การปรับจูนแบบเหลื่อมเวลา (Staggered tuning ) เป็นเทคนิคที่ใช้ในการออกแบบวงจรขยายสัญญาณ แบบหลายขั้นตอน โดยแต่ละขั้นตอนจะถูกปรับจูนให้มีความถี่แตกต่างกันเล็กน้อย เมื่อเปรียบเทียบกับการปรับจูนแบบซิงโครนัส (Synchronous tuning ) (ที่แต่ละขั้นตอนถูกปรับจูนเหมือนกัน) การปรับจูนแบบเหลื่อมเวลาจะให้แบนด์วิดท์ ที่กว้างกว่า แต่แลกมา ด้วยอัตราขยายที่ลดลงนอกจาก นี้ยังให้ การเปลี่ยนผ่านที่คมชัดกว่าจากย่านความถี่ผ่านไปยังย่านความถี่หยุดทั้งวงจรปรับจูนแบบเหลื่อมเวลาและแบบซิงโครนัสต่างก็ปรับจูนและผลิตได้ง่ายกว่าวงจรกรองสัญญาณประเภทอื่นๆ อีกหลายประเภท

ฟังก์ชันของวงจรปรับจูนแบบสลับสามารถแสดงได้ในรูปฟังก์ชันตรรกยะดังนั้นจึงสามารถออกแบบให้ตรงกับการตอบสนองของตัวกรองหลักๆ ได้ เช่นตัวกรองบัตเตอร์เวิร์ธและเชบิเชฟ การควบคุม ขั้วของวงจรเพื่อให้ได้การตอบสนองที่ต้องการนั้นทำได้ง่าย เนื่องจากมีการบัฟเฟอร์ของแอมพลิฟายเออร์ระหว่างแต่ละขั้น

แอปพลิเคชันต่างๆ ได้แก่วงจรขยายสัญญาณ IF สำหรับโทรทัศน์ (ส่วนใหญ่เป็นเครื่องรับสัญญาณในศตวรรษที่ 20) และเครือ ข่าย LAN ไร้สาย

การปรับจูนแบบเหลื่อมช่วยเพิ่มแบนด์วิดท์ของแอมพลิฟายเออร์แบบปรับจูนหลายขั้นตอนโดยแลกกับอัตราขยายโดยรวม การปรับจูนแบบเหลื่อมยังเพิ่มความชันของขอบ แถบความถี่ผ่าน และด้วยเหตุนี้จึงปรับปรุงการเลือกความถี่^{[ 1 ]}

คุณค่าของการปรับจูนแบบเหลื่อมกันนั้นอธิบายได้ดีที่สุดโดยการพิจารณาข้อบกพร่องของการปรับจูนทุกขั้นตอนให้เหมือนกันก่อน วิธีนี้เรียกว่าการปรับจูนแบบซิงโครนัสแต่ละขั้นตอนของแอมพลิฟายเออร์จะลดแบนด์วิดท์ลง ในแอมพลิฟายเออร์ที่มีหลายขั้นตอนที่เหมือนกันจุด 3 dBของการตอบสนองหลังจากขั้นตอนแรกจะกลายเป็น จุด 6 dBของขั้นตอนที่สอง แต่ละขั้นตอนที่ตามมาจะเพิ่ม3 dBให้กับขอบแบนด์ของขั้นตอนแรก ดังนั้น แบนด์วิดท์ 3 dBจึงแคบลงเรื่อยๆ ในแต่ละขั้นตอนที่เพิ่มเข้ามา^{[ 2 ]}

ตัวอย่างเช่น วงจรขยายสัญญาณสี่ขั้นจะมีจุด3 dB อยู่ที่จุด 0.75 dBของแต่ละขั้นแบนด์วิดท์แบบเศษส่วนของวงจร LCกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้

${\displaystyle B={{\sqrt {m-1}} \over Q}}$

โดยที่mคืออัตราส่วนกำลังของกำลังที่ความถี่เรโซแนนซ์ต่อกำลังที่ความถี่ขอบแถบ (เท่ากับ 2 สำหรับ จุด 3 dBและ 1.19 สำหรับ จุด 0.75 dB ) และQคือค่าคุณภาพ (Quality Factor )

