در این مطلب به بررسی طرز کار، انواع، کاربردهای پری آمپلی‌فایر و تفاوت آن با آمپلی‌فایر می‌پردازیم. به‌طورکلی برای بررسی تفاوت این دو دستگاه باید گفت که آمپلی‌فایر دستگاهی است که برای تقویت قدرت سیگنال خروجی استفاده می‌شود و مقداری نویز اضافی نیز ایجاد می‌کند؛ درحالی‌که پری آمپلی‌فایر دستگاهی است که برای تبدیل سیگنال بدون نویز خروجی استفاده می‌شود و  درکل در برابر نویز مقاوم است.

این آمپلی‌فایرها، هر دو از ولتاژ برای افزایش قدرت سیگنال‌های صوتی استفاده می‌کنند؛ البته آن‌ها این کار را به روش‌های مختلفی انجام می‌دهند و عملکردهای متفاوتی نیز دارند. به‌طورکلی از پری آمپلی‌فایرها در میکروفون برای افزایش کیفیت صدای نسخه ضبط شده استفاده می‌شود، بدون اینکه مقدار نویز آن افزایش یابد، درحالی‌که آمپلی‌فایرها برای تقویت صداهایی استفاده می‌شوند که از قبل قابل‌شنیدن هستند، مانند: بلندگو و گیتار الکتریک. در این مقاله سیسوگ قصد داریم به بررسی کامل پری آمپلی‌فایر بپردازیم. پس تا پایان همراه ما باشید.

پری آمپلی‌فایر چیست؟

پری آمپلی‌فایر یک آمپلی‌فایر الکترونیکی است که سیگنال الکتریکی ضعیف را به سیگنال الکتریکی قوی تبدیل می‌کند. به‌طورکلی پری آمپلی‌فایر دستگاهی است برای تقویت قدرت سیگنال که معمولاً در سیستم‌های صوتی یافت می‌شود. این دستگاه به تقویت سیگنال‌های سطح پایین کمک می‌کند تا واضح‌تر شنیده شوند. همچنین، پری آمپلی‌فایر باید به اندازه کافی قوی باشد تا بتواند سیگنال الکتریکی را به پاور آمپلی‌فایر و همچنین، بلندگو ارسال کند. آمپلی‌فایرها معمولاً برای تقویت سیگنال سنسورهای آنالوگ استفاده می‌شوند، مثلاً در میکروفون‌ها؛ بنابراین این آمپلی‌فایرها اغلب در نزدیکی سنسور قرار می‌گیرند تا اثرات نویز و تداخل سیگنال‌ها را کاهش دهند.

یک پری آمپلی‌فایر ایده‌آل، پاسخ فرکانسی خطی دارد و همچنین، دارای امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی کم است؛ بنابراین پری آمپلی‌فایر اغلب در ساخت کابل برای تقویت قدرت سیگنال استفاده می‌شود که این کار بدون کاهش SNR (نسبت سیگنال به نویز) انجام می‌شود. یک پری آمپلی‌فایر معمولاً از مبدل‌های خروجی سطح پایین مانند میکروفون‌ها پیروی می‌کند.

تفاوت آمپلی‌فایر، پری آمپلی‌فایر و گیرنده

تفاوت‌های اصلی آمپلی‌فایر، پری آمپلی‌فایر و گیرنده در جدول زیر بررسی شده است:

اجزای اصلی یک پری آمپلی‌فایر

به‌طورکلی یک پری آمپلی‌فایر از چهار جزء اصلی تشکیل شده است که شامل موارد زیر می‌باشند:

۱. مبدل‌های ورودی مانند میکروفون، پیکاپ گیتار و… برای دریافت سیگنال صوتی

۲. مدار فیلتر سیگنال برای کاهش نویز و افزایش گین

۳. مدار آمپلی‌فایر برای تقویت بیش‌تر سیگنال

۴. یک خروجی برای ارسال سیگنال به مرحله پردازش

وظایف پری آمپلی‌فایر

وظایف اصلی یک پری آمپلی‌فایر شامل موارد زیر می‌باشند:

