Puhvervõimendi asub signaaliallika ja koormuse vahel, et takistada signaali langemist või kuju muutumist. See kaitseb signaali, mitte ei tõsta pinget. See kasutab kõrget sisendtakistust, et tõmmata väikest voolu, ja madalat väljundtakistust, et juhtida järgmist astet väiksema pingelangusega. See artikkel annab teavet puhvri tüüpide, skeemide ja kasutusjuhtumite kohta.
Puhvervõimendi ülevaade
Puhvervõimendi on aste, mis asub signaaliallika ja koormuse vahele, et takistada signaali muutumist või nõrgenemist. Selle peamine eesmärk ei ole pinge tõstmine, vaid signaali edastamine ühest astmest teise, hoides samal ajal selle taseme ja kuju stabiilsena. Seda tehakse kõrge sisendtakistusega, mis tõmbab allikast vähe voolu, ning madala väljundtakistusega, et koormust juhtida ilma suure pingelanguseta. See kombinatsioon aitab säilitada stabiilse ja ennustatava signaaliedastuse isegi siis, kui temperatuur, sagedus või koormustingimused muutuvad.
Pinge vs vool puhvervõimendid
| Puhvri tüüp | Mida see säilitab | Sisendtakistus |
|---|---|---|
| Pingepuhver | Pinge (väljund järgneb sisendile) | Väga kõrge |
| Praegune puhver | Vool (väljund järgneb sisendile) | Madal (disainikontseptsiooni järgi) |
Pingepuhveri võimendid
Op-Amp pingejälgija (Unity-Gain pingepuhver)
Operatiivvõimendi pingejälgija on viis puhvervõimendi ehitamiseks. Selles skeemis on operatiivvõimendi väljund ühendatud otse inverteeriva sisendiga ning signaal rakendatakse mitte-inverteerivale sisendile. See tagasiside sunnib väljundpinget järgima sisendpinget. Ahel ei tõsta signaali taset, kuid eraldab allika koormusest, aidates hoida signaali kuju ja suurust stabiilsena, kui signaali liigub ühest astmest teise. Peamised omadused:
• Vout ≈ Vin (pingevõimendus on lähedal 1-le)
• Väga kõrge sisendtakistus
• Väga madal väljundtakistus
• Aitab hoida signaali taset erinevate koormate vedamisel
Transistori pingepuhvri ahelad
BJT emitteri järgija
• Toimib pingepuhvrina, mille võimendus on ligikaudu 1
• Tagab suure vooluvõimenduse raskemate koormuste juhtimiseks
• Väljundpinge on ligikaudu sisendpinge miinus VBE
• Kasutab lihtsat vooluringi, millel on vähe väliseid osi
MOSFET allika järgija
• Töötab pingepuhvrina, mille võimendus on lähedal 1
• Sellel on äärmiselt kõrge sisendtakistus, mistõttu tarbib minimaalset sisendvoolu
• Paneb eelmisele astmele minimaalse koormuse
• Väljund järgneb sisendile miinus VGS, mis sõltub MOSFET-ist ja tööpunktist
Darlingtoni puhver
• Ühendab kaks BJT-d, moodustades tugevama pingepuhvri
• Pakub väga suurt efektiivset vooluvõimendust
• Suudab koormale anda rohkem voolu kui üks transistoraste
• Sellel on suurem pingelangus, umbes kaks korda VBE, ja veidi aeglasem reageerimine kui ühel BJT astmel
CMOS loogikapuhvri astmed digisüsteemides
Digitaalsetes ahelates toimivad CMOS-puhver astmed lihtsate puhvervõimenditena loogikasignaalide jaoks. Nad võtavad vastu digitaalse 0 või 1 ja edastavad sama signaali tugevama versiooni
väljundis. See aitab hoida loogikatasemed selged, vähendab paljude sisendite koormuse mõju ja toetab signaale, mis peavad läbima pikemaid radu plaadil või süsteemi osade vahel. Neid puhvreid kasutatakse puhta loogikataseme taastamiseks, ketta tugevuse suurendamiseks, signaali tõusu ja languse parandamiseks, koormuse vähendamiseks madala võimsusega astmetel ning signaalide toetamiseks, mis jooksevad pikkade PCB-jälgede või kaablite kaudu.
Voolupuhvri ahelad ja voolupeeglid
Diskreetse transistori voolupuhvrid
• Ehitatud ühest või mitmest transistorist, millel on takistid voolu seadistamiseks ja stabiliseerimiseks
• Tagada ligikaudu konstantne väljundvool erinevates koormustingimustes
• Sageli kasutatakse lihtsaks koormusvoolu juhtimiseks ja eelpingetradade jaoks analoogahelates
• Täpsus ja stabiilsus sõltuvad seadme valikust, toitevahemikust ja temperatuuri käitumisest
Voolupeeglid voolupuhvritena
| Funktsioon | Kasu | Kasutus |
|---|---|---|
| Täpne praegune kopeerimine | Hoiab väljundvoolu lähedal kindlale viitele | Võimendi astmete eelpingeahelad |
| Stabiilne tööpunkt | Hoiab voolud stabiilsena toiteallika ja temperatuurimuutuste ajal | Diferentsiaal- ja võimendusetapid |
| Lihtne voolu skaleerimine | Võtame ühe viitekogumi, mitu seotud voolu | Mitmeharulised analoogskeemid ühel kiibil |
Võimsuspuhvervõimendid raskete koormuste juhtimiseks
Võimsuspuhvervõimendid on mõeldud koormuste juhtimiseks, mis vajavad suurt voolu või millel on madal takistus, hoides samal ajal sisendsignaali peaaegu muutumatuna. Need on sageli ehitatud väljundastmetega, mis suudavad lükata ja tõmmata rohkem voolu kui paljas signaaliaste. Toitepuhver on loodud andma tugevat väljundvoolu, juhtima soojust ohutult ja püsima stabiilsena isegi siis, kui koormus sisaldab mähiseid või kondensaatorit. See võimaldab algsel signaaliallikal jääda kaitstuks, kuni koormus saab vajaliku voolu.
