Multiple Stage Amplifier

Dalam banyak aplikasi, salah satu tahap DC amplifikasi tidak cukup dan diperlukan dua atau lebih tahapan DC Amp yang dihubungkan bersama-sama juga membentuk Multiple stage Amplifier yang dapat memberikan keuntungan jauh lebih tinggi secara keseluruhan. Namun, ini harus dilakukan dengan cara yang akan memungkinkan kedua dc dan ac sinyal untuk melewati tahap penyambungan ke berikutnya. Tahap ini  juga harus berkaitan dengan cara yang akan mencegah satu tahap dari mempengaruhi operasi berikutnya. Berbagai teknik seperti dijelaskan di bawah, dapat digunakan untuk beberapa tahap amplifier dc ini

Gambar 2-2 menunjukkan penguat dua tahap sederhana dengan output dari satu tahap digabungkan directly ke input berikutnya. Perhatikan bahwa resistor R1 melalui R4 dan transistor Q1 membentuk tahap penguatan pertama, yang identik dengan rangkaian penguat pada gambar 2-1. Tahap kedua terdiri dari transistor Q2 dan resistor R5 dan R6. Sebuah pembagi tegangan (R1 dan R2) digunakan dengan tahap pertama, tetapi rangkaian pengaturan serupa tidak diperlukan untuk tahap kedua, karena base dari Q2 disambungkan langsung ke kolektor dari Q1.

Input (DC atau AC) sinyal diperkuat oleh tahap pertama dan muncul sebagai sinyal yang jauh lebih besar pada kolektor Q1. Hal ini kemudian diteruskan ke base Q2 untuk lebih diperkuat. Gain tegangan keseluruhan dari penguat adalah sama dengan produk dari gain tegangan Q1 dan Q2 gain tegangan. Misalnya, jika Q1 memiliki gain tegangan dari 10 dan Q2 memiliki gain tegangan dari 10., gain tegangan keseluruhan akan 100. Juga, karena setiap tahap adalah penguat common-emmitter. Hal ini menghasilkan pergeseran fasa tegangan dari 180 derajat. Ini berarti bahwa pergeseran fasa total 360 derajat, yang nilainya sama dengan 0 derajat. Oleh karena itu, sinyal output dari Q2 diperkuat di fase dengan sinyal input pada base Q1.

Meskipun langsung digabungkan amplfier seperti yang ada di gambar 2-2 dapat memberikan keuntungan, rangkaian ini sulit untuk mendapatkan tegangan bias cocok untuk kedua transistor pada saat yang sama. Dalam tahap emitor umum, tegangan yang dibutuhkan antara base transistor dan ground jauh lebih rendah dari tegangan normal yang berada antara kolektor dari transistor dan ground. Hal ini membuat sulit untuk hanya menghubungkan dasar transistor onne ke kolektor lain. Untuk melakukan ini, perlu untuk menyesuaikan tegangan bias pada tahap pertama sehingga tegangan kolektor cukup rendah untuk memberikan tegangan basis yang tepat untuk tahap kedua. Hal ini menghasilkan pengaturan i yang membutuhkan setidaknya satu dari transistor untuk beroperasi dengan efisiensi yang berkurang.

Dua stage amplifier dengan pembagi tegangan bias yang dapat ditingkatkan bersama-sama jika ada komponen disisipkan di antara kedua amplifier untuk mencegah tahap pertama mempengaruhi tahap lainnya. Salah satu metode yang digunakan untuk mencapai hal tersebut ditunjukkan pada Gambar 2-3.
 

Amplifier ini berisi dua tahap yang identik dengan tahap amplifier pada gambar 2-1. Kedua tahap yang digabungkan bersama-sama dengan resistor tetap R5, yang terhubung antara kolektor dari Q1 dan Q2 dasar. Sinyal diperkuat pada kolektor Q1 harus lulus resistor ini untuk mencapai basis Q2.

The coupling resistor (R5) harus memiliki nilai resistansi tinggi sehingga satu tahap tidak akan serius mempengaruhi operasi yang lain. Dengan kata lain, ketika dua stages bergabung dengan resistensi yang tinggi, mereka tegangan bias normal dan arus tidak berubah secara signifikan. Namun, perlawanan kopling tinggi menyebabkan kerugian yang signifikan dalam amplitudo sinyal antara dua stages, sehingga menyebabkan kenaikan tegangan pengurangan yang signifikan dari circuit.

Tegangan gain dari sirkuit di figur 2-3 dapat sangat meningkat jika kopling resistor diganti, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-4, dengan dioda zener. dioda ini, yang dijelaskan di bawah ini, melakukan fungsi dasar yang sama seperti resistor kopling tetapi tanpa menyebabkan kerugian yang signifikan dalam amplitudo sinyal.

