मल्टीस्टेज एम्पलीफायर

2-स्टेज कैस्केड एम्पलीफायर का सरलीकृत आरेख

मल्टीस्टेज एम्पलीफायर एक इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर है जिसमें दो या दो से अधिक सिंगल-स्टेज एम्पलीफायर एक साथ जुड़े होते हैं। इस संदर्भ में, एक एकल चरण एक एम्पलीफायर है जिसमें केवल एक ट्रांजिस्टर (कभी-कभी ट्रांजिस्टर की एक जोड़ी) या अन्य सक्रिय उपकरण होता है। एकाधिक 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 मापदंडों के अधिक वांछनीय मान प्राप्त करना संभव है।

कनेक्शन योजनाएँ

सबसे सरल, और सबसे आम, कनेक्शन योजना एक कैस्केड एम्पलीफायर बनाने वाले समान, या समान, चरणों का एक कैस्केड 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 उत्सर्जक विन्यास में द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) या एक सामान्य स्रोत विन्यास में क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एफईटी) होते हैं। ऐसे कुछ एप्लिकेशन हैं जहां सामान्य आधार कॉन्फ़िगरेशन को प्राथमिकता दी जाती है। सामान्य आधार में उच्च वोल्टेज लाभ होता है लेकिन कोई धारा लाभ नहीं होता है। इसका उपयोग यूएचएफ टेलीविजन और रेडियो रिसीवर में किया जाता है क्योंकि इसका कम इनपुट प्रतिरोध सामान्य एमिटर की तुलना में एंटेना से मेल खाना आसान होता है। जिन एम्पलीफायरों में एक विभेदक इनपुट होता है और एक विभेदक सिग्नल आउटपुट करने के लिए आवश्यक होता है, चरण अलग-अलग एम्पलीफायर जैसे लंबी-पूंछ वाले जोड़े होने चाहिए। इन चरणों में अंतर सिग्नलिंग से निपटने के लिए 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 विशेषताएं कई अलग-अलग मापदंडों, जैसे लाभ, इनपुट प्रतिरोध और आउटपुट प्रतिरोध के लिए एकल-चरण से अधिक होती हैं। अंतिम चरण बफ़र एम्पलीफायर के रूप में कार्य करने के लिए एक सामान्य कलेक्टर कॉन्फ़िगरेशन हो सकता है। सामान्य संग्राहक चरणों में कोई वोल्टेज लाभ नहीं होता है बल्कि उच्च धारा लाभ और कम आउटपुट प्रतिरोध होता है। इस प्रकार विद्युत भार एम्पलीफायर के प्रदर्शन को प्रभावित किए बिना उच्च धारा खींच सकता है। एक कैस्कोड कनेक्शन (सामान्य उत्सर्जक चरण के बाद सामान्य आधार चरण) कभी-कभी पाया जाता है। ऑडियो पावर एम्पलीफायरों में आम तौर पर अंतिम चरण के रूप में एक पुश-पुल आउटपुट होगा।

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

एम्पलीफायर पर समग्र नकारात्मक प्रतिक्रिया लागू हो सकती है। इससे वोल्टेज लाभ कम हो जाता है लेकिन इसके कई वांछनीय प्रभाव होते हैं; इनपुट प्रतिरोध बढ़ जाता है, आउटपुट प्रतिरोध कम हो जाता है, और बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) बढ़ जाता है।

कुल लाभ

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

मल्टीस्टेज एम्पलीफायर का समग्र लाभ व्यक्तिगत चरणों के लाभ का उत्पाद है (संभावित लोडिंग प्रभावों की अनदेखी):

लाभ (ए) = ए₁* ए₂*ए₃ *ए₄ *... *ए_n.

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

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

अंतर-चरण युग्मन

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

जहां डीसी प्रवर्धन की आवश्यकता नहीं है, वहां एक सामान्य विकल्प आरसी युग्मन है। इस योजना में एक संधारित्र चरण आउटपुट और इनपुट के बीच श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। चूंकि समाई डीसी को पास नहीं करेगा इसलिए स्टेज बायस इंटरैक्ट नहीं कर पाएंगे। कोई इनपुट न होने पर एम्पलीफायर का आउटपुट शून्य से नहीं बहेगा। संधारित्र की धारिता (सी) और चरणों के इनपुट और आउटपुट प्रतिरोध एक आरसी सर्किट बनाते हैं। यह एक क्रूड उच्च पास फिल्टर के रूप में कार्य करता है। संधारित्र का मान इतना बड़ा बनाया जाना चाहिए कि यह फ़िल्टर ब्याज की न्यूनतम आवृत्ति को पार कर सके। 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 चरणों के बीच डीसी को अलग करता है। हालाँकि, ट्रांसफॉर्मर भारी होते हैं और कैपेसिटर की तुलना में बहुत अधिक महंगे होते हैं इसलिए इनका उपयोग कम किया जाता है। ट्यून किए गए एम्पलीफायरों में ट्रांसफार्मर युग्मन अपने आप आ जाता है। ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स का प्रेरण एलसी सर्किट के प्रारंभकर्ता के रूप में कार्य करता है। यदि ट्रांसफार्मर के दोनों किनारों को ट्यून किया जाता है तो इसे [[डबल-ट्यून्ड एम्पलीफायर]] कहा जाता है। कंपित ट्यूनिंग वह है जहां लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) की कीमत पर बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) में सुधार करने 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। इनमें चरणों के बीच पूर्ण विद्युत अलगाव प्रदान करने का लाभ है, इसलिए डीसी अलगाव प्रदान करता है और चरणों के बीच बातचीत से बचाता है। कभी-कभी विद्युत सुरक्षा कारणों से ऑप्टिकल आइसोलेशन किया जाता है। इसका उपयोग बलून ट्रांज़िशन प्रदान करने के लिए भी किया जा सकता है।