Kiired puhvervõimendid kiirete signaalide ja ADC-de jaoks
| Parameeter | Miks see oluline |
|---|---|
| Ribalaius | Hoiab signaalitaseme täpsena kõrgetel sagedustel |
| Langemismäär | Las väljund järgneb kiiretele pingemuutustele ilma märgatava veata |
| Asutamine | |
| Aeg | Aitab väljundil kiiresti lõppväärtuseni jõuda enne selle mõõtmist |
| Kapatsitiivne | |
| Stabiilsus | Takistab soovimatuid võnkeid vooluringide juhtimisel mahtuvusega |
Diferentsiaalpuhvri võimendid müratundlike signaalide jaoks
Diferentsiaalpuhvervõimendi töötab kahe vastandliku polaarsusega sisendsignaaliga. See keskendub kahe signaali erinevusele ja ignoreerib mõlemal liinil esinevat müra. See aitab hoida signaali puhtana, kui see läbib vooluringi osi, mis võivad interferentsi vastu võtta, või kui signaali on vaja läbida teatud vahemaad.
Eelised
• Reageerib kahe sisendsignaali erinevusele
• Vähendab müra mõju, mis esineb mõlemal sisendil
• Aitab hoida signaalitaset stabiilsena mürarikkas keskkonnas
• Toetab täpset signaali edastamist enne edasist töötlemist
Õige puhvervõimendi valimine
• Kasuta pingejälgijat, kui soovid hoida sama pinget ja eraldada allikas koormusest.
• Kasuta voolupuhvrit või voolupeeglit, kui on vaja hoida kindlat voolu või kopeerida viitevool teise haru.
• Kasuta toitepuhvri võimendit, kui koormusel on madal takistus või see vajab palju voolu ning lava peab ohutult taluma lisasoojust.
• Kasutada kiiret puhvrit, kui ahel töötab kõrgete sageduste või kiirete signaaliservadega, et väljund saaks sisendit kiiresti ja puhtalt jälgida.
• Kasutage diferentsiaalpuhvri võimendit, kui signaalid liiguvad läbi mürarikka piirkonna või pikkade kaablite, et mõlemal liinil tekkiv müra väheneks.
Kokkuvõte
Puhvervõimendid säilitavad signaali terviklikkuse, isoleerides allika koormusest. Pingepuhvrid (operatiivvõimendi järgijad, BJT emitteri järgijad, MOSFET allika järgijad, Darlingtoni astmed ja CMOS loogikapuhverid) hoiavad pinget konstantsena, parandades samal ajal ajamit. Voolupuhvrid ja voolupeeglid hoiavad voolu kontrollituna ja korduvana. Toitepuhvrid juhivad madala takistusega koormusi suurema vooluga. Kiired puhvrid keskenduvad ribalaiusele, nihkekiirusele, vajumisele ja mahtuvusstabiilsusele. Diferentsiaalpuhvrid vähendavad jagatud müra.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Q1. Mis on puhvervõimendi sisendi eelpinge vool?
Sisendpinge vool on väike alalisvool, mis voolab puhvri sisendisse. See võib tekitada pingevea, kui signaaliallikal on kõrge takistus.
Q2. Kas puhvervõimendi lisab müra?
Jah. Puhver lisab müra oma sisemistest seadmetest ja takistitest. See võib olla kõige olulisem väikeste signaalide puhul.
Q3. Mis juhtub, kui koormus vajab rohkem voolu, kui puhver suudab anda?
Väljund võib vajuda, klippida või moonutada. Puhver võib samuti kuumeneda või käivitada voolupiirangu kaitse.
Q4. Kas puhvervõimendi võib võnkuda või heliseda?
Jah. Suured mahtuvuskoormused võivad põhjustada helinat või võnkumist, kui puhver ei ole mahtuvusega stabiilne.
Q5. Mida tähendab unity-gain stabiilne operatiivvõimendi puhvri jaoks?
See tähendab, et operatiivvõimendi püsib stabiilsena, kui seda kasutatakse pingejälgijana (võimendus = 1). Selles seadistuses võib mitte-ühtsuse võimendusega operatsioonvõimendi võnkuda.
Q6. Kuidas mõjutab lärmakas toiteplokk puhvervõimendit?
Väljundis võib tekkida toite lainetus või müra, mis vähendab signaali kvaliteeti. Halb lahtiühendamine võib samuti halvendada stabiilsust.
