شما اینجا هستید » صفحه اصلی » مقالات » پری آمپلیفایر چیست؟
پری آمپلیفایر چیست؟

پری آمپلیفایر (پیش تقویت کننده)


• به طور معمول سیگنال صوتی بدست آمده از منابع صوتی همچون موبایل، تبلت، پخش کننده DVD، کامپیوتر و … آنقدر قوی نیستند تا بتوانند یک آمپلیفایر قدرت را به طور کامل راه اندازی کنند بنابراین قبل از وصل کردن منبع صوتی به آمپلیفایر لازم است تا سیگنال صوتی از نظر ولتاژ (دامنه) تقویت گردد، به این منظور از دستگاهی به نام پری آمپلیفایر استفاده می کنیم. البته برای بسیاری از منابع صوتی احتیاج به پری آمپلیفایر مخصوص به آن نیاز است، مانند میکروفن، گرامافون، هد کاست، گیتار الکتریک و …

• پری آمپلیفایر ها می توانند شامل تن کنترل (باس، تریبل) و یا اکولایزر باشند. بطور معمول پیش تقویت کننده ها مجهز به ولوم کنترل حجم صدا، ولوم کنترل گین و … هستند. بسته به نوع دستگاه، می تواند دارای کنترل های بیشتر و یا دارای ورودی ها و خروجی های متعدد برای کاربرد های گوناگون باشند. در شکل شماره ۱ شماتیک یک مدار پری آمپلیفایر نشان داده شده.

• نحوه انتخاب پری آمپلیفایر

• آمپلیفایر های حساس ( ضریب تقویت زیاد) به یک پری آمپلیفایر با حساسیت کم (ضریب تقویت کم ) احتیاج دارند و بلعکس آمپلیفایر هایی که حساسیت آن ها کم هست به یک پری آمپلیفایر با حساسیت بالا احتیاج دارند. ضریب تقویت دستگاه های صوتی معمولا با دسیبل ( db ) بیان می شود. در شکل شماره ۲ یک پری آمپلیفایر با ولوم های کنترل باس، تریبل، گین، ولوم صدا و بالانس نشان داده شده:

• امپدانس ورودی پری آمپلیفایر ها به طور معمول بین ۵۰ تا ۱۰۰ کیلو اهم است و امپدانس خروجی آن ها بین ۱۰۰ اهم تا ۱۰ کیلو اهم است. برای انتخاب یک پری آمپلیفایر مناسب باید نکات زیادی را مورد توجه قرار داد، یکی از نکاتی که ذکر شد تطبیق حساسیت پری آمپلیفایر با آمپلیفایر بود، نکته دیگر تطبیق امپدانس آن ها با یک دیگر است، به این معنی که امپدانس ورودی یک آمپلیفایر می تواند برابر و یا بزرگ تر از امپدانس خروجی یک پری آمپلیفایر باشد و هر گز امپدانس ورودی آمپلیفایر نباید کمتر از امپدانس خروجی پری آمپلیفایر باشد، در صورتی که این نکته رعایت نشود دامنه سیگنال صوتی افت می کند و این می تواند باعث صدمه زدن به کیفیت سیگنال بدست آمده از پری آمپلیفایر شود، و یا ممکن است سیگنال به قدری افت کند که نتواند آمپلیفایر را با حداکثر قدرت راه اندازی کند. نکته دیگر این که هنگام انتخاب باید به پارامتر دیستورسیون توجه داشت. دیستورسیون به معنای انحراف سیگنال های تقویت شده نسبت به سیگنال اصلی است، دیستورسیون یک پری آمپلیفایر مرغوب باید کمتر از ۰٫۱ درصد باشد. نکته بعدی نسبت سیگنال به نویز است. این پارامتر معرف مقدار نویز خروجی است و مقدار آن باید بیش از ۶۰db باشد. و نکته آخر نمودار پاسخ فرکانسی دستگاه است. این نمودار طیف کنترل باس و تریبل و یا اکولایزر را نشان می دهد.

