前级放大器,前级放大器的作用和原理是什么

2013-11-12 20:52:46来源: 互联网

前级放大器,前级放大器的作用和原理是什么?


前级放大器

按语:看到有帖子询及前级放大器的问题,一时手痒,将自己收集到的资料贴出,供大家参考:

在音响系统里,前级放大器所发挥的功能并不复杂,它只是负责切换讯源、处理讯号与控制音量,这就是音乐信息在进入后级前的最后一道处理程序。它的连接位置,介于讯源器材与后级放大器之间,故前级放大器所扮演的角色——负责将讯号整理与调整。

设计上,前级放大器可以简单也可以复杂。

简单的前级只需要具备讯源输入、讯源选择、控制音量便行。换言之,简单的前级只要有一个讯源切换开关和音量电位器,加上一个机箱及输出入端子就成。

复杂的前级集中很多的功能:设计师可以在讯源输入里,针对每一种输入加上一个缓冲电路,以隔绝前级与讯源之间的缓冲接口;讯号经过切换开关之后,则以最复杂、最严谨的处理方式,进入一个庞大的电路架构,包含缓冲、等化、调整等等步骤,最后再经过另一级缓冲电路,将阻抗降低之后,才连接到输出端子。当然,这种设计可以使用简单的IC,也可以使用大量晶体管架构电路,想用真空管的话,当然可以在机箱内塞入满满的真空管,外加上电池供电等等额外的设计,只要具备前级的功能,是没有什么限制的。

简单还是复杂?前级放大器的设计形式和用料,像厨师手里的材料一样,可以不同搭配、不同的作法、不同的烹饪方式、泡制出来不同的口味;电子设计师也像厨师一样,当然也可以使用任何电子材料,任意搭配设计与作法,设计制造出一部前级放大器,回放出来的声音的音色,各有各不同的多种结果。记得80-90年间,Burmester就有一部808,稍后Mark Levinson的Cello出了一部Pallet Suit额,成为复杂前级放大器的典范。

Mark Levinson的Cello Suite

简单的被动式前级、夸张复杂的全功能型前级我在这里不谈(事实上我在十多年前翻译过一篇Counterpoint的唱放前前级,共享了17枝真空管,夸张复杂之极),我们将焦点集中在标准的前级应该具备哪些基本架构。

前级放大器又称「前置放大器」,通常设定的放大倍率为10倍,故也又称「10倍放大器」,人们简称为「前级」。

是任何器材皆必备的,前级仅使用讯号线输出入,目前市面上的前级采用的输入端子,除了Mark Levinson早期的机型使用Lemo头之外,其的多数是单端的RCA端子,或是平衡的XLR端子。这种三孔插头与数码转换器使用的「AES/EBU」平衡头完全相同,请留意名称上的差异。XLR、平衡头、Canon头指的是插头本身,而「AES/EBU」指的是数字传输的格式;看到前级上XLR头,就说是「我的前级具有AES/EBU插头」,会闹笑话的。一些欧洲器材偶然会使用特制的输出输入端子,Linn、Naim都曾经使用过多孔DIN插头,它们与平衡头一样,具有负端先接地的功能,因此在未关机的情形下,可以直接拔除讯号线而不会发出杂音,使用单端RCA头的用家绝不可贸然一试。

讯号由输出入端子进入前级之后,利用电路板或隔离讯号线,将讯号引导至切换开关,切换开关负责切换输入的讯源,透过数个切换开关的搭配使用,也可以控制录音输出的讯源种类,方便您一边听音乐,同时录制另一讯源的音乐。讯号经过切换开关之后,再进入左右声道平衡控制电位器,音响使用的平衡电位器为特制的MN型,此种电位器设计特殊,向左边旋转时,左声道的音量维持不变,但右声道则随着角度逐渐衰减,旋钮转至最左边时,右声道恰巧没声音;同理,向右边旋转时,左声道逐渐降低音量,藉此达到控制左右声道音量的目的。正常的使用之下,并不需要调整左右平衡,因此部份前级逐渐省略这项设计,或者将左右平衡电位器隐藏于机箱角落,反正它不常用到。

经过平衡电位器之后,讯号接着进入音量电位器。音量电位器也使用专用的A型电位器,这种电位器依照对数特性制造,使旋钮旋转的角度,可以随着耳朵的感受而线性增加。正常使用的音量电位器,应该转至那个角度才属正常?这没有一定的答案,要看整体器材搭配的总增益而定。音箱效率高、后级增益大者,前级所需负担的放大倍率就得降低,音量开一点点声音就很大了;反之,单增益前级由于放大倍率仅有一倍,因此往往把音量开到底,仍然还有不够大声的缺憾。正常而言,旋钮位置由九点钟方向至十二点钟方向之间皆正常,转动时也最顺手。