ดังนั้นแบนด์วิดท์จึงลดลงตามปัจจัยในแง่ของจำนวนสเตจ[ ^{3 ] ดังนั้น} แอมพลิฟายเออร์แบบปรับจูนพร้อมกันสี่สเตจจะมีแบนด์วิดท์เพียง 19% ของสเตจเดียว แม้แต่ในแอมพลิฟายเออร์สองสเตจ แบนด์วิดท์ก็ลดลงเหลือ 41% ของเดิม การปรับจูนแบบสลับช่วยให้แบนด์วิดท์กว้างขึ้นได้โดยแลกกับอัตราขยายโดยรวม อัตราขยายโดยรวมลดลงเนื่องจากเมื่อสเตจใดสเตจหนึ่งอยู่ในสภาวะเรโซแนนซ์ (และดังนั้นจึงมีอัตราขยายสูงสุด) สเตจอื่นๆ จะไม่อยู่ในสภาวะนั้น ซึ่งแตกต่างจากการปรับจูนพร้อมกันที่ทุกสเตจมีอัตราขยายสูงสุดที่ความถี่เดียวกัน แอมพลิฟายเออร์แบบปรับจูนสลับสองสเตจจะมีอัตราขยายต่ำกว่าแอมพลิฟายเออร์แบบปรับจูนพร้อมกัน3 dB ^{[ 4 ]}${\displaystyle {\sqrt {m-1}}}$${\displaystyle m=2^{1/n}}$

แม้แต่ในการออกแบบที่ตั้งใจให้ปรับจูนพร้อมกัน ผลกระทบจากการปรับจูนที่ไม่ตรงกันก็หลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติที่จะรักษาวงจรปรับจูนทั้งหมดให้ตรงกันอย่างสมบูรณ์ และเนื่องจากผลกระทบจากการป้อนกลับ ซึ่งอาจเป็นปัญหาในการใช้งานย่านความถี่แคบมาก โดยที่สนใจเฉพาะความถี่จุดเดียว เช่น การป้อน สัญญาณออสซิลเลเตอร์ภายในหรือกับดักคลื่น อัตราขยาย โดยรวมของแอมพลิฟายเออร์ที่ปรับจูนพร้อมกันจะน้อยกว่าค่าสูงสุดทางทฤษฎีเสมอเนื่องจากเหตุนี้^{[ 5 ]}

ทั้งวงจรปรับจูนแบบซิงโครนัสและแบบสลับมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าวงจรที่วางส่วนประกอบการปรับจูนทั้งหมดไว้ในวงจรกรองรวมเดียวที่แยกจากแอมพลิฟายเออร์ เช่นวงจรแลดเดอร์เน็ตเวิร์กหรือเรโซเนเตอร์แบบคู่ข้อดีประการหนึ่งคือปรับจูนได้ง่าย เรโซเนเตอร์แต่ละตัวจะถูกบัฟเฟอร์จากตัวอื่นโดยวงจรแอมพลิฟายเออร์ ดังนั้นจึงมีผลกระทบต่อกันน้อย ในทางกลับกัน เรโซเนเตอร์ในวงจรรวมจะโต้ตอบกันทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ที่สุด^{[ 6 ]} ข้อดีอีกประการหนึ่งคือส่วนประกอบไม่จำเป็นต้องใกล้เคียงกับอุดมคติ เรโซเนเตอร์ LC ทุกตัวทำงานโดยตรงกับตัวต้านทานซึ่งลดค่าQอยู่แล้ว ดังนั้นการสูญเสียใดๆ ในส่วนประกอบ L และ C สามารถดูดซับเข้าไปในตัวต้านทานนี้ในการออกแบบได้ การออกแบบแบบรวมมักต้องการ เรโซเนเตอร์ที่มีค่า Q สูง นอกจากนี้ วงจรปรับจูนแบบสลับมีส่วนประกอบเรโซเนเตอร์ที่มีค่าใกล้เคียงกันมาก และในวงจรปรับจูนแบบซิงโครนัส ส่วนประกอบอาจเหมือนกันได้ ดังนั้นการกระจายของค่าส่วนประกอบจึงน้อยกว่าในวงจรปรับจูนแบบสลับมากกว่าในวงจรรวม^{[ 7 ]}

