Digital Buffer – Ein umfassender Leitfaden

Manchmal muss eine Schaltung die Logikgatter einer Schaltung isolieren, ohne auf einen Inverter angewiesen zu sein. Hier bietet ein digitaler Puffer Vorteile. Es bietet nicht nur Isolationsfähigkeiten, sondern erhöht auch die Signalstärke der Schaltung. Dies ist ein effektiver Ansatz, da er eine optimale Leistung der Schaltung sicherstellt. In der Regel übertragen diese auch Spannung von einem Stromkreis zum anderen. Das Verständnis eines digitalen Puffers ist der Zweck, und seine Funktionalität kann überwältigend erscheinen. Bei WellPCB werden wir in die richtige Richtung zu digitalen Puffern weisen. Fangen wir also an!

Was sind digitale Puffer?

(Digitales Puffersymbol)

Quelle:Wikimedia Commons

Als elektronisches Schaltungselement dient ein digitaler Puffer, auch Spannungspuffer genannt. Im Allgemeinen isoliert es sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsquellen voneinander. Während des Isolationsprozesses legt ein Spannungspuffer eine Spannung an, die seiner Eingangsspannung entspricht. Es könnte auch Spannung von der Schaltung abziehen. Dadurch fließt ein minimaler Strom durch ihn, ohne den Hauptstromkreis zu stören, und schützt ihn vor Beschädigungen. Typischerweise erfordern diese einen niedrigen Spannungspegel, idealerweise 0 V oder 5 V.

(Bild zeigt ein Relais)

Darüber hinaus hilft dies zu verhindern, dass sich die Signalquelle durch Lasten wie Lampen, Relais und Solenoide ändert. Digitale Puffer bieten auch Ein- und Aus-Steuerfunktionen für Datenübertragungen für gängige Anwendungen wie Register, Flip-Flops und Bustreiber, was sie äußerst wichtig macht. Diese bestehen aus Ausgangsklemmen, die je nach Eingangswert ein High- oder Low-Signal liefern.

Warum sollten wir einen digitalen Puffer verwenden?

(Ein digitaler Puffer überträgt Spannung von einem Stromkreis zum nächsten.)

Digitale Puffer übertragen Spannung von einer hohen Ausgangsimpedanz zu der zweiten Schaltung mit einer niedrigen Eingangsimpedanz. Dadurch wird verhindert, dass die hohe Impedanz den Hauptstromkreis stört. Darüber hinaus erhöht es die Stromkapazität, wodurch Schalttransistoren effizienter arbeiten.

Arten digitaler Puffer

Gegenwärtig existieren zwei digitale Hauptpuffer, ein einzelner Eingangsspannungspuffer und ein digitaler Tristate-Puffer.

Einfacher Eingangsspannungspuffer

Einzeleingangsspannungspuffer führen keine Eingangssignalumkehrung oder -modifikation durch. Es gibt zwei Typen, den invertierenden Puffer und den nicht invertierenden Puffer.

Invertierender Puffer

Ein invertierender Puffer konfiguriert sich in einem Zustand, der der Eingangsquelle entgegengesetzt ist. Beispielsweise wird der Eingang auf High gesetzt, wenn der Ausgang auf Low gesetzt wird. Übliche Anwendungen für einen Wechselrichter sind Zustandsmaschinen, Decoder und verschiedene andere digitale Geräte.

Nicht invertierender Puffer

Wie der Name schon sagt, führt ein nicht invertierender Puffer keine Inversion durch. In diesem Fall zieht sein Eingang eine HIGH- oder LOW-Spannung und gibt seinen Wert aus. Der Eingang bestimmt, ob die Ausgangsklemme einen HIGH- oder LOW-Wert liefert oder nicht. In diesem Zustand bleibt der Ausgang so lange auf High, wie der Eingang gesetzt ist.

Digitaler Tri-State-Puffer

Der Tri-State-Puffer, der als Eingangssteuerungsschalter dient, trennt elektronisch den Ausgang von der Eingangsschaltung. Dies geschieht über seinen Aktivierungssignal-Eingangsstift oder eine externe Steuerung. Tatsächlich wirkt das Steuersignal als logisches 0- oder logisches 1-Signal und versetzt den Tri-State-Puffer in einen Zustand, in dem der Ausgang normal arbeitet. Es kann auch in einen anderen Zustand übergehen, der seine Ausgabe trennt oder blockiert.

Dann schaltet der Ausgang im dritten Zustand ab, wodurch der Stromkreis geöffnet wird. Dadurch wird der Ausgang nicht zu hoch oder zu niedrig eingestellt. Stattdessen erzeugt er eine hohe Impedanz namens HIGH-Z oder HI-Z, die nicht auf das Eingangssignal reagiert. Tatsächlich bleibt der Strom von der Versorgung blockiert.