讯号经过音量电位器之后,便直接进入放大电路。放大电路有繁有简,设计形式不一。放大电路输出之后,有的前级会设计哑音Mute继电器,藉此控制前级讯号的输出与否,经过Mute开关之后则直接连至输出端子。

前级的运作架构就是:输入→讯号切换→左右平衡→音量控制→放大电路→静音开关→输出。

主动与被动的差异

「主动」(「有源」)的意义在于电路中使用主动组件,主动式前级便是有源前级,是必须插电才能工作的前级。有前级不需要插电的吗?有的,这就是被动式前级。

从电路架构上分析,被动式前级其实就是省略了「放大电路」过程,讯号输入之后,经过讯号切换开关,进入平衡控制(或者将此功能省略),再使用一个音量电位器控制音量,最后直接输出。就控制音量的角度而言,它仅能衰减而无法放大,就阻抗匹配的功能来说,它也无法扮演缓冲的角色,因此被动式前级是最经济也最直接的前级。First Sound是最有名的被动式前级之一,内部仅由切换开关与音量控制器组成,由于没有任何主动组件,因此S/N比相当高。Jeff Roland的Synergy也是楚楚之典范。

主动式前级具备放大电路,可以将输入的讯号放大后输出,因此增益绝对充足有余;被动式前级除非使用被动式升压器提升输出电压,否则是永远不可能达成放大的任务。就缓冲与阻抗匹配的角度来看,主动式前级由于具有主动组件进行讯号放大,因此可以将阻抗特性较高的讯源,转换为较低阻抗的讯号输出,易于驱动后方的后级线路。这也是被动式前级所望尘莫及的要求。被动式前级充其量只能衰减,在音量全开的情况下,等于讯源直入后级,其中并没有任何缓冲的作用。假如使用升压器将电压放大,放大之后的结果也必须遵照质、能不变的物理原理,而增加了输出阻抗。因此几乎没有任何一部被动式前级愿意使用升压器进行电压放大,顶多使用一颗音量电位器控制音量罢了。

既然被动式前级缺点这么多,为何还有存在的必要呢?

因为被动式前级没有放大电路,其讯号通路直接,能够将讯源器材的讯号以最简短的路径直接输出给后级,这就是人们采用被动式前级的初衷。由于不使用主动组件,因此没有任何的失真、音染、噪声、相位飘移等问题,也由于使用机械开关,因此被动式前级也没有增益频宽积的限制,正常设计的被动式前级可以传输数MHz的讯号,尤其是噪声以及S/N比规格两项,几乎没有任何主动式前级可以匹敌。各有优缺点吧!只要该前级适用于您的系统,是没有什么不可以的。

真空管前级

依照电子材料发展的历史来看,最早发明的电子组件是真空管,隔了数十年之后半导体发明,半导体之中先以锗晶体问市,之后才是硅组件的天下,等到制造硅晶体团的技术成熟,才有集成电路(IC)的出现。因此前级使用主动组件的过程,是跟随着半导体组件发展的历程而进步的。最早的前级扩大机全部是应用真空管设计,从电源部份开始,变压器输出交流电压后,便以二极管进行管整流以及管稳压的动作,真空管的整流特性与稳压特性并不理想,因此早期的真空管前级声音普遍也不理想,哼声中夹带着嘶声噪音,S/N比不高、频宽也不够,不过对于当时而言,这已经是不错的产品了!

电子组件不断进步,扩大机的电路水平也逐步提升,半导体发明之后,以半导体取代部份真空管,效率不高、功能不佳的真空管整流与管稳压,逐渐被半导体组件所取代。体积小、动作稳定的半导体,制造出了稳定的电源,前级扩大机的性能也提升不少,背景噪音大幅度降低,S/N比马上提高不少,哼声消失了,聆听音乐开始进入更高级的享受。

目前为止,大部份的真空管扩大机仍然以半导体稳压为主。其实对于声音而言,真空管确实是无可取代的好组件,它的体积虽大,但却有其独特且无法取代的音色,温暖、醇厚,都是管机常见的特色。坚持使用真空管放大的Audio Research以及Sonic Frontiers,两家的前级几乎全为真空管设计,但不可否认的是,它们设计师仍然偏好使用半导体进行整流与稳压的工作。真空管的电路架构,早在二十年前就已经发展完成,差动、串迭、推挽、倒相,无一不在早期的真空管前级中出现。使用相同的组件要达到相同的目标,方法不外乎是那几样,因此对于现代的真空管设计者而言,电路的创新反而不再是追求的目标,为真空管线路提

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关键字:前级  放大器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1112/article_20630.html
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