แอมพลิฟายเออร์แบบปรับจูนได้ เช่นเดียวกับที่แสดงไว้ในตอนต้นของบทความนี้ สามารถอธิบายได้โดยทั่วไปว่าเป็นวงจรของแอมพลิฟายเออร์แบบทรานส์คอนดักแทนซ์หลายตัวเรียงต่อกัน โดยแต่ละตัวมีวงจรปรับจูนอยู่ภายใน

โดยสำหรับแต่ละขั้นตอน (ไม่รวมคำต่อท้าย)

g _mคือค่าทรานส์คอนดักแทนซ์ของแอมพลิฟายเออร์

Cคือค่าความจุของวงจรปรับจูน

Lคือค่าความเหนี่ยวนำของวงจรปรับจูน

Gคือผลรวมของค่าการนำไฟฟ้าขาออกของแอมพลิฟายเออร์และค่าการนำไฟฟ้าขาเข้าของแอมพลิฟายเออร์ตัวถัดไป

อัตราขยายA ( s ) ของขั้นหนึ่งของวงจรขยายสัญญาณนี้กำหนดโดย;

${\displaystyle A(s)={\frac {g_{\mathrm {m} }sL}{s^{2}LC+sLG+1}}}$

โดยที่sคือตัวดำเนินการความถี่เชิงซ้อน

สามารถเขียนในรูปแบบทั่วไปได้มากขึ้น กล่าวคือ ไม่จำเป็นต้องสมมติว่าตัวเรโซเนเตอร์เป็นแบบ LC โดยใช้การแทนที่ดังต่อไปนี้

${\displaystyle \omega _{0}={1 \over {\sqrt {LC}}}}$(ความถี่เรโซแนนซ์)

${\displaystyle A_{0}:=A(\omega _{0})={\frac {g_{\mathrm {m} }}{G}}}$(อัตราขยายที่ความถี่เรโซแนนซ์)

${\displaystyle Q={1 \over \omega _{0}LG}}$(ปัจจัยด้านคุณภาพของเวที)

ส่งผลให้

${\displaystyle A(s)=A_{0}{\frac {s\omega _{0}}{s^{2}Q+s\omega _{0}+\omega _{0}^{2}Q}}}$

สามารถแสดงนิพจน์การขยายเป็นฟังก์ชันของความถี่ (เชิงมุม) ได้โดยการแทนที่s = iωโดยที่iคือหน่วยจินตนาการและωคือความถี่เชิงมุม

${\displaystyle A(\omega )=A_{0}{\frac {i\omega \omega _{0}}{i\omega \omega _{0}+\omega _{0}^{2}Q-\omega ^{2}Q}}}$

ความถี่ที่ขอบแถบความถี่_ωc สามารถหาได้จากนิพจน์นี้ โดยการเทียบค่าการขยายที่ขอบแถบความถี่กับขนาดของนิพจน์

${\displaystyle |A(\omega _{c})|={\frac {A_{0}}{\sqrt {m}}}}$

โดยที่mถูกกำหนดไว้ดังข้างต้น และมีค่าเท่ากับสองหากต้องการจุด3 dB

เมื่อแก้สมการนี้เพื่อหา_ค่าωcและนำผลต่างระหว่างคำตอบที่เป็นบวกทั้งสองมารวมกัน จะได้ค่าแบนด์วิดท์ Δω

${\displaystyle \Delta \omega _{\mathrm {c} }=\omega _{\mathrm {c} 1}-\omega _{\mathrm {c} 2}={\frac {\omega _{0}{\sqrt {(m-1)}}}{Q}}}$

และแบนด์วิดท์เศษส่วน B

${\displaystyle B:={\frac {\Delta \omega _{\mathrm {c} }}{\omega _{0}}}={\frac {\sqrt {m-1}}{Q}}}$

การตอบสนองโดยรวมของเครื่องขยายเสียงนั้นได้มาจากการคูณการตอบสนองของแต่ละขั้น

${\displaystyle A_{\mathrm {T} }=A_{1}A_{2}A_{3}\cdots }$

เป็นที่พึงปรารถนาที่จะสามารถออกแบบตัวกรองจากต้นแบบตัวกรองความถี่ต่ำ มาตรฐาน ตามข้อกำหนดที่ต้องการ บ่อยครั้งจะเลือกการตอบสนองแบบ Butterworth ที่ราบเรียบ ^{[ 8 ]}แต่สามารถใช้ฟังก์ชันพหุนามอื่นๆ ที่อนุญาตให้ มีระลอกคลื่นในการตอบสนองได้^{[ 9 ]} ตัวเลือกที่นิยมสำหรับพหุนามที่มีระลอกคลื่นคือการตอบสนองแบบ Chebyshevเนื่องจากมีส่วนโค้งที่ชัน^{[ 10 ]} เพื่อวัตถุประสงค์ในการแปลง นิพจน์อัตราขยายของขั้นสามารถเขียนใหม่ในรูปแบบที่น่าสนใจยิ่งขึ้นได้

${\displaystyle A(s)={\frac {A_{0}}{1+Q\left({\frac {s}{\omega _{0}}}+{\frac {\omega _{0}}{s}}\right)}}}$

สิ่งนี้สามารถแปลงเป็นตัวกรองต้นแบบแบบ โลว์พาส ได้ด้วยการแปลง

${\displaystyle Q\left({\frac {s}{\omega _{0}}}+{\frac {\omega _{0}}{s}}\right)\to {\frac {s}{\omega _{c}'}}}$

โดยที่ω' _cคือความถี่ตัดของต้นแบบตัวกรองความถี่ต่ำ

ในกรณีของแอมพลิฟายเออร์ที่ปรับจูนแบบซิงโครนัส ซึ่งแต่ละขั้นมีค่า ω₀ เท่ากัน สามารถทำได้โดยตรงสำหรับตัวกรองทั้งหมด_แต่สำหรับแอมพลิฟายเออร์ที่ปรับจูนแบบสลับกันนั้น ไม่มีวิธีแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์ที่ง่ายสำหรับการแปลง ดังนั้นจึงสามารถใช้วิธีอื่นในการแก้ปัญหาการออกแบบที่ปรับจูนแบบสลับกัน โดยการคำนวณขั้วของต้นแบบตัวกรองความถี่ต่ำที่มีรูปแบบที่ต้องการ (เช่น ตัวกรอง Butterworth) แล้วแปลงขั้วเหล่านั้นเป็นการ ตอบสนอง แบบผ่านย่านความถี่จากนั้นสามารถใช้ขั้วที่คำนวณได้เพื่อกำหนดวงจรปรับจูนของแต่ละขั้น

อัตราขยายของสเตจสามารถเขียนใหม่ได้ในรูปของขั้วโดยการแยกตัวประกอบของตัวส่วน

${\displaystyle A(s)={\frac {A_{0}}{Q}}{\frac {s\omega _{0}}{(sp)(sp^{*})}}}$

โดยที่pและp*เป็นคู่ขั้วเชิงซ้อนสังยุค

และผลตอบรับโดยรวมคือ

${\displaystyle A_{\mathrm {T} }={\frac {sa_{1}}{(s-p_{1})(s-p_{1}^{*})}}\cdot {\frac {sa_{2}}{(s-p_{2})(s-p_{2}^{*})}}\cdot {\frac {sa_{3}}{(s-p_{3})(s-p_{3}^{*})}}\cdot \cdots }$

โดยที่a _k = A _0k ω _0k / Q _0k

จากการแปลงจากแถบความถี่ผ่านเป็น แถบ ความถี่ต่ำผ่านที่กล่าวมาข้างต้น สามารถหาค่าแสดงขั้วได้ในรูปของขั้วของต้นแบบแถบความถี่ต่ำผ่านq _k

${\displaystyle p_{k},p_{k}^{*}={1 \over 2}\left({\frac {q_{k}\omega _{0\mathrm {B} }}{\omega '_{\mathrm {c} }Q_{\mathrm {eff} }}}\pm {\sqrt {\left({\frac {q_{k}\omega _{0\mathrm {B} }}{\omega '_{\mathrm {c} }Q_{\mathrm {eff} }}}\right)^{2}-4{\omega _{0\mathrm {B} }}^{2}}}\right)}$