• پری آمپلی‌فایر در سیستم‌ سینمای خانگی دارای دو وظیفه مهم است. اول اینکه سوئیچ کردن بین منابع مختلف را کنترل می‌کند و سیگنال را قبل از ارسال به آمپلی‌فایر، افزایش می‌دهد. دوم اینکه سیگنال الکتریکی بسیار ضعیف را به سیگنال الکتریکی قوی تبدیل می‌کند و همچنین، از ایجاد نویز نیز جلوگیری می‌کند.
• وظیفه اصلی یک پری آمپلی‌فایر حذف سیگنال از آشکارساز بدون خراب‌کردن نسبت سیگنال به نویز (S/N) است؛ بنابراین آمپلی‌فایر باید در نزدیکی دتکتور قرار گیرد.
• پری آمپلی‌فایر سیگنال صوتی را برای جلوگیری از اضافه‌بار در آمپلی‌فایر و سایر اجزای یک سیستم صوتی آماده می‌کند. گاهی اوقات، این آمپلی‌فایر دارای تون کنترل‌هایی است که از این کنترل‌ها برای تنظیم تریبل و فرکانس‌های باس استفاده می‌شوند.
• پری آمپلی‌فایر قدرت سیگنال را افزایش می‌دهد.
• به‌طورکلی پری آمپلی‌فایر نویز را حذف می‌کند و سیگنال‌های الکترونیکی مبدل‌ها، سنسورهای آنالوگ و… را تقویت می‌کند.
• پری آمپلی‌فایر ابتدا نویز و تداخل سیگنال‌های الکترونیکی را حذف و سپس سیگنال‌ها را تقویت می‌کند.

طریقه ساخت یک پری آمپلی‌فایر

به‌طورکلی، یک مدار پری آمپلی‌فایر سیگنال‌های ضعیف را تقویت می‌کند که از این طریق می‌توان مدار پاور آمپلی‌فایر را بیش‌تر تقویت نمود. اساساً آمپلی‌فایر میانگیر یا buffer stage بین پاور آمپلی‌فایر و منبع سیگنال ورودی کار می‌کند. این آمپلی‌فایر بیش‌تر در مواردی استفاده می‌شود که سیگنال ورودی بسیار ضعیف است و پاور آمپلی‌فایر بدون وجود پری آمپلی‌فایر قادر به تشخیص این سیگنال ضعیف نیست.

مانند شکل زیر، طراحی پری آمپلی‌فایر با استفاده از دو ترانزیستور و تعدادی مقاومت و خازن، بسیار ساده است. به‌طورکلی اجزای موردنیاز برای طراحی یک پری آمپلی‌فایر عبارت‌اند از: مقاومت‌هایی مانند R1-22K، R2-220Ohms، R3-100K، R4-4K7 و R5-1K. خازن‌هایی مانند C1-1uF/25V و C2-10uF/25V  و همچنین، دو ترانزیستور BC547 به‌عنوان T1 و T2.

طراحی مدار پری آمپلی‌فایر فوق بسیار ساده است. در این دستگاه از دو ترانزیستور استفاده شده که آن‌ها از طریق یک حلقه فیدبک، سیگنال‌ها را تقویت می‌کنند. این مدار پری آمپلی‌فایر ساده به کاربر اجازه می‌دهد تا فرکانس‌های پایین را تقویت کند تا آن‌ها بتوانند در آمپلی‌فایرهای بزرگ مورداستفاده قرار گیرند. در گذشته، از این مدار ساده در ضبط‌های پخش‌کننده نوار کاست برای تقویت سیگنال‌های ضعیف استفاده می‌شد.

انواع پری آمپلی‌فایر

پری آمپلی‌فایرها انواع مختلفی دارند. از جمله مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از: حساس به جریان (current sensitive) ، ظرفیت خازنی پارازیتی (parasitic capacitance) و حساس به شارژ (charge sensitive) که در ادامه به توضیح هر یک می‌پردازیم:

• پری آمپلی‌فایر حساس به جریان

در این نوع آمپلی‌فایر، از ترانزیستور برای تقویت سیگنال صوتی استفاده می‌شود. همچنین، باوجوداینکه این آمپلی‌فایر با امپدانس مشکل دارد، اما باز هم کنترل سیگنال‌ها در آن سریع است. علاوه بر این موارد، باید به این نکته اشاره کرد که این آمپلی‌فایرها نمی‌توانند در فرکانس‌های پایین به‌خوبی عمل کنند. پری آمپلی‌فایر حساس به جریان، در آمپلی‌فایرهای قدیمی لوله خلأ کاربرد داشته است. صدای تولید شده توسط این آمپلی‌فایر به دلیل اعوجاجی که می‌تواند ایجاد کند، طبیعی نیست. همچنین، آنها به دلیل توانایی بالایشان در تقویت سیگنال‌ها، به طور گسترده در بخش سیستم‌های گیرنده داده حوزه الکترونیک کاربرد دارند. بهینه‌سازی رزولوشن انرژی در این آمپلی‌فایرها به پارامترهای مختلفی مانند نویز کم، پهنای باند، گین و… بستگی دارد.

