Pojačalo pufera: vrste, kola i praktična primena

Bafer pojačalo sedi između izvora signala i opterećenja da bi signal od pada ili menja oblik. Štiti signal, a ne podizanje napona. Koristi visoku ulaznu impedansu za izvlačenje male struje i niske izlazne impedanse za vožnju u sledeću fazu sa manjim padom napona. Ovaj članak daje informacije o tipovima bafera, kola i slučajevima upotrebe.

Pregled Buffer Amplifier

Bafer pojačalo je faza postavljena između izvora signala i opterećenja kako bi se signal promenio ili oslabio. Njegova primarna svrha nije da poveća napon, već da prenese signal iz jedne faze u drugu, zadržavajući svoj nivo i oblik stabilan. To čini tako što ima visoku ulaznu impedansu, tako da izvlači malo struje iz izvora, i nisku izlaznu impedansu, tako da može da vozi opterećenje bez velikog pada napona. Ova kombinacija pomaže u održavanju stabilnog i predvidljivog prenosa signala, čak i kada se temperatura, frekvencija ili uslovi opterećenja menjaju.

Napon vs Current Buffer pojačala

Napon Buffer pojačala

Op-amp Voltage Follovers (Uniti-Gain Voltage Buffer)

Op-amp napon sledbenik je način da se izgradi bafer pojačalo. U ovom kolu, op-amp izlaz je povezan direktno na invertni ulaz, a signal se primenjuje na ne-invertirajući ulaz. Ova povratna informacija prisiljava izlazni napon da prati ulazni napon. Kolo ne povećava nivo signala, ali odvaja izvor od opterećenja, pomažući da oblik i veličina signala bude stabilan dok se prenosi iz jedne faze u drugu. Glavne karakteristike:

• Vout ≈ Vin (pojačanje napona je blizu 1)

• Veoma visoka ulazna impedansa

• Veoma niska izlazna impedansa

• Pomaže u održavanju nivoa signala prilikom vožnje različitih opterećenja

Tranzistorski napon Buffer kola

BJT emiter sledbenika

• Deluje kao naponski bafer sa pojačanjem blizu 1

• Obezbeđuje visoku strujnu dobit za vožnju težih opterećenja

• Izlazni napon je otprilike ulazni napon minus VBE

• Koristi jednostavno kolo sa nekoliko spoljnih delova

MOSFET izvor sledbenik

• Radi kao naponski bafer sa pojačanjem blizu 1

• Ima izuzetno visoku ulaznu impedansu, tako da crpi minimalnu ulaznu struju

• Postavlja minimalno opterećenje na prethodnu fazu

• Izlaz prati ulaz minus VGS, što zavisi od MOSFET-a i radne tačke

Darlington Buffer

• Kombinuje dva BJT-a da formira jači naponski pufer

• Nudi veoma visok efektivni dobitak struje

• Može da isporuči više struje na opterećenje od jednog tranzistorskog stepena

• Ima veći pad napona, otprilike dvostruko VBE, i nešto sporiji odziv od jedne BJT faze

CMOS logičke faze u digitalnim sistemima

U digitalnim kolima, CMOS buffer faze deluju kao jednostavni buffer pojačala za logičke signale. Oni uzimaju digitalni KSNUMKS ili KSNUMKS i isporučuju jaču verziju istog signala

na izlazu. Ovo pomaže da se logički nivoi jasne, smanjuje efekat učitavanja sa mnogih ulaza i podržava signale koji moraju da putuju dužim putevima na ploči ili između delova sistema. Ovi baferi se koriste za vraćanje čistih logičkih nivoa, povećanje snage pogona, poboljšanje vremena porasta i pada signala, smanjenje opterećenja na fazama male snage i podršku signalima koji rade preko dugih tragova PCB-a ili kablova.