โดยที่ω _0Bคือความถี่ศูนย์กลางของแถบความถี่ที่ต้องการ และQ _{eff คือค่า} Qประสิทธิผลของวงจรโดยรวม

แต่ละขั้วในต้นแบบจะแปลงเป็นคู่ขั้วสังยุคเชิงซ้อนในแถบความถี่ผ่าน และสอดคล้องกับขั้นหนึ่งของแอมพลิฟายเออร์ นิพจน์นี้จะง่ายขึ้นมากหากความถี่ตัดของต้นแบบω ' _cถูกตั้งค่าเป็นแบนด์วิดท์ตัวกรองสุดท้ายω _0B / Q _eff

${\displaystyle p_{k},p_{k}^{*}={1 \over 2}\left(q_{k}\pm {\sqrt {q_{k}^{2}-4{\omega _{0\mathrm {B} }}^{2}}}\right)}$

ในกรณีของการออกแบบแถบความถี่แคบω ₀ ≫ qซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อลดความซับซ้อนเพิ่มเติมด้วยการประมาณค่าได้

${\displaystyle p_{k},p_{k}^{*}\approx {q_{k} \over 2}\pm i\omega _{0\mathrm {B} }}$

สามารถแทรกขั้วเหล่านี้ลงในนิพจน์การขยายของขั้นในแง่ของขั้วได้ โดยการเปรียบเทียบกับนิพจน์การขยายของขั้นในแง่ของค่าส่วนประกอบ ค่าส่วนประกอบเหล่านั้นจึงสามารถคำนวณได้^{[ 11 ]}

การปรับจูนแบบสลับมีประโยชน์มากที่สุดใน การใช้งาน แบบบรอดแบนด์เดิมทีมักใช้ในแอมพลิฟายเออร์ IF ของ เครื่องรับโทรทัศน์ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน ตัวกรอง SAWมีแนวโน้มที่จะถูกนำมาใช้ในบทบาทนั้นมากกว่า^{[ 12 ]} การปรับจูนแบบสลับมีข้อดีในVLSIสำหรับการใช้งานวิทยุ เช่น เครือข่าย LAN ไร้สาย^{[ 13 ]} การกระจายค่าของส่วนประกอบที่ต่ำทำให้ง่ายต่อการใช้งานในวงจรรวมมากกว่าเครือข่ายแบบขั้นบันไดแบบดั้งเดิม^{[ 14 ]}

• เครื่องขยายเสียงแบบปรับจูนคู่

• Chattopadhyay, D., อิเล็กทรอนิกส์: พื้นฐานและการประยุกต์ใช้ , New Age International, 2006 ISBN 8122417809.
• Gulati, RR, หลักการปฏิบัติงานโทรทัศน์สมัยใหม่ เทคโนโลยี และการบริการ , New Age International, 2002 ISBN 8122413609.
• Iniewski, Krzysztof, CMOS Nanoelectronics: Analog and RF VLSI Circuits , McGraw Hill Professional, 2011 ISBN 0071755667.
• Maheswari, LK; Anand, MMS, อิเล็กทรอนิกส์อนาล็อก , PHI Learning, 2009 ISBN 8120327225.
• Moxon, LA, ความก้าวหน้าล่าสุดในเครื่องรับวิทยุ , สำนัก พิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 1949 OCLC 2434545 
• เพเดอร์สัน, โดนัลด์ โอ.; มายารัม, การ์ติเกยา, วงจรรวมอนาล็อกสำหรับการสื่อสาร , สปริงเกอร์, 2007 ISBN 0387680292.
• Sedha, RS, ตำราวงจรไฟฟ้า , S. Chand, 2008 ISBN 8121928036.
• ไวเซอร์, โรเบิร์ต, ตัวกรอง RF แบบแบนด์พาสปรับได้สำหรับเครื่องส่งสัญญาณไร้สาย CMOS , ProQuest, 2008 ISBN 0549850570.