在音频设备中，以标准电平（称为“线路电平”）进行大部分信号处理很有用。这包括混合、均衡、压缩等。

某些信号源（麦克风、吉他拾音器等）本身不会产生线路电平输出，因此使用前置放大器将信号提升到该电平。一些信号源（电唱机）不仅需要增强，还需要特殊的均衡以使频率响应变平。

然后，在完成所有信号处理之后，使用第二个“功率”放大器来驱动扬声器。

这种模块化允许信号源、处理阶段和不同类型的扬声器自由混合和匹配。

快速而肮脏的答案：

缓冲是原因之一。事物之间的互连可能具有大量电容，并且需要大量（相对）电流来驱动。

抗噪性是另一个问题。考虑一下这种情况：通过一根电线发送一个信号，它会拾取 10mV 噪声，然后将其放大 100 倍：总噪声，1000mV。但是，如果您将其放大 10 倍，然后通过电线将其发送到 10 mV 噪声，然后再放大 10 倍，您的总信号放大仍然是 100 倍，但您的总噪声只有 100 mV。

总结：从功率放大器反馈到前置放大器的输入级会导致ECHOS降低仪器在您的 ADC 中的稳定性，或者您的耳朵将无法享受音乐。所以我们在物理上分离了这些功能。

将前置放大器和功率放大器分开的一个主要原因是接地电流和磁耦合。[有一个数字示例，在 20KHz 和 6 安培到扬声器，在这个答案的结尾，前置放大器距离功率放大器只有 10 厘米]

假设您在同一块 PCB上构建了前置放大器和功率放大器。为什么不？

一些扬声器电流将在GROUND上四处流动，并最终与输入信号结合。

为了最大限度地减少这种“组合”，使 PCB 又长又薄，使 PowerAmp 接地远离前置放大器接地。

如何改进这一点？在前置放大器和功率放大器之间使用细长的区域。

在极端情况下，同轴电缆提供了一个细长的区域，以确保输入和输出电流的组合非常小。

例如： 为什么JFET优于MOSFET，或者为什么仍然使用JFET？

考虑到来自黑胶唱片动磁式磁带的低毫伏信号，甚至是来自动圈式磁带的 0.5 毫伏信号，放大到接近 100 伏的音频输出，整个系统需要约 100,000:1 的隔离。甚至这种隔离也只能提供 UNITY 的信噪比，几乎不能防止振荡；对于 80dB 的信号反馈比，隔离度需要再提高 10,000:1 到十亿分之一。

^{模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图}

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（磁场）串扰/反馈有多严重？假设输出电流在 20,000Hz 时为 6 安培峰值。dI/dT 为 6* d(sin(2 pi 20,000时间))/dT = 6 * 2 pi 20,000 cos(2 pi 20000*T)

或 dI/dT = 700,000 安培/秒。

假设前置放大器输入（记住来自唱头的 1 毫伏信号，并且您需要至少 10,000:1 的 SNR 或音调反馈，因此 0.1 微伏反馈是所需的底限）距离扬声器输出 0.1 米。

V_magnetic_induce = (2.0e-7 * 面积/距离) * dI/dT

我们假设输入环路面积（信号对地）为 1cm x 4cm。

现在运行数学；请记住，我们需要小于0.1 微伏的反馈。

Vinduce*** = 2e-7Henry/meter * (受害环面积=1cm * 4cm)/10cm * 700,000

Vinduce = 2e-7 * 0.0004 米/0.1 米 * 700,000

Vinduce = 2e-7 * 0.004 * 7e+5

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e+7 = 56 e-3 = 56 毫伏。[错误的！数学错误]

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e+5 = 56e-5 = 560e-6 = 0.56 毫伏[曾是 7e-5; 更正为 7e+5]

由前置放大器附近的功率放大器引起的磁反馈比“干净”音乐所能承受的强 0.56mV / 0.1 微伏或 5,600 倍。（一些论文说耳朵的耳蜗可以听到 -106dBc，这表明需要另外 20 倍的清洁度）

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设计师如何提高这些系统的保真度？钢壳中的金属板；输出信号的双绞线（使用编织多线扬声器电缆）和电源线电缆连接到盒子；PCB 布局将信号路由到紧邻返回；避免信号/接地线松动的同轴电缆，而是使用插入 PCB 的插头来最小化信号和接地电流的分离；功率放大器中的大型电荷储存器，放置在扬声器输出端子附近，以实现最小面积的发射器回路（示例中使用的长直线模型只是真实世界输出+返回电流运动的一部分）；使用电感器和整流二极管的电源，以减缓二极管浪涌并避免脉冲（快速边缘）120Hz 功率流的邪恶“歌唱”声音。

*** Vinduce 使用带有 dI/dT 的长直导线与受扰/接收电路的矩形环路之间耦合的非自然对数近似。该方程结合了法拉第感应定律和 Biot-Savart 定律，为

Vinduce = [MU0 * MUr * LoopArea/(2 * pi * Distance_wire_to_Loop)] * dI/dT

我们忽略了需要自然对数的二阶效应。

这也假设了电线和环路之间的最坏情况耦合。因此，导线位于环的平面内。这个方程的奇妙之处在于发现了三个自由度（实际上是 4：场强，由趋肤深度控制，因此前置放大器底盘需要钢）。自由度为

(1) 导线与环之间的方位

(2) 环路区域，因此使用双绞线或仔细的 PCB 布局或同轴电缆

(3) PowerAmp/PA_powersupply/Preamp_powersupply 与实际前置放大器和/或其输入同轴电缆之间的更多分离。

(4) 'dI/dT'，告诉我们 (a) 过滤干扰上升时间，或 (b) 降低主电流强度，或 (c) 使用铜板或铁或钢片，以大大降低音频信号磁场反馈；非常低的频率需要非常厚的铜（60Hz 需要 8mm 厚度）或薄的铁/钢盒。

因此，我们可以使用该公式来建议治疗方法。

最小化噪声因子，即输出的 SNR 除以输入的 SNR。理想放大器应保持 SNR 恒定，因为输入噪声被放大与输入信号相同的量。然而，真正的放大器会增加额外的噪音。噪声因子由 $$ F = 1 + \frac{N_\mathrm{additional}}{N_\mathrm{input}G}.$$ 给出

如果您级联一系列放大器，总噪声系数由 Friis 方程 $$F_\mathrm{total} = F_1 + \frac{F_2 - 1}{G_1} + \frac{F_3 - 1}{G_1 G_2} 给出+ \frac{F_4 - 1}{G_1 G_2 G_3} + \dots.$$ 其中\$F_n\$是第 n 级的噪声因子，\$G_n\$是第 n 级的增益。这是因为第一级的附加噪声被第二级和后续级放大，但第二级的附加噪声仅被第三级和后续级放大等。

如您所见，给定级的噪声因子除以所有先前级的增益乘积。所以第一阶段对于噪音来说是最重要的。这就是为什么您将低噪声前置放大器级作为信号链中的第一个组件。这种配置的另一个好处是不必担心功率放大器的噪声系数。