• آمپلیفایر ها وظیفه دارند سیگنال صدا را از نظر جریان (قدرت) و ولتاژ (دامنه) به صورت کاملا خطی و با کمترین دیستورسیون از فرکانس ۲۰Hz تا ۲۰KHz تقویت کنند، پری آمپلیفایر ها نیز وظیفه دارند سیگنال صدا را از نظر دامنه، با کمترین دیستورسیون از فرکانس ۲۰Hz تا ۲۰KHz تقویت کنند اما می توانند عملکرد خطی آمپلیفایر ها را نداشته باشند! چون درون خود مداری به نام تون کنترل ( یا اکولایزر ) دارند، این مدار می تواند خطی بودن پاسخ دستگاه را به دلخواه تغییر دهد در حقیقت یکی دیگر از وظایف پری آمپلیفایر تغییر پاسخ خطی به دلخواه کاربر است. باید توجه داشت که مدار آمپلیفایر به هیچ وجه نباید تون صدای تقویت شده را تغییر دهد و تغییر تن صدا فقط و فقط وظیفه پری آمپلیفایر است.

برای مثال از خطی و غیر خطی بودن، نمودار پاسخ فرکانس خطی با سیستم باس تریبل در شکل های زیر نشان داده می شود:

 

مدار پری آمپلیفایر و تن کنترل:

مدار تن کنترل به دو دسته  Passive Tone Control و active یا baxandall Tone Control تقسیم بندی می شوند. مدار تن کنترل پسیو با یک خط اتصال به زمین فرکانس دلخواه را می گزیند. در تن کنترل اکتیو (باکسندال) به جای اتصال به زمین از فیدبک منفی برای گزیدن فرکانس مورد نظر استفاده می شود.

مدار پسیو:

• شکل شماره ۶ شماتیک تن کنترل پسیو را نشان می دهد.

برای تحلیل بهتر، مدار در چهار مرحله بررسی می می شود:

۱- ولوم باس تا آخر زیاد باشد (شکل ۷)

• در ابتدا سیگنال صوتی از طریق خازن C5 وارد مدار تن کنترل می شود. همان طور که در شکل ۷ پیداست در این حالت خازن C1 اتصال کوتاه شده و عملا در مدار هیچ تاثیری ندارد. اکنون، مقاومت های R2 و R1 و خازن C3 تشکیل یک فیلتر پایین گذر را می دهند. خازن C3 در برابر فرکانس های میانه به بالا، امپدانس بسیار کمی از خود نشان می دهد به این ترتیب فرکانس های میانه به بالا از طریق خازن C3 و مقاومت R1 تضعیف می شود. مقاومت R1 اجازه نمی دهد تا سیگنال های فرکانس میانه به بالا بیش از ۲۰db تضعیف شوند. سیگنال بدست آمده از این مدار از طریق مقاومت R3 و خازن C6 وارد مدار تقویت کننده می شود. توجه داشته باشید که امپدانس خازن های  C2 و C4 در این فرکانس ها آنقدر بالا هستند که عملا هیچ تاثیری روی فرکانس های بدست آمده از ولوم باس ندارند. نتیجه این که فرکانس های پایین (بم) ۲۰db نسبت به فرکانس های دیگر بیشتر تقویت می شوند.

۲- ولوم باس تا آخر کم باشد (شکل ۸)

• همانطور که مشاهده می کنید در این حالت دو سر خازن C3 اتصال کوتاه شده و عملا در مدار هیچ تاثیری ندارد. در این حالت مقاومت های R1 و R2 و خازن C1 و مقاومت ولوم باس تشکیل یک فیلتر بالا گذر می دهند به این ترتیب که  خازن C1 امپدانس بزرگی در برابر فرکانس های کم از خود نشان می دهد ولی در فرکانس های میانه به بالا امپدانس کمی دارد. این خاصیت باعث تضعیف شدن فرکانس های پایین می شود. مقاومت ولوم باس اجازه نمی دهد تا فرکانس های کم بیش از ۲۰db تضعیف شوند. نتیجه نهایی اینکه فرکانس های کم ۲۰db نسبت به فرکانس های دیگر تضعیف می شوند.

۳- ولوم تریبل تا آخر زیاد باشد (شکل ۹)

• ولوم تریبل فرکانس های بالا را کنترل می کند. همانطور که در بالا گفته شد خازن های C1 و C3 در برابر فرکانس های بالا، امپدانس بسیار پایینی از خود نشان می دهد، با توجه به این موضوع در تحلیل ولوم تریبل، خازن های C1 و C3 را اتصال کوتاه فرض می کنیم، با توجه به این خازن C4  و مقاومت های R3 و R1 تشکیل یک فیلتر بالا گذر را می دهند. خازن C4 در فرکانس های بالا امپدانس کمی از خود نشان داده و به این ترتیب فرکانس های بالا به راحتی از خازن C4 عبور کرده و وارد مدار تقویت کننده می شود، حال آن که همین خازن در برابر فرکانس های پایین امپدانس بسیار بزرگی از خود نشان می دهد. امپدانس زیاد خازن در برابر فرکانس های پایین و امپدانس کم مقاومت های R1 و R3 سبب تضعیف فرکانس های پایین نشت شده از خازن C4 می شود. مقاومت زیاد ولوم تریبل در این محاسبات تاثیر جزیی دارد بنا بر این می شود از آن صرف نظر کرد.  در نتیجه فرکانس های بالا (زیر) ۲۰db نسبت به فرکانس های دیگر بیشتر تقویت می شوند.

۴- ولوم تریبل تا آخر کم است (شکل ۱۰)

• در این حالت فرکانس های بالا پس از عبور از خازن C4 خود را با امپدانس بزرگ ولوم تریبل می بیند و بشدت تضعیف می شود ( امپدانس ولوم طوری انتخاب شده که نمی گذارد بیش از ۲۰db تضعیف شوند.) در قبل توضیح دادیم که مقاومت R1 مقداری از فرکانس های میانه و بالا را نمی گذارد کامل حذف شوند و مقداری از این طیف فرکانس ها را از طریق مقاومت R3 به ورودی تقویت کننده می دهد. اکنون ولوم تریبل در حالتی است که فرکانس بالای بدست آمده از طریق مقاومت R1 را، از طریق خازن C2 به مقدار ۲۰db تضعیف می کند. در نتیجه فرکانس های بالا ۲۰db نسبت به فرکانس های دیگر تضعیف می شود.

۵- ولوم باس و تریبل در وسط هستند (شکل ۱۱)

• در این حالت تمامی طیف فرکانس به طور یکسان تقویت شده و در خروجی تقویت کننده ظاهر می شوند.

مدار اکتیو:

• شکل ۱۲ مدار تن کنترل اکتیو را نشان می دهد.

همان طور که در شکل ۱۲ نشان داده شده، مدار تن کنترل هیچ ارتباطی با زمین مدار ندارد، بلکه از طریق فیدبک فرکانس های مورد نظر را کنترل می کند.

• در مدار پسیو سیستم تقویت کننده هیچ دخالتی در کنترل فرکانس ها نداشت، ولی در مدار اکتیو (باکسندال) سیستم تقویت کننده به طور مستقیم در کنترل فرکانس ها، ایفای نقش می کند. به همین دلیل تحلیل و محاسبات تن کنترل اکتیو بسیار پیچیده تر می شود. به همین دلیل مدار به صورت کلی توضیح داده می شود.

• با مقایسه هر دو مدار، مشاهده می شود که از نظر تعداد قطعات، با یک دیگر برابر هستند، و تنها فرق اساسی آن ها با یک دیگر نحوه ارتباطشان با مدار تقویت کننده می باشد. فیدبک منفی باعث می شود تا مدار بسیار با دقت تر عمل کند. حال مدار بصورت مرحله ای، شرح داده می شود.

۱- ولوم باس تا آخر زیاد باشد (شکل ۱۳)

• در این حالت خازن C1 اتصال کوتاه شده و هیچ اثری در مدار ندارد. سیگنال صوتی پس از عبور از خازن C5 وارد مدار می شود و از مقاومت R2 عبور می کند. سیگنال فیدبک (که اثر تضعیف کنندگی دارد) نیز از طریق مقاومت R1 وارد می شود. خازن C3 در فرکانس های بالا امپدانس کمی از خود نشان می دهد، بنابراین مدار فیدبک می تواند فرکانس های بالای عبور کرده از مقاومت R2 را بشدت تضعیف کنند. فرکانس های بم باقی مانده از مدار از طریق مقاومت R3 و خازن C6 به ورودی تقویت کننده راه پیدا کرده و صدای بدست آمده از این طریق، کوبندگی زیادی پیدا می کند. مقاومت R1 وظیفه دارد تا اجازه ندهد فرکانس های بالا و میانه بیش از ۲۰db تضعیف نشوند. امپدانس خازن های C2 و C4 در این فرکانس بسیار زیاد هستند و اثر کمی بر فرکانس های پایین دارند، اما همین اثرات کم با استفاده از فیدبک خنثی می شوند. به همین دلیل تن کنترل اکتیو دقیق تر از پسیو عمل می کند.