Sebuah dioda zener adalah tipe khusus dari PN junction dioda yang harus subjected untuk membalikkan tegangan bias. Ketika dilewati arus dioda akan mencapai nilai yang cukup tinggi, maka dioda akan braekdown. Ini berarti bahwa resistansi dari internal dioda akan berubah sedemikian rupa bahwa tegangan balik melintasi perangkat akan tetap evn konstan meskipun  arus balik ikontinu meningkat.

Dioda zener pada gambar 2-4 terhubung dalam direction bias terbalik dan arus balik melalui itu cukup tinggi untuk membuatnya dapat beroperasi terus menerus di wilayah longsoran nya. Tegangan pada kolektor Q1 biasanya beberapa volt lebih tinggi dari tegangan di dasar Q2. Oleh karena itu, dioda zener harus dipilih yang akan menjaga tegangan yang tepat antara Q1 dan Q2.

Tegangan sinyal input diperkuat oleh tahap pertama dan muncul antara kolektor Q1 dan tanah. Sinyal diperkuat ini diterapkan di dioda zener dan R6 (dua komponen ini efektif dalam seri). Tegangan dioda ditambah tegangan R6 harus sama dengan tegangan antara kolektor Q1 dan tanah pada suatu instan. Namun, karena tegangan dioda pada dasarnya tetap konstan; tegangan hange antara kolektor Q1 dan tanah akan muncul tak berkurang di seluruh R6. Oleh karena itu, tegangan sinyal dari tahap pertama digabungkan melalui dioda zener dan dikembangkan di seluruh R6 tanpa kehilangan signifikan iin amplitudo. Tegangan ini di R6, pada gilirannya, contorls arus basis Q2 yang memberikan keuntungan tambahan.

Seperti sirkuit pada gambar 2-2, sirkuit pada gambar 2-4 memiliki gain tegangan keseluruhan yang sama dengan gain satage pertama kali gain tahap kedua. Rangkaian pada gambar 2-3 namun, memiliki gain tegangan keseluruhan yang jauh lebih rendah daripada produk dari keuntungan tahap individu. Meskipun tiga sirkuit ini hanya berisi transistor NPN, sirkuit dasar yang sama dapat dibentuk dengan transistor PNP. Namun, dengan perangkat PNP, perlu untuk membalikkan kedua dioda zener dan polaritas sourcee tegangan (Vcc).

Sebuah dua tahap DC penguat juga dapat dibentuk seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-5, dengan satu tarnsistor NPN (Q1) dan satu PNP transistor (Q2). jenis sirkuit yang biasa disebut sebagai penguat komplementer, adalah mirip dengan rangkaian angka 2-2. PNP transistor Q2 dibalik sehingga emitor yang terhubung ke R5 dan kolektor terhubung ke R6. Oleh karena itu, resitor R5 sekarang menjabat sebagai resistor emitor untuk Q2 sementara R6 digunakan sebagai beban kolektor resistor.

Seperti dengan sirkuit sebelumnya, tegangan input sinyal diperkuat muncul antara collector dari Q1 dan tanah. Namun, tegangan sinyal yang sesuai juga dikembangkan di R3, antara kolektor Q1 dan Vcc. tegangan ini, yang diterapkan secara langsung ke basis Q2 dan resistor R5 control throughQ2 arus basis, memungkinkan Q2 untuk memberikan amplifikasi tambahan. Tegangan sinyal taht muncul antara kolektor Q2 dan tanah (seluruh beban resistor R6) digunakan sebagai sinyal output.

Karena tegangan sinyal yang diterapkan pada basis Q2, dan sinyal output diperoleh dari kolektor, tahap ampifier kedua di angka 2-5 berfungsi sebagai penguat common-emitor seperti tahap pertama. Bahkan, fungsi penguat komplementer pada dasarnya adalah cara yang sama seperti rangkaian langsung digabungkan ditunjukkan pada gambar 2-2. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa Q2 adalah transistor PNP dan emitor dan kolektor lead dibalik sehingga akan bias benar.

Tahap pertama dalam rangkaian pelengkap memiliki gain tegangan yang ditentukan oleh rasio R3 ke R4 (R3 / R4), sedangkan tahap kedua memiliki gain tegangan yang sama dengan rasio dari R6 ke R5 (R6 / R5) . Gain keseluruhan dari rangkaian tersebut adalah sama dengan produk dari keuntungan tahap pertama dan kedua, seperti itu akan untuk rangkaian figure 2-2.