe A de terminação única, o dispositivo ativo é polarizado de modo que, em seu estado quiescente, a tensão de saída esteja no meio de sua região de operação linear. Ou seja, está sempre ligado, dissipando a potência máxima, mesmo quando não há sinal. Em virtude dessas características, tem distorção muito baixa, mas também eficiência muito baixa. Isso também significa que há um componente CC diferente de zero no estágio de saída que deve ser bloqueado por um capacitor ou transformador, e um estágio de saída acoplado a transformador reduz ainda mais a eficiência. (Isso é o que Richard quer dizer quando diz que os estágios de amplificação em um pré-amplificador estão operando na região linear – eles estão operando classe A.)
Em um amplificador de classe B (dupla extremidade) O dispositivo de saída amplifica o lado “positivo” da entrada, enquanto o outro dispositivo complementar amplifica o lado “negativo” da entrada. Quando não há sinal, ambos os dispositivos estão desligados e nenhuma energia é dissipada nos dispositivos de saída. Quando há um sinal, apenas um dispositivo está ligado por vez – os chamados amplificadores “push-pull”.
Infelizmente, os transistores estão agora em suas regiões não lineares e quando o sinal de áudio passa de negativo para positivo, e vice-versa, esse comportamento não linear leva à distorção do crossover. Agora aumentamos muito a eficiência, mas também temos uma distorção muito maior.
Se aplicarmos uma pequena tensão de polarização de forma que, mesmo no estado quiescente, os dispositivos de saída estejam na região linear, temos um amplificador classe A-B. Portanto, agora estamos dissipando um pouco de energia quando não há sinal e apenas uma energia significativa quando os dispositivos estão funcionando muito. A distorção de crossover pode ser reduzida, mas não eliminada.
Você pode ver o padrão. Para uma onda senoidal, em um amplificador classe A, o dispositivo amplifica em 360 graus completos, mas com baixa eficiência. Em um amplificador de classe B (ideal), o ângulo de condução para cada dispositivo de saída é 180 graus, mas com alta eficiência.
Os amplificadores de classe C têm um ângulo de condução inferior a 180 graus, mas estes não são de nenhum usar em um sistema de áudio. Eles têm aplicações em projetos de ondas portadoras de RF, por exemplo, então não precisamos nos preocupar com isso.
Agora, considere uma chave ideal: ela nunca dissipa a potência – ou está desligada (sem corrente através dela ) ou ligado (sem tensão). Em um amplificador classe D, o dispositivo de saída atua como um interruptor, seja ligado ou desligado, e nenhum outro estado. Em vez disso, a relação liga / desliga varia de acordo com o sinal ( modulação de largura de pulso básica – PWM), e a saída é passada por um filtro passa-baixa para recuperar o sinal amplificado. Claro, não existe uma chave semicondutora ideal – há um tempo de aumento (e queda) quando o “Switch” é acionado, então a eficiência do estágio de saída não é 100\%, e o filtro passa-baixa reduz isso também. A fidelidade também sofre, mas onde o consumo de energia é mais importante que a fidelidade, a classe D é o caminho a seguir. Você pode até obter módulos de amplificador classe D completos hoje em dia. Ideal para equipamentos alimentados por bateria.
Existem outras classes, mas, na medida em que agora, eles são variantes e / ou combinações das classes A, B e D. A Technics introduziu um amplificador “Nova Classe A”, na década de 1970, eu acho. Basicamente, ele operava como um amplificador classe A puro e modestamente alimentado em níveis de sinal baixos, mas quando você aumentava o volume, ele entrava em operação classe AB automaticamente.
Classe A – fidelidade final, sem distorção cruzada, baixo eficiência, ângulo de condução de onda senoidal = 360 graus
Classe AB, fidelidade boa a excelente, alguma distorção cruzada, boa eficiência, ângulo de condução de onda senoidal = 180 graus
Classe D – aceitável para boa fidelidade, maior distorção (principalmente THD, eu acho), grande eficiência. Ângulo de condução = 0 graus. Provavelmente não para o audiófilo, mas excelente para equipamentos portáteis.
A propósito, o PWM também é a base para fontes de alimentação comutadas (SMPS), que podem tolerar faixas de entrada de tensão de rede muito amplas sem a necessidade de um manual seleção. Dê uma olhada na fonte de alimentação do seu laptop, por exemplo.
Os SMPSs podem ser feitos para operar com frequências muito altas – muito mais altas que o ouvido humano pode ouvir, e os filtros associados a eles podem ser tão bem projetados que não interferem em nada com o caminho do áudio quando usados em equipamentos de áudio de última geração. Isso permite que amplificadores muito poderosos sejam projetados com fontes de alimentação altamente eficientes e relativamente compactas.
Espero não ter divagado muito.
Resposta
A maneira como eu observaria a diferença é determinar a diferença funcional do que está acontecendo em cada dispositivo.
O pré-amplificador atua como um interruptor – ele pode pegar uma ou mais fontes de sinal e direcionar essa fonte a um amplificador.
Os amplificadores gostam de ver sinais entre 0 – 2v RMS e aplicam normalmente 26 dB de amplificação ao sinal. Eles têm a capacidade de conduzir cargas de alto-falantes complexas com muita tensão e corrente. As entradas dos amplificadores são normalmente de alta impedância e as saídas são de baixa impedância. As entradas gostam de ver fácil para conduzir cargas médias a altas.
Portanto, o pré-amplificador pega qualquer fonte que conseguir e prepara o sinal com uma impedância de saída média a alta e corrente para o amplificador conduzir os alto-falantes . O amplificador é um bom lugar para fazer a manipulação do sinal. Normalmente, isso significa ajustar o volume (escalando a tensão de entrada entre a faixa de 0 – 2v RMS que o amplificador deseja ver). Porém, mais do que apenas o volume, um amplificador pode ajustar o equilíbrio entre os canais, somar canais para fornecer um sinal mono, aplicar filtros de tom, silenciar o sinal e muitas outras funções. É um processador de sinal analógico (ou, em alguns casos, digital).
Alguns pré-amplificadores modernos lidam com sinais digitais – eles podem fornecer conversão D / A e outras funções de processamento de sinal.
Uma parte especial do pré-amplificador pode manipular sinais fono. Geralmente são muito pequenos (milivolts) e requerem uma curva RIAA inversa para explicar como os registros LP são registrados. Nesses casos, um pré-amplificador fono equalizará o sinal e aumentará para a faixa de 2v.