Digitale buffer – Een uitgebreide gids

Soms moet een circuit de logische poorten van een circuit isoleren zonder afhankelijk te zijn van een omvormer. Daar biedt een digitale buffer voordelen. Het biedt niet alleen isolatiemogelijkheden, maar verhoogt ook de signaalsterkte van het circuit. Dit is een effectieve aanpak omdat het zorgt voor een optimale prestatie van het circuit. Over het algemeen dragen deze ook spanning over van het ene circuit naar het andere. Het doel is om een ​​digitale buffer te begrijpen en de functionaliteit ervan kan overweldigend lijken. Bij WellPCB zullen we in de goede richting leiden naar digitale buffers. Dus laten we beginnen!

Wat zijn digitale buffers?

(Digitaal buffersymbool)

Bron:Wikimedia Commons

Een digitale buffer, ook wel spanningsbuffer genoemd, dient als een elektronisch schakelelement. Over het algemeen isoleert het zowel de invoer- als de uitvoerbronnen van elkaar. Tijdens het isolatieproces past een spanningsbuffer een spanning toe die overeenkomt met de ingangsspanning. Het kan ook spanning van het circuit aftrekken. Als gevolg hiervan vloeit er minimale stroom doorheen zonder het hoofdcircuit te verstoren, waardoor het wordt beschermd tegen beschadiging. Deze vereisen doorgaans een laag spanningsniveau, ideaal bij 0V of 5V.

(Afbeelding van een relais)

Bovendien helpt dit voorkomen dat de signaalbron verandert door belastingen, zoals lampen, relais en solenoïdes. Digitale buffers bieden ook controlemogelijkheden voor gegevensoverdracht aan en uit voor veelvoorkomende toepassingen zoals registers, flip-flops en busdrivers, waardoor ze uiterst belangrijk zijn. Deze bestaan ​​uit uitgangsklemmen die een hoog of laag signaal afgeven, afhankelijk van de ingangswaarde.

Waarom zouden we een digitale buffer gebruiken?

(Een digitale buffer draagt ​​spanning over van het ene circuit naar het volgende.)

Digitale buffers zenden spanning van een hoge uitgangsimpedantie naar het tweede circuit met een lage ingangsimpedantie. Dit voorkomt dat de hoge impedantie het hoofdcircuit verstoort. Bovendien verhoogt het de stroomcapaciteit, waardoor schakeltransistoren efficiënter werken.

Soorten digitale buffers

Momenteel bestaan ​​er twee digitale hoofdbuffers, een enkele ingangsspanningsbuffer en een digitale buffer met drie toestanden.

Enkele ingangsspanningsbuffer

Enkelvoudige ingangsspanningsbuffers voeren geen inversie of wijzigingen van het ingangssignaal uit. Er zijn twee typen, inverterende buffer en niet-inverterende buffer.

Buffer inverteren

Een inverterende buffer wordt geconfigureerd naar een toestand tegengesteld aan de ingangsbron. Het zal bijvoorbeeld de invoer op hoog zetten als de uitvoer op laag wordt ingesteld. Veelvoorkomende toepassingen voor een omvormer zijn onder meer state-machines, decoders en verschillende andere digitale apparaten.

Niet-inverterende buffer

Zoals de naam al doet vermoeden, voert een niet-inverterende buffer geen inversie uit. In dit geval zal de ingang een HOGE of LAGE spanning opnemen en de waarde ervan weergeven. De ingang bepaalt of de uitgangsklem al dan niet een HOGE of LAGE waarde levert. In deze toestand wordt de output ingesteld op net zo hoog als de input.

Drie-Staten Digitale Buffer

De Tri-state Buffer, die dient als ingangsschakelaar, onderbreekt elektronisch de uitgang van het ingangscircuit. Dit gebeurt via de activeringssignaalingangspin of externe besturing. In feite werkt het stuursignaal als een logisch 0- of logisch 1-signaal, waardoor de Tri-state Buffer in een toestand wordt gebracht waarin de uitgang normaal functioneert. Het kan ook in een andere staat komen die de uitgang verbreekt of blokkeert.

Vervolgens wordt de uitgang in de derde toestand uitgeschakeld, waardoor het circuit wordt geopend. Hierdoor wordt de output niet te hoog of te laag ingesteld. In plaats daarvan produceert het een hoge impedantie, HIGH-Z of HI-Z genaamd, die niet reageert op het ingangssignaal. In feite blijft de stroom van de voeding geblokkeerd.