Wir haben auch die drei Arten von Tri-State-Digitalpuffern unten detailliert beschrieben:

Aktiver hoher Tri-State-Digitalpuffer

Der Ausgangsstift wird mit dem Eingangsstift verbunden, nachdem ein hohes positives Signal an den Aktivierungsstift angelegt wurde. Dies löst den aktiven High-Tri-State-Puffer aus.

Das Anlegen eines niedrigen oder negativen Signals an den Aktivierungsstift bewirkt, dass der Ausgang vom Eingang getrennt wird. Danach wird es in den HI-Z-Zustand versetzt, wodurch der Ausgang gezwungen wird, nicht auf den Eingang zu reagieren. In der Zwischenzeit konfiguriert sich der Ausgang auf einen offenen Stromkreis.

Aktiv niedriger Tri-State-Digitalpuffer

Im Aktiv-Low-Tristate-Puffer ist der Ausgang mit dem Eingang verbunden. Darüber hinaus tritt dies auf, nachdem ein niedriges oder negatives Signal an den Aktivierungsstift angelegt wurde. Das Anlegen eines hohen oder positiven Signals an den Aktivierungsstift bietet jedoch einen anderen Effekt. Das liegt daran, dass der Ausgang vom Eingang getrennt wird. Dann geht der Ausgang in einen Leerlaufzustand über, während er in einem HI-Z-Zustand verbleibt.

Iinvertiert den Tri-State Digital Buffer

Während des aktiven Tri-State-Puffers fungieren das Gate und der Enable-Pin als logisches NICHT-Gate. Das Anlegen eines hohen oder positiven Signals an den Aktivierungsstift bewirkt, dass er aktiviert wird. Von dort aus funktioniert es ähnlich wie ein normales Logikgatter. Diese Bedingung bewirkt, dass der Ausgang mit dem Eingang invertiert wird. Wenn der Aktivierungsstift ein niedriges oder negatives Signal empfängt, konfiguriert sich der Ausgang auf einen offenen Stromkreis oder HI-Z.

Wozu dient ein Buffer Gate?

(Bild zeigt ein Buffer-Gate-Symbol)

Quelle:Wikimedia Commons

Die Rolle eines Puffergatters besteht darin, eine Signalverstärkung in einer Schaltung durchzuführen. Dies wird erreicht, indem die Stromkapazität eines schwachen Signals verbessert und ihm Lasttreiberfähigkeiten verliehen werden. Im Allgemeinen enthalten Pufferschaltungen ein Dreieck ohne Inverterblase am Ausgangsanschluss. Auch am Open-Collector-Ausgang können sich Puffer bilden. Analoge Signale, wie z. B. Sensoren, können über ihr Gate mit digitalen Eingängen verbunden werden.

Was ist der Unterschied zwischen Puffer und Inverter

(Bild zeigt ein Beispiel eines Wechselrichters in einer Schaltung)

Quelle:Wikimedia Commons

Ein Inverter führt den Inversionsprozess des Eingangssignals einer Schaltung mit dem Ausgang durch. Beispielsweise setzt es den Ausgang auf HIGH, wenn der Eingang auf LOW konfiguriert ist. Und es zwingt den Ausgang auf LOW, wenn der Eingang auf HIGH gesetzt wird. Währenddessen verbessert der Puffer die Signalstärke leicht.

Anwendungen von Digital Buffer

Regelkreise:Nützlich für U-Bahnen, Flugzeuge und Fertigungsprozesse.

(Digitale Puffer sind in U-Bahnen üblich)

Temperaturmesskreise:Beispiele für Temperaturmesskreise sind Kessel und Flugzeuge, die in einem kalten Gebiet fliegen.

(Boiler enthalten einen digitalen Puffer zur Messung der Temperaturen)

Dehnungsmessstreifen:Diese messen Defekte in Flugzeugflügeln, Brücken und dem I-Träger eines Gebäudes.

(Ein digitaler Puffer kann dabei helfen, Defekte in Flugzeugflügeln zu messen.)

Zusammenfassung

Insgesamt überträgt ein Spannungspuffer Spannung von einer hohen Impedanz zu einer anderen Schaltung mit niedriger Impedanz. Zusätzlich verstärkt es das Signal der Schaltung durch Verstärkung. Einer der Hauptzwecke besteht darin, die Eingangs- und Ausgangsquellen der Schaltung voneinander zu isolieren. Tatsächlich nimmt die Spannung ab oder passt sich dem Eingang an. Dadurch kann ein minimaler Strom durchfließen und gleichzeitig der Hauptstromkreis geschützt werden. Darüber hinaus sind digitale Puffer für Register von entscheidender Bedeutung, da sie Ein-Aus-Steuerfunktionen für die Datenübertragung bieten.

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