Bästa svaret
Jag gillar Loring Chiens svar eftersom det täcker det väsentliga tillräckligt bra för att lekmannen kan förstå. Vincent Dermience nämner andra faktorer, inklusive distorsion.
Senare skulle jag vilja utvidga diskussionen till (effekt) förstärkarklassificeringar, men först svara på frågan på mitt sätt: Enkelt sagt har en förstärkare ( för varje kanal) en ingång med vissa egenskaper. Förstärkaren som matar den, förstärkaren, måste ha utgångskarakteristika som matchar ingångskarakteristiken för effektförstärkaren. I sin tur måste varje ingång till förförstärkaren ha egenskaper som matchar de för utrustningen som presenteras vid de olika ingångsterminalerna (band, tuner, CD, phono och så vidare). Förförstärkarens funktion är därför att presentera en konsekvent uppsättning egenskaper till effektförstärkaren oavsett källa. Som Loring säger kommer det också att ha kontrollerna (volym, ton, växling). Det är nog sant att säga att de flesta moderna källor är mer eller mindre utbytbara. Det vill säga du kan sätta utgången från din CD-spelare i terminalerna märkta Tuner och det skulle fungera bra, men det kanske inte alltid är sant, och det kommer verkligen inte att vara sant för phono-steg som får mycket små ingångsspänningar och kräver ett speciellt steg som heter RIAA-utjämning. Oavsett måste förförstärkaren leverera signaler på en jämn nivå från terminaler vars impedanser matchar ingångens till effektförstärkaren.
Som en åtminstone finns det passiva förförstärkare på marknaden. Dessa innehåller endast induktorer, kondensatorer, motstånd, variabla motstånd och omkopplare. Ingen förstärkning sker eftersom det inte finns några aktiva komponenter.
Varför separera dem? Olika skäl – du kan blanda utrustning som passar dig själv. Tänk dig att du har en fantastisk inställning – du älskar din förförstärkare, men du vill ha mer oomph. Lösning? Håll förförstärkaren och byt upp till en starkare förstärkare och kraftigare högtalare. Men det finns en mer subtil anledning. Spänningen på strömförsörjningsskenorna kan variera något när en plötslig, hög efterfrågan ställs på effektförstärkaren. Detta övergående beteende kan påverka hela systemet som drivs från samma källa, om än väldigt, väldigt lite. Genom att helt separera de två komponenterna påverkas inte förstärkaren. Med detta sagt finns det massor av utmärkta ”integrerade förstärkare” där jag tvivlar på alla utom de utomordentligt hörbara välsignade skulle upptäcka en sådan sak.
Jag kommer att göra några rimliga antaganden. Det första är att vi har att göra med ljudförstärkare, det andra är att strömförsörjningen är perfekt. Det vill säga de kan, samtidigt som de bibehåller sin konstanta spänning, direkt leverera den ström som efterfrågas av förstärkningsstegen utan att påverka ljudsignalen. I den här förklaringen kommer jag vidare att anta att de aktiva enheterna är vanliga, vardagliga transistorer (bipolära övergångstransistorer till elektronikingenjörer), men principerna är också användbara för FET och ventiler.
Richard Farnsworth nämner att i förförstärkaren fungerar alla enheter i det linjära området, men indikerar att detta inte är sant för effektförstärkaren. Det är sant utom klass A-förstärkare, och förmodligen även för icke-ljudförstärkartillämpningar.
För ljudapplikationer finns det några olika grundläggande förstärkningsklasser. Dessa är klass, A, klass B, klass A-B och klass D. Dessa används vanligtvis för att beskriva hur det slutliga uteffektsteget konfigureras, även om de också gäller i steg med låg effekt. I ett enstegs klass A-utgångssteg är den aktiva anordningen förspänd så att i sitt vilande tillstånd är utspänningen halvvägs genom dess linjära driftsområde. Det vill säga att den alltid är på och släpper ut maximal effekt, även om det inte finns någon signal. På grund av dessa egenskaper har den mycket låg, snedvridning men också mycket låg effektivitet. Det betyder också att det finns en likströmskomponent som inte är noll vid utgångssteget som måste blockeras av en kondensator eller en transformator, och ett transformatorkopplat utgångssteg minskar ytterligare effektiviteten avsevärt. (Detta är vad Richard menar när han säger att förstärkningsstegen i en förförstärkare arbetar i det linjära området – de arbetar i klass A.)
I en klass B-förstärkare (dubbeländad) en utgångsenheten förstärker den ”positiva” sidan av ingången, medan den andra kompletterande enheten förstärker den ”negativa” sidan av ingången. När det inte finns någon signal är båda enheterna avstängda och ingen ström försvinner i utgångsenheterna. När det finns en signal är bara en enhet på gång – så kallade ”push-pull” -förstärkare.
Tyvärr befinner sig transistorerna nu i sina olinjära områden och när ljudsignalen rör sig från negativ till positivt, och vice versa, leder detta icke-linjära beteende till crossover distorsion. Vi har nu kraftigt ökat effektiviteten, men också mycket större snedvridning.
Om vi applicerar en liten förspänning så att utgångsenheterna är i det linjära området även i vilotillstånd har vi en klass A-B-förstärkare. Så nu släpper vi lite ström när det inte finns någon signal och bara signifikant effekt när enheterna arbetar hårt. Delningsfördelningen kan göras mycket låg men inte elimineras.
Du kan se mönstret. För en sinusvåg, i en klass A-förstärkare, förstärks enheten över hela 360 grader, men med låg effektivitet. I en (idealisk) klass B-förstärkare är ledningsvinkeln för varje utgångsenhet 180 grader, men med hög effektivitet.
Klass C-förstärkare har en ledningsvinkel mindre än 180 grader, men dessa har ingen användning i ett ljudsystem. De har applikationer i RF-bärvågsdesign, till exempel, så vi behöver inte dröja vid dessa.
Tänk nu på en idealisk omkopplare: den släpper aldrig ut strömmen – den är antingen hård av (ingen ström genom den ) eller hårt på (ingen spänning över den). I en klass D-förstärkare fungerar utgångsenheten som en omkopplare, antingen till eller från, och inget annat tillstånd. Istället varierar på / av-förhållandet i sympati med signalen ( grundläggande pulsbreddsmodulering – PWM) och utgången passeras genom ett lågpassfilter för att återställa den förstärkta signalen. Naturligtvis finns det inget sådant som en idealisk halvledarströmställare – det finns en stigning (och fall) tid när ”Omkopplare” kastas, så effektiviteten i utgångssteget är inte 100\%, och lågpassfiltret minskar det också. Fidelity drabbas också, men där energiförbrukningen är viktigare att trohet, klass D är vägen att gå. Du kan till och med få kompletta klass D-förstärkarmoduler idag. Perfekt för batteridriven utrustning.
Det finns andra klasser, men så långt jag k nu är de varianter och / eller kombinationer av klass A, klass B och klass D. Teknik introducerade en ”New Class A” -förstärkare, tror jag på 1970-talet. I huvudsak fungerade den som en blygsamt driven, ren klass A-förstärkare vid låga signalnivåer, men när du skruvade upp volymen gick den automatiskt in i klass AB-drift.
Klass A – ultimat trohet, ingen delningsförvrängning, låg effektivitet, sinusledningsvinkel = 360 grader
Klass AB, bra till utmärkt trohet, viss delningsförvrängning, bra effektivitet, sinusledningsvinkel = 180 grader
Klass D – acceptabel för bra trohet, större förvrängning (främst THD, tror jag), stor effektivitet. Ledningsvinkel = 0 grader. Förmodligen inte för audiofilen, men utmärkt för bärbar utrustning.
För övrigt är PWM också basen för switch-mode nätaggregat (SMPS) som tål mycket breda nätspänningsingångsområden utan att behöva göra en manual urval. Ta en titt på strömförsörjningen till din bärbara dator, till exempel.
SMPS-enheter kan fås att fungera med mycket höga frekvenser – långt in högre som det mänskliga örat kan höra och filtren associerade med dem kan så väl utformade att de inte stör ljudbanan alls när de används i avancerad ljudutrustning. Detta gör att mycket kraftfulla förstärkare kan designas med mycket effektiva och relativt kompakta strömförsörjningsenheter.
Jag hoppas att jag inte har ramlat för mycket.
Svar
Sättet jag skulle se på skillnaden är att bestämma den funktionella skillnaden för vad som händer på varje enhet.
Förförstärkaren fungerar som en omkopplare – den kan ta en eller flera signalkällor och dirigera den källan till en förstärkare.
Förstärkare ser gärna signaler mellan 0 – 2v RMS och applicerar typiskt 26 dB förstärkning på signalen. De har förmågan att driva komplexa högtalarlaster med mycket spänning och ström. Ingångarna på förstärkare är typiskt hög impedans och utgångarna är låg impedans. Ingångarna gillar att se lätt att köra medel till hög belastning.
Så förförstärkaren tar vilken källa som helst och förbereder den signalen med en medium till hög utgångsimpedans och ström för förstärkaren att köra högtalare . Förstärkaren är ett bra ställe för signalmanipulation. Vanligtvis innebär detta att justera volymen (skalning av ingångsspänningen mellan 0 – 2v RMS-området som förstärkaren vill se). Men mer än bara volym kan en förstärkare justera balansen mellan kanaler, summa kanaler för att ge en monosignal, tillämpa tonfilter, stänga av signalen och många fler funktioner. Det är en analog (eller i vissa fall digital) signalprocessor.
Vissa moderna förförstärkare hanterar digitala signaler – de kan tillhandahålla D / A-omvandling och andra signalbehandlingsfunktioner.
En speciell del på förförstärkaren kan hantera fonosignaler. Dessa är vanligtvis mycket små (millivolt) och kräver en invers RIAA-kurva för att redogöra för hur LP-skivor spelas in. I sådana fall kommer en phono-förstärkare att utjämna signalen och föra den upp till 2v-intervallet.