Preamp hoạt động như thế nào? (phần 1)

Trong kỳ này, chúng ta sẽ tìm hiểu qua về hoạt động bên trong chiếc preamp, từ khâu nhận tín hiệu, chỉnh âm lượng cho đến xuất tín hiệu sang power-amp.

Một preamp sẽ chứa nhiều tầng khác nhau. Mỗi tầng là một mạch điện với những vai trò cụ thể, chúng ta có thể hình dung các tầng này giống như một ngôi nhà trong một cụm dân cư – tức toàn bộ chiếc preamp.

Tầng đầu vào của preamp là mạch điện đầu tiên xuất hiện trong đường tín hiệu. Tầng này đóng vai trò là bộ đệm (buffer) giữa mạch bên trong preamp với các thiết bị phối ghép cùng. Vì lý do đó, tầng đầu vào thường có trở kháng cao để thiết bị nguồn phát dễ phối ghép cùng, đồng thời trở kháng đầu sang tầng preamp tiếp theo sẽ khá thấp. Trong kỹ thuật điện, trở kháng là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của một mạch điện khi có hiệu điện thế đặt vào. Có thể nhiều người sẽ nghĩ rằng trở kháng dòng điện càng cao, preamp sẽ càng khiến cho thiết bị nguồn phát phải hoạt động mạnh hơn. Tuy nhiên, điều ngược lại mới là điều chuẩn nhất. Trở kháng đầu vào của preamp càng cao, lượng dòng điện mà thiết bị nguồn phát truyền tải càng ít.

Hãy thử tưởng tượng hình ảnh ống nước nối vào vòi. Áp lực nước chính là điện áp từ thiết bị nguồn. Ống nước là dây nối từ nguồn đến preamp. Ngón tay ấn vào vòi nước để chăn nước chảy ra giống như trở kháng đầu vào. Càng chặn mạnh ống nước, lực ngăn cản nước chảy ra từ vòi (trở kháng) càng lớn. Nếu để nước chảy tự do (trở kháng đầu vào thấp), áp lực nước sẽ giảm vì lượng nước không còn nhiều nữa. Trong hệ thống audio, một vài nguồn phát digital với dòng điện đầu ra hạn chế sẽ xuất hiện méo tiếng (hoặc âm bass yếu) khi phải phối ghép với một preamp có trở kháng đầu vào thấp. Cũng vẫn giữ nguyên nguồn phát đó, khi phối ghép cùng preamp có trở kháng đầu vào cao thì lại rất ổn.

Tầng mạch tiếp theo trong preamp sẽ cung cấp độ lợi, từ đó khuếch đại cho tín hiệu đầu vào. Đây thực chất là nơi preamp thực hiện tăng cường tín hiệu, dù rằng ở tầng đầu vào cũng đã có một lượng độ lợi nhất định. Tầng cuối cùng trong preamp là tầng đầu ra. Khối mạch này sẽ đóng vai trò làm bộ đệm giữa tầng độ lợi và power-amp phối ghép cùng preamp. Tầng đầu ra có trở kháng đầu vào cao, trở kháng đầu ra thấp và được thiết kế để nối với mạch đầu vào của power-amp thông qua dây interconnect. Khối mạch này được thể hiện qua đồ hình dưới đây. Mỗi tầng mạch có thể được làm bằng linh kiện bán dẫn, đèn điện tử chân không, mạch tích hợp (op-amp) hay kết hợp giữa các linh kiện kể trên.

so do don gian cua preamp

Sơ đồ đơn giản của preamp. Từ trái sang, trên xuống: tầng đầu vào, tầng độ lợi, tầng đầu ra, mạch nguồn.

Preamp cũng sẽ có switch để lựa chọn thiết bị nguồn phát cần được sử dụng. Switch này có thể là một loạt các rơ-le được kiểm soát bằng mạch điện, hoặc đơn giản chỉ là một núm xoay cơ học. Bên cạnh đó, việc điều chỉnh âm lượng cũng là một vai trò quan trọng của preamp. Một số thiết bị sẽ sử dụng chiết áp (potentiometer) – một loại điện trở liên tục đa giá trị, với cấu tạo sử dụng con chạy (wiper) gắn vào núm chỉnh âm lượng của preamp và di chuyển thành hình vòng cung quanh điện trở. Đối với những preamp sử dụng điều khiển, chiết áp này sẽ được chỉnh bằng motor. Một phương pháp khác là sử dụng chip mạch tích hợp để điều khiển tín hiệu analog bằng mã lệnh digital. Hệ điều khiển âm lượng của preamp ở mặt trước máy (cùng với điều khiến từ xa) sẽ gửi mã lệnh digital tới chip lựa chọn điện trở trên thang điện trở của mạch audio. Giá trị điện trở sẽ quyết định lượng suy hao. Bộ suy hao (attenuator) điều khiển bằng chip sẽ cung cấp các bước độ lợi thay vì điều chỉnh với giá trị liên tục. Các bước này thường có giá trị nửa dB trong phạm vi thường được sử dụng, và cao nhất có thể lên đến 3dB.

Phương pháp này có một ưu điểm, đó là bộ suy hao theo bước được làm từ các điện trở rời thay vì ghép chung các điện trở vào một chip. Điện trở rời có thể chuyển trực tiếp vào mạch nhờ núm xoay chỉnh âm lượng, hoặc bằng các transistor bên ngoài đường tín hiệu. Ở trường hợp thứ hai, mạch chỉnh âm lượng thực ra chỉ là bộ mã hóa quang điều khiển xem sò FET nào và điện trở nào sẽ nằm trong mạch tín hiệu audio.

cau tao preamp

Hình ở trên là ảnh chụp bên trong một preamp cao cấp sử dụng chiết áp dùng điện trở rời. Lưu ý rằng chiết áp có bốn đĩa xoay nối với núm chỉnh âm lượng thay vì chỉ có hai. Điều này là do preamp được thiết kế mạch cân bằng toàn phần (sẽ được giải thích kỹ hơn ở kỳ sau). Một kỹ thuật khác ít được sử dụng hơn là dùng biến thế với nhiều chỉnh áp thứ cấp. Nhiệm vụ của mạch chỉnh âm lượng là lựa chọn chỉnh áp của biến thế.

(Hết kỳ 1)

Preamp hoạt động như thế nào? (phần 2)
Bạn có thể tham khảo sản phẩm khác tại đây

Giới thiệu dòng loa Pylon Audio Sapphire

Bách Diệp