• پری آمپلی‌فایر ظرفیت خازنی پارازیتی

در این نوع پری آمپلی‌فایرها از لوله‌های خلأ استفاده می‌شود. همچنین، آن‌ها در فرکانس‌های پایین بسیار کارآمد هستند؛ البته سرعت آن‌ها در مقایسه با پری آمپلی‌فایرهای حساس به جریان کندتر است. به‌طورکلی پری آمپلی‌فایرهای ظرفیت خازنی پارازیتی اغلب در دستگاه‌های صوتی خانگی استفاده می‌شوند. این آمپلی‌فایرها صدایی طبیعی دارند که موزیکال و گرم است، اما قیمت آن‌ها در مقایسه با سایر پری آمپلی‌فایرها گران است.

پری آمپلی‌فایر ظرفیت خازنی پارازیتی، امپدانس ورودی بالایی دارد؛ بنابراین، پالس جریان تولید شده از طریق دتکتور به خازن پارازیتی موجود در خروجی دتکتور و ورودی پری آمپلی‌فایر وارد می‌شود؛ بنابراین این خازن معمولاً ترکیبی بین 10 تا 50 pF است. به‌علاوه، در این آمپلی‌فایرها از دتکتورهای نیمه‌هادی استفاده نمی‌شود. از جمله نمونه‌هایی از پری آمپلی‌فایر ظرفیت خازنی پارازیتی می‌توان به آمپلی‌فایر ORTEC مدل 113 اشاره کرد.

• پری آمپلی‌فایر حساس به شارژ

پری آمپلی‌فایرهای حساس به شارژ از ترانزیستورها برای تقویت ولتاژ سیگنال صوتی استفاده می‌کنند. این آمپلی‌فایرها در هنگام کنترل سیگنال‌ها بسیار سریع عمل می‌کنند، اما در امپدانس با مشکلاتی روبه‌رو هستند. به‌طورکلی این نوع آمپلی‌فایر در فرکانس‌های پایین بسیار کارآمد است. پری آمپلی‌فایرهای حساس به شارژ در تجهیزات و سیستم‌های صوتی خانگی کاربرد دارند. همچنین، قیمت این پری آمپلی‌فایرها گران است و صدایی معمولی تولید می‌کنند.

علاوه بر این، پری آمپلی‌فایرها را می‌توان به دو شکل دیگر نیز در بازار یافت که عبارت‌اند از:

۱. پری آمپلی‌فایر اکتیو (Active Preamplifier)

۲. پری آمپلی‌فایر پسیو (Passive Preamplifier)

پری آمپلی‌فایر اکتیو با اتصال به برق تغذیه می‌شود و می‌تواند از این راه انرژی الکتریکی موردنیاز لوازم صوتی را نیز تأمین کند، درحالی‌که پری آمپلی‌فایر پسیو فاقد منبع تغذیه است و به منبع تغذیه خارجی نیاز دارد. قابل‌ذکر است که عملکرد پری آمپلی‌فایر پسیو فقط تقویت صدا است.

همچنین، می‌توان پری آمپلی‌فایرها را از نظر ظاهری به سه نوع اصلی زیر تقسیم کرد:

۱. تیوبی (لوله‌ای)

۲. حالت جامد

۳. ترکیبی (هیبریدی)

• پری آمپلی‌فایرهای تیوبی به دلیل صدای گرم خود شناخته شده‌اند. همچنین، آن‌ها قادر به افزودن رنگ به سیگنال‌ها و افزایش سطح سیگنال هستند. آن‌ها اغلب سطوح بالاتری از نویز دارند و نیاز به نگهداری زیادی دارند.
• پری آمپلی‌فایرهای حالت جامد به دلیل صدای شفاف‌تر، عملکرد کم نویز و ساختار قوی‌شان شناخته می‌شوند. این نوع پری آمپلی‌فایر می‌تواند طیف وسیعی از سطوح ورودی را بدون اعوجاج زیاد کنترل کند.
• پری آمپلی‌فایرهای هیبریدی بهترین ویژگی‌های دو نوع قبلی را با هم ترکیب می‌کنند. این پری آمپلی‌فایرها معمولاً گران‌قیمت‌تر هستند.

اهمیت پری آمپلی‌فایر

پری آمپلی‌فایرها اهمیت بسیاری زیادی دارند که از مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• پری آمپلی‌فایر کنترل زیادی بر کیفیت صدای دستگاه‌های صوتی دارد. پری آمپلی‌فایرهای با کیفیت بالا، در مقایسه با پری آمپلی‌فایرهای کیفیت پایین، صدای بهتری تولید می‌کنند.
• در واقع، پری آمپلی‌فایر اولین آمپلی‌فایر در یک زنجیره صوتی است. این دستگاه با تقویت سیگنال‌ها صدایی با کیفیت خوب تولید می‌کند.
• این آمپلی‌فایر، مشخصه‌های سیگنال صوتی خاصی را تغییر می‌دهد. همچنین، می‌تواند قبل از پردازش سایر اجزاء، صدا را افزایش یا کاهش دهد.