Trenutni tampon kola i struja ogledala

Diskretni tranzistorski strujni puferi

• Izgrađen od jednog ili više tranzistora sa otpornicima za podešavanje i stabilizaciju struje

• Obezbedite približno konstantnu izlaznu struju u nizu uslova opterećenja

• Često se koristi za jednostavnu kontrolu struje opterećenja i puteve pristrasnosti u analognim kolima

• Tačnost i stabilnost zavise od izbora uređaja, opsega snabdevanja i ponašanja temperature

Trenutni ogledala kao trenutni baferi

Pover Buffer pojačala za vožnju teških opterećenja

Pover buffer pojačala se koriste za vožnju opterećenja koja zahtevaju visoku struju ili imaju nisku impedansu, uz održavanje ulazni signal gotovo nepromenjen. Oni su često izgrađeni sa izlaznim fazama koje mogu gurnuti i povući više struje od gole signalne faze. Pover buffer je dizajniran da isporuči jaku izlaznu struju, upravlja toplotom bezbedno, i ostati stabilan čak i kada opterećenje uključuje kalemove ili kondenzatore. Ovo omogućava originalnom izvoru signala da ostane zaštićen dok opterećenje dobija snagu koja mu je potrebna.

High-Speed Buffer pojačala za brze signale i ADC

Diferencijalni tampon pojačala za signale osetljive na buku 

Diferencijalni bafer pojačalo radi sa dva ulazna signala suprotnog polariteta. Fokusira se na razliku između dva signala i ignoriše buku koja je prisutna na obe linije. Ovo pomaže da signal čistiji kada prolazi kroz delove kola koji mogu da pokupe smetnje ili kada treba da putuju na određenu udaljenost.

Prednosti

• Reaguje na razliku između dva ulazna signala

• Smanjuje efekat buke koja se pojavljuje na oba ulaza

• Pomaže u održavanju stabilnog nivoa signala u bučnim okruženjima

• Podržava precizan prenos signala pre dalje obrade

Izbor pravog tampon pojačalo

• Koristite sledbenik napona kada želite da zadržite isti nivo napona i odvojite izvor od opterećenja.

• Koristite trenutni bafer ili trenutni mirror kada je potrebno da zadržite postavljenu struju ili kopirate referentnu struju u drugu granu.

• Koristite pojačalo za napajanje kada opterećenje ima nisku impedansu ili mu je potrebna velika struja, a faza mora bezbedno da podnese dodatnu toplotu.

• Koristite međuspremnik velike brzine kada kolo radi sa visokim frekvencijama ili brzim ivicama signala, tako da izlaz može brzo i čisto pratiti ulaz.

• Koristite diferencijalno pojačalo kada signali putuju kroz bučna područja ili duge kablove, tako da se smanjuje buka koja se pojavljuje na obe linije.

Zaključak

Buffer pojačala održavaju integritet signala izolovanjem izvora od opterećenja. Naponski puferi (op-amp sledbenici, BJT emiter sledbenici, MOSFET izvor sledbenici, Darlington faze, i CMOS logički baferi) održavaju konstantan napon uz poboljšanje pogona. Trenutni baferi i trenutna ogledala drže struju kontrolisanu i ponovljivu. Pover buffers drive niske impedanse opterećenja sa većom strujom. Brzi baferi se fokusiraju na propusni opseg, brzinu prelaska, taloženje i kapacitivnu stabilnost. Diferencijalni baferi smanjuju zajedničku buku.

Često postavljana pitanja [FAK]

K1. Koja je ulazna struja pristrasnosti u pojačalu pufera?

Ulazna struja pristrasnosti je mali DC koji teče u ulaz bafera. To može da stvori grešku napona kada izvor signala ima visok otpor.

K2. Da li bafer pojačalo dodati buku?

Da. Bafer dodaje malo buke iz svojih unutrašnjih uređaja i otpornika. Ovo može biti najvažnije sa sitnim signalima.

K3. Šta se dešava ako opterećenje treba više struje nego što bafer može da obezbedi?

Izlaz može da se sagne, iseče ili iskrivi. Bafer takođe može zagrejati ili pokrenuti zaštitu od ograničenja struje.

K4. Može li pojačalo pufera oscilirati ili zvoniti?

Da. Velika kapacitivna opterećenja mogu izazvati zvonjavu ili oscilacije ako pufer nije stabilan sa kapacitivnošću.

K5. Šta jedinstvo-dobitak stabilan znači za op-amp bafer?

To znači da op-amp ostaje stabilan kada se koristi kao sledbenik napona (dobitak = 1). Op-amp koji nije stabilan bez jedinstva može oscilirati u ovom podešavanju.

K6. Kako bučno napajanje utiče na bafer pojačalo?

Na izlazu se može pojaviti mreškanje ili buka snabdