बहुचरण प्रवर्धक

2-स्टेज कैस्केड एम्पलीफायर का सरलीकृत आरेख

एक मल्टीस्टेज एम्पलीफायर एक इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर है जिसमें दो या दो से अधिक सिंगल-स्टेज एम्पलीफायर एक साथ जुड़े होते हैं। इस संदर्भ में, एकल चरण एक एम्पलीफायर है जिसमें केवल एक ट्रांजिस्टर (कभी-कभी ट्रांजिस्टर की एक जोड़ी) या अन्य सक्रिय उपकरण होते हैं। कई चरणों का उपयोग करने का सबसे आम कारण उन अनुप्रयोगों में एम्पलीफायर के लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) को बढ़ाना है जहां इनपुट सिग्नल बहुत छोटा है, उदाहरण के लिए रेडियो रिसीवर में। इन अनुप्रयोगों में एक ही चरण में अपने आप में अपर्याप्त लाभ होता है। कुछ डिज़ाइनों में इनपुट प्रतिरोध और आउटपुट प्रतिरोध जैसे अन्य पैरामीटरों के अधिक वांछनीय मान प्राप्त करना संभव है।

कनेक्शन योजनाएं

सबसे सरल, और सबसे आम, कनेक्शन योजना एक कैस्केड एम्पलीफायर बनाने वाले समान, या समान, चरणों का एक झरना कनेक्शन है। कैस्केड कनेक्शन में, एक चरण का आउटपुट पोर्ट (सर्किट सिद्धांत) अगले चरण के इनपुट पोर्ट से जुड़ा होता है। आमतौर पर, व्यक्तिगत चरण एक सामान्य स्रोत कॉन्फ़िगरेशन में एक सामान्य एमिटर कॉन्फ़िगरेशन या फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर (FETs) में द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs) होते हैं। कुछ एप्लिकेशन ऐसे हैं जहां सामान्य आधार कॉन्फ़िगरेशन को प्राथमिकता दी जाती है। सामान्य आधार में उच्च वोल्टेज लाभ होता है लेकिन कोई वर्तमान लाभ नहीं होता है। इसका उपयोग यूएचएफ टेलीविजन और रेडियो रिसीवर में किया जाता है क्योंकि इसका कम इनपुट प्रतिरोध सामान्य उत्सर्जक की तुलना में एंटेना से मेल खाना आसान होता है। ऐसे एम्पलीफायरों में जिनमें एक अंतर इनपुट होता है और एक अंतर सिग्नल को आउटपुट करने के लिए आवश्यक होता है, चरणों को अंतर एम्पलीफायरों जैसे लंबी-पूंछ वाले जोड़े होना चाहिए। अंतर संकेतन से निपटने के लिए इन चरणों में दो ट्रांजिस्टर होते हैं।

एक एम्पलीफायर बनाने के लिए अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन वाले विभिन्न चरणों के साथ अधिक जटिल योजनाओं का उपयोग किया जा सकता है, जिनकी विशेषताएँ कई अलग-अलग मापदंडों, जैसे लाभ, इनपुट प्रतिरोध और आउटपुट प्रतिरोध के लिए एकल-चरण से अधिक होती हैं। बफर एम्पलीफायर के रूप में कार्य करने के लिए अंतिम चरण एक सामान्य कलेक्टर कॉन्फ़िगरेशन हो सकता है। सामान्य कलेक्टर चरणों में कोई वोल्टेज लाभ नहीं होता है लेकिन उच्च वर्तमान लाभ और कम आउटपुट प्रतिरोध होता है। विद्युत भार इस प्रकार एम्पलीफायर प्रदर्शन को प्रभावित किए बिना उच्च धारा खींच सकता है। एक cascode कनेक्शन (कॉमन एमिटर स्टेज के बाद कॉमन बेस स्टेज) कभी-कभी पाया जाता है। ऑडियो पावर एम्पलीफायरों में आमतौर पर अंतिम चरण के रूप में एक पुश-पुल आउटपुट होगा।

एक डार्लिंगटन जोड़ी ट्रांजिस्टर एक उच्च वर्तमान लाभ प्राप्त करने का एक और तरीका है। इस संबंध में पहले ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक दूसरे के आधार को दोनों संग्राहकों के साथ खिलाता है। सामान्य संग्राहक चरण के विपरीत, डार्लिंगटन जोड़ी में वोल्टेज लाभ के साथ-साथ वर्तमान लाभ भी हो सकता है। एक डार्लिंगटन जोड़ी को आमतौर पर दो अलग-अलग चरणों के बजाय एकल चरण के रूप में माना जाता है। यह उसी तरह से जुड़ा हुआ है जैसे एक सिंगल ट्रांजिस्टर होगा, और अक्सर इसे एक डिवाइस के रूप में पैक किया जाता है।

एम्पलीफायर पर समग्र नकारात्मक प्रतिक्रिया लागू की जा सकती है। यह वोल्टेज लाभ को कम करता है लेकिन इसके कई वांछनीय प्रभाव होते हैं; इनपुट प्रतिरोध बढ़ाया जाता है, आउटपुट प्रतिरोध घटाया जाता है, और बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) बढ़ाया जाता है।

कुल लाभ

कैस्केड चरणों के लाभ की गणना करने में जटिलता लोडिंग के कारण चरणों के बीच गैर-आदर्श युग्मन है। दो कैस्केडेड कॉमन एमिटर स्टेज दिखाए गए हैं। क्योंकि दूसरे चरण का इनपुट प्रतिरोध पहले चरण के आउटपुट प्रतिरोध के साथ एक वोल्टेज विभक्त बनाता है, कुल लाभ व्यक्तिगत (पृथक) चरणों का उत्पाद नहीं है।

मल्टीस्टेज एम्पलीफायर का समग्र लाभ व्यक्तिगत चरणों के लाभ का उत्पाद है (संभावित लोडिंग प्रभावों को अनदेखा कर रहा है):

लाभ (ए) = ए₁* ए₂*ए₃ *ए₄ *... *ए_n.

वैकल्पिक रूप से, यदि प्रत्येक एम्पलीफायर चरण का लाभ डेसिबल (डीबी) में व्यक्त किया जाता है, तो कुल लाभ व्यक्तिगत चरणों के लाभ का योग होता है:

डीबी में लाभ (ए) = ए₁ + ए₂ + ए₃ + ए₄ + ... ए_n

इंटर-स्टेज कपलिंग

एम्पलीफायर चरणों को एक साथ जोड़ने की विधि के लिए कई विकल्प हैं। प्रत्यक्ष-युग्मित एम्पलीफायर में, जैसा कि नाम से पता चलता है, चरणों को एक चरण के आउटपुट और अगले चरण के इनपुट के बीच सरल कंडक्टर से जोड़ा जाता है। यह आवश्यक है जहां डीसी पर काम करने के लिए एम्पलीफायर की आवश्यकता होती है, जैसे इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायरों में, लेकिन कई कमियां हैं। सीधा कनेक्शन आसन्न चरणों के बयाझिंग सर्किट को एक दूसरे के साथ बातचीत करने का कारण बनता है। यह डिजाइन को जटिल बनाता है और अन्य एम्पलीफायर मापदंडों पर समझौता करता है। डीसी एम्पलीफायर भी बहाव (दूरसंचार) के अधीन हैं, जिन्हें सावधानीपूर्वक समायोजन और उच्च स्थिरता वाले घटकों की आवश्यकता होती है।

जहां डीसी प्रवर्धन की आवश्यकता नहीं है, एक सामान्य विकल्प आरसी कपलिंग है। इस योजना में चरण आउटपुट और इनपुट के बीच श्रृंखला में एक संधारित्र जुड़ा हुआ है। चूंकि कैपेसिटर डीसी पास नहीं करेगा इसलिए स्टेज बायसेस इंटरैक्ट नहीं कर सकता है। कोई इनपुट न होने पर एम्पलीफायर का आउटपुट शून्य से बहाव नहीं होगा। कैपेसिटर की समाई (सी) और चरणों के इनपुट और आउटपुट प्रतिरोध एक आरसी सर्किट बनाते हैं। यह क्रूड उच्च पास फिल्टर के रूप में कार्य करता है। कैपेसिटर वैल्यू को इतना बड़ा बनाया जाना चाहिए कि यह फिल्टर ब्याज की सबसे कम आवृत्ति से गुजरे। ऑडियो एम्पलीफायरों के लिए, यह मान अपेक्षाकृत बड़ा हो सकता है, लेकिन आकाशवाणी आवृति पर यह समग्र एम्पलीफायर की तुलना में नगण्य लागत का एक छोटा घटक है।

ट्रांसफार्मर कपलिंग एक वैकल्पिक एसी कपलिंग है। आरसी कपलिंग की तरह, यह डीसी को चरणों के बीच अलग करता है। हालांकि, ट्रांसफॉर्मर अधिक भारी होते हैं और कैपेसिटर की तुलना में बहुत अधिक महंगे होते हैं, इसलिए इसका उपयोग कम बार किया जाता है। ट्यून किए गए एम्पलीफायरों में ट्रांसफार्मर युग्मन अपने आप में आता है। ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग का इंडक्शन एक एलसी सर्किट के प्रारंभ करनेवाला के रूप में कार्य करता है। यदि ट्रांसफॉर्मर के दोनों किनारों को ट्यून किया जाता है तो इसे डबल-ट्यून एम्पलीफायर कहा जाता है। कंपित ट्यूनिंग वह है जहां गेन (इलेक्ट्रॉनिक्स) की कीमत पर बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) में सुधार के लिए प्रत्येक चरण को एक अलग आवृत्ति पर ट्यून किया जाता है।

चरणों के बीच ऑप्टो आइसोलेटर ्स का उपयोग करके ऑप्टिकल युग्मन प्राप्त किया जाता है। इन्हें चरणों के बीच पूर्ण विद्युत अलगाव प्रदान करने का लाभ है, इसलिए डीसी अलगाव प्रदान करता है और चरणों के बीच बातचीत से बचा जाता है। विद्युत सुरक्षा कारणों से कभी-कभी ऑप्टिकल अलगाव किया जाता है। इसका उपयोग balun संक्रमण प्रदान करने के लिए भी किया जा सकता है।