۲- ولوم باس تا آخر کم باشد (شکل ۱۴)

• در این حالت دو سر خازن C3 اتصال کوتاه شده و در مدار هیچ اثری ندارد. همان طور که در شکل ۱۴ پیداست سیگنال های فیدبک از مقاومت R1 عبور کرده و به راحتی سیگنال های بمی که از ولوم باس و خازن C1 عبور کرده را تضعیف می کند. از آن جا که امپدانس خازن C1 در فرکانس های میانه و بالا کم است فرکانس های میانه و بالا، بدون تضعیف باقی می ماند.

۳- ولوم تریبل تا آخر زیاد باشد (شکل ۱۵)

• در این حالت مدار فیدبک شرایط بسیار پیچیده ای را در مدار ایجاد می کند. امپدانس خازن های C1 و C3 در این فرکانس آنقدر کم هست که می توان آن ها را اتصال کوتاه در نظر گرفت. سیگنال فیدبک از دو مسیر فرکانس های بالا را کنترل می کند.

مسیر اول: مقاومت R4 و مقاومت ولوم تریبل .

مسیر دوم: مقاومت R1 و مقاومت R3 .

• چنانچه هر دو مسیر به دقت محاسبه نشوند، تعادل بین ولوم باس و تریبل از میان می رود، و به این دلیل است که بعضی طراحان از تن کنترل پسیو استفاده می کنند. فرکانس های بالا از طریق خازن C4 و مقاومت R5 به مدار تقویت کننده راه پیدا می کنند. از آنجا که امپدانس خازن C4 در فرکانس های پایین بسیار زیاد است، باعث حذف شدن فرکانس های پایین می شود.

۴- ولوم تریبل تا آخر کم است (شکل ۱۶)

• در این حالت فرکانس های بالا مواجه با امپدانس بالای ولوم تریبل می شوند، در حالی که سیگنال فیدبک به راحتی از ولوم عبور کرده و باقی مانده فرکانس های بالای عبور کرده از مقاومت R3 را حذف می کنند. مقاومت R4 اجازه نمی دهد که فرکانس های بالا بیش از ۲۰db تضعیف شوند.

۵- ولوم باس و تریبل در وسط هستند (شکل ۱۷)

• در این حالت ولوم باس و تریبل در حالت تعادل قرار دارند و پاسخ فرکانسی مدار کاملا خطی است. همان طور که گفته شدف تعادل بین ولوم باس و تریبل در مدار اکتیو نکته بسیار مهمی است، و مقاومت R3 مانند وزنه تعادلی بین ولوم های باس تریبل ایفای نقش می کند.

در یک مدار تن کنترل حدکثر تقویت و تضعیف بین ولوم های باس تریبل باید به یک اندازه باشد، به این معنی که اگر طیف کنترل باس از منفی ۲۰db تا مثبت ۲۰db باشد، ولوم تریبل نیز باید همین مقدار قدرت کنترل روی فرکانس های بالا را داشته باشد.

دوست گرامی:

امیدواریم این مقاله شما را در انتخاب یک پری آمپلیفایر مرغوب کمک کرده باشد. متاسفانه اصطلاحات غیر علمی رایج در بازار، مانند گرم بودن صدای ترانزیستور نسبت به آی سی، خطی بودن پاسخ فرکانسی لامپ خلا نسبت به ترانزیستور BJT و … باعث گمراه شدن خریداران می شود. در مهندسی بکارگیری هر قطعه طبق محاسبات و ملاحظات بسیاری صورت می گیرد. هر مشخصه ای در علم مهندسی با عدد و رقم و نمودار بیان می شود. در نتیجه توصیفاتی مانند گرم بودن صدا و … بسیار غیر علمی و گمراه کننده است. با توجه به این نکات می توان با دید باز تر و علمی تری وارد این عرصه شد.