مزایای پری آمپلی‌فایر چیست؟

از مهم‌ترین مزایای پری آمپلی‌فایر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پری آمپلی‌فایرها پهنای باند بالایی دارند.
• سطح نویز این آمپلی‌فایر کم است.
• گستره دینامیکی آن بالا است.
• گین بالایی دارد.
• نصب و عیب‌یابی آن بسیار آسان است.
• از طریق پری آمپلی‌فایر به‌راحتی می‌توان سیگنال‌های صوتی ولتاژ پایین را تبدیل کرد.
• به راحتی در دسترس هستند.
• ارزان‌قیمت هستند.
• به‌طورکلی پری آمپلی‌فایرها به تقویت سیگنال میکروفون‌ها کمک می‌کنند.
• این آمپلی‌فایرها دارای امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی کم هستند.
• دارای گین پایدار و ماهیت خطی هستند.

معایب پری آمپلی‌فایر چیست؟

به‌طورکلی پری آمپلی‌فایرها دارای برخی ایرادات و معایبی هستند که از جمله آن‌ها عبارت‌اند از:

• اجازه کنترل بیش از حد را نمی‌دهند.
• تعداد محدودی ورودی و خروجی دارند.
• وزن آن‌ها کمی سنگین است.

کاربردهای پری آمپلی‌فایر

کاربردهای اصلی پری آمپلی‌فایر شامل موارد زیر است:

• از پری آمپلی‌فایر برای تبدیل سیگنال کم ولتاژ و امپدانس بالا به سیگنال ولتاژ بالا و امپدانس پایین استفاده می‌شود.
• این آمپلی‌فایر برای تقویت سیگنال‌های الکترونیکی با افزایش نسبت S/N کاربرد دارد.
• به‌طورکلی پری آمپلی‌فایرها در مواردی قابل‌استفاده هستند که سیگنال ورودی بسیار ضعیف است و پاور آمپلی‌فایر قادر به شناسایی این سیگنال ضعیف نیست.
• یک پری آمپلی‌فایر اغلب برای صداهای با کیفیت بالا کاربرد دارد.
• این آمپلی‌فایر امکان یکنواخت‌سازی RIAA را برای ضبط و پخش رکوردهای گرامافون فراهم می‌کند.
• پری آمپلی‌فایر در سینمای خانگی برای پشتیبانی از کانال‌های صوتی مختلف قابل‌اجرا است.
• در هر سیستم صوتی، پری آمپلی‌فایر سیگنال صوتی ورودی را جهت تقویت برای مرحله بعدی آماده می‌کند.
• این آمپلی‌فایرها در انتهای گیرنده سیستم ارتباطی برای حذف نویز و تداخل سیگنال‌های دریافتی استفاده می‌شوند.
• پری آمپلی‌فایرها با ترنسدیوسرها و سنسورهای آنالوگ مانند سنسورهای میکروفون برای افزایش خروجی استفاده می‌شوند.
• همچنین، آن‌ها در برخی از دستگاه‌ها مانند کارت‌های صدا، میکسرهای دی جی و غیره کاربرد دارند.

برای انتخاب پری آمپلی‌فایر به چه نکاتی باید توجه کرد؟

در انتخاب و خربد پری آمپلی‌فایر باید به نکات زیر توجه کرد:

• به دنبال واحدی با سطح نویز و اعوجاج کم باشید.
• انواع اتصالات ورودی و خروجی موجود را در نظر بگیرید.
• توان خروجی پری آمپلی‌فایرهای مختلف را مقایسه کنید.
• تعیین کنید که آیا پری آمپلی‌فایر دارای ویژگی‌های موردنیاز شما مانند کنترل صدا، جبران بلندی صدا یا پردازش صدای فراگیر است یا خیر.
• هنگام انتخاب، اندازه و وزن دستگاه را در نظر بگیرید.
• گارانتی و دردسترس‌بودن خدمات مشتری را بررسی کنید.

جمع‌بندی

در این مقاله سیسوگ سعی کردیم به بررسی کامل دستگاه پری آمپلی‌فایر بپردازیم. در این راستا، به بیان تعریف، اجزای اصلی، وظایف، طریقه ساخت، انواع، مزایا و معایب و کاربردهای این آمپلی‌فایر پرداختیم. همچنین، در یک جدول، تفاوت‌های مهم گیرنده، آمپلی‌فایر و پری آمپلی‌فایر را بررسی کردیم. همان‌طور که اشاره شد، یک پری آمپلی‌فایر سیگنال‌های ضعیف را تقویت می‌کند. همچنین، می‌تواند سیگنال را از دتکتور بدون کاهش نسبت S/N حذف کند.

 امیدوارم این مطلب برای شما همراهان عزیز سیسوگ مفید واقع شده باشد.