Amplificador multiestágio - Multistage amplifier
Um amplificador de andares múltiplos é um amplificador electrónico constituído por dois ou mais de um único estágio amplificadores ligados entre si. Nesse contexto, um único estágio é um amplificador contendo apenas um único transistor (às vezes um par de transistores) ou outro dispositivo ativo. A razão mais comum para usar vários estágios é aumentar o ganho do amplificador em aplicações onde o sinal de entrada é muito pequeno, por exemplo, em receptores de rádio . Nessas aplicações, um único estágio tem ganho insuficiente por si só. Em alguns projetos, é possível obter valores mais desejáveis de outros parâmetros, como resistência de entrada e resistência de saída .
Esquemas de conexão
O esquema de conexão mais simples e comum é uma conexão em cascata de estágios idênticos ou semelhantes, formando um amplificador em cascata . Em uma conexão em cascata, a porta de saída de um estágio é conectada à porta de entrada do próximo. Normalmente, os estágios individuais são transistores de junção bipolar (BJTs) em uma configuração de emissor comum ou transistores de efeito de campo (FETs) em uma configuração de fonte comum . Existem alguns aplicativos em que a configuração de base comum é preferida. A base comum tem ganho de alta tensão, mas nenhum ganho de corrente. É usado em receptores de televisão e rádio UHF porque sua baixa resistência de entrada é mais fácil de combinar com as antenas do que o emissor comum. Em amplificadores que possuem uma entrada diferencial e são necessários para emitir um sinal diferencial, os estágios devem ser amplificadores diferenciais , como pares de cauda longa . Esses estágios contêm dois transistores para lidar com a sinalização diferencial .
Esquemas mais complexos podem ser usados com diferentes estágios com diferentes configurações para criar um amplificador cujas características excedam as de um único estágio para vários parâmetros diferentes, como ganho, resistência de entrada e resistência de saída . O estágio final pode ser uma configuração de coletor comum para atuar como um amplificador de buffer . Os estágios de coletor comuns não têm ganho de tensão, mas alto ganho de corrente e baixa resistência de saída. A carga pode, portanto, consumir alta corrente sem afetar o desempenho do amplificador. Uma conexão cascode (estágio de emissor comum seguido de estágio de base comum) às vezes é encontrada. Amplificadores de potência de áudio normalmente terão uma saída push-pull como estágio final.
O feedback negativo geral pode ser aplicado ao amplificador. Isso reduz o ganho de tensão, mas tem vários efeitos desejáveis; a resistência de entrada é aumentada, a resistência de saída é reduzida e a largura de banda é aumentada.
Ganho geral
A complicação no cálculo do ganho dos estágios em cascata é o acoplamento não ideal entre os estágios devido ao carregamento. Dois estágios de emissor comum em cascata são mostrados. Como a resistência de entrada do segundo estágio forma um divisor de tensão com a resistência de saída do primeiro estágio, o ganho total não é o produto dos estágios individuais (separados).
O ganho geral de um amplificador de vários estágios é o produto dos ganhos dos estágios individuais (ignorando os efeitos de carregamento em potencial ):
- Ganho (A) = A 1 * A 2 * A 3 * A 4 * ... * A n .
Alternativamente, se o ganho de cada estágio do amplificador for expresso em decibéis (dB), o ganho total é a soma dos ganhos dos estágios individuais:
- Ganho em dB (A) = A 1 + A 2 + A 3 + A 4 + ... A n
Acoplamento entre estágios
Existem várias opções para o método de acoplamento dos estágios do amplificador. No amplificador de acoplamento direto , como o nome sugere, os estágios são conectados por condutores simples entre a saída de um estágio e a entrada do próximo. Isso é necessário quando o amplificador precisa trabalhar em CC, como em amplificadores de instrumentação , mas tem várias desvantagens. A conexão direta faz com que os circuitos de polarização de circuitos adjacentes interajam uns com os outros. Isso complica o design e leva a compromissos em outros parâmetros do amplificador. Os amplificadores DC também estão sujeitos a variações que requerem um ajuste cuidadoso e componentes de alta estabilidade.
Onde a amplificação DC não é necessária, uma escolha comum é o acoplamento RC . Neste esquema, um capacitor é conectado em série entre as saídas e entradas do estágio. Uma vez que o capacitor não passará CC, as polarizações de estágio não podem interagir. A saída do amplificador não se desviará de zero quando não houver entrada. A capacitância (C) do capacitor e as resistências de entrada e saída dos estágios formam um circuito RC . Isso atua como um filtro passa-alta bruto . O valor do capacitor deve ser grande o suficiente para que este filtro passe a frequência mais baixa de interesse. Para amplificadores de áudio, este valor pode ser relativamente grande, mas em frequências de rádio é um pequeno componente de custo insignificante em comparação com o amplificador geral.
O acoplamento do transformador é um acoplamento CA alternativo. Como o acoplamento RC, ele isola a CC entre os estágios. No entanto, os transformadores são mais volumosos e muito mais caros do que os capacitores, por isso são usados com menos frequência. O acoplamento do transformador é reconhecido em amplificadores sintonizados . A indutância dos enrolamentos do transformador serve como indutor de um circuito sintonizado LC . Se ambos os lados do transformador estiverem sintonizados, ele é chamado de amplificador de dupla sintonia . A sintonia escalonada é onde cada estágio é sintonizado em uma frequência diferente para melhorar a largura de banda em detrimento do ganho .
O acoplamento óptico é obtido usando opto-isoladores entre os estágios. Eles têm a vantagem de fornecer isolamento elétrico completo entre os estágios, proporcionando isolamento CC e evitando a interação entre os estágios. O isolamento óptico às vezes é feito por razões de segurança elétrica. Também pode ser usado para fornecer uma transição balanceada para não balanceada .