We hebben hieronder ook de drie typen digitale buffers met drie toestanden beschreven:

Actieve digitale buffer met hoge drie toestanden

De uitgangspen wordt verbonden met de ingangspen nadat een hoog positief signaal op de activeringspen is toegepast. Dit activeert de actieve hoge tri-state buffer.

Door een laag of negatief signaal toe te passen op de activeringspen, wordt de uitgang losgekoppeld van de ingang. Daarna gaat het naar de HI-Z-status, waardoor de uitgang niet meer reageert op de ingang. Ondertussen configureert de uitgang zich naar een open circuit toestand.

Actieve lage tri-state digitale buffer

In de actieve lage tri-state buffer maakt de uitgang verbinding met de ingang. Bovendien gebeurt dit na het aanleggen van een laag of negatief signaal op de enable-pin. Het toepassen van een hoog of positief signaal op de activeringspen geeft echter een ander effect. Dat komt omdat het ervoor zorgt dat de uitgang wordt losgekoppeld van de ingang. Vervolgens komt de uitgang in een open circuit toestand terwijl het in een HI-Z toestand blijft.

IDrie-State Digitale Buffer omzetten

Tijdens de actieve tri-state buffer functioneren de poort en de activeringspen als een logische NIET-poort. Het toepassen van een hoog of positief signaal op de activeringspin zorgt ervoor dat deze wordt geactiveerd. Van daaruit zal het op dezelfde manier werken als een normale logische poort. Deze voorwaarde zorgt ervoor dat de uitvoer omgekeerd wordt met de invoer. Als de activeringspin een laag of negatief signaal ontvangt, wordt de uitgang geconfigureerd als een open circuit of HI-Z.

Wat is het doel van een bufferpoort?

(Afbeelding met een bufferpoortsymbool)

Bron:Wikimedia Commons

De rol van een bufferpoort omvat het uitvoeren van signaalversterking op een circuit. Het bereikt dit door de huidige capaciteit van een zwak signaal te verbeteren, waardoor het belast wordt. Over het algemeen bevatten buffercircuits een driehoek zonder een inverterbel op de uitgangsklem. Er kunnen zich ook buffers vormen op de open-collectoruitgang. Analoge signalen, zoals sensoren, kunnen via de poort worden aangesloten op digitale ingangen.

Wat is het verschil tussen buffer en omvormer

(Afbeelding met een voorbeeld van een omvormer op een circuit)

Bron:Wikimedia Commons

Een omvormer voert het inversieproces van het ingangssignaal van een circuit uit met de uitgang. Het stelt bijvoorbeeld de uitgang in op HOOG wanneer de ingang op LAAG wordt geconfigureerd. En het dwingt de uitgang naar LAAG wanneer de ingang op HOOG wordt ingesteld. Ondertussen verbetert de buffer de signaalsterkte enigszins.

Toepassingen van digitale buffer

Besturingscircuits:handig voor metro's, vliegtuigen en productieprocessen.

(Digitale buffers zijn gebruikelijk in metro's)

Temperatuurmeetcircuits:Voorbeelden van temperatuurmeetcircuits zijn ketels en vliegtuigen die in een koude omgeving vliegen.

(Boilers bevatten een digitale buffer om de temperaturen te meten)

Spanningsmetercircuits:deze meten defecten in vliegtuigvleugels, bruggen en de I-balk van een gebouw.

(Een digitale buffer kan helpen bij het meten van defecten in vliegtuigvleugels.)

Samenvatting

Over het algemeen draagt ​​​​een spanningsbuffer spanning over van een hoge impedantie naar een ander circuit met een lage impedantie. Bovendien zal het het signaal van het circuit versterken via versterking. Een van de belangrijkste doelen is om de invoer- en uitvoerbronnen van het circuit van elkaar te isoleren. In feite neemt de spanning af of komt deze overeen met de ingang. Door dit te bereiken, kan er een minimale stroom doorstromen terwijl het hoofdcircuit wordt beschermd. Bovendien zijn digitale buffers cruciaal voor registers omdat ze aan-uit controlemogelijkheden voor gegevensoverdracht bieden.

Heeft u vragen over digitale buggers? Neem gerust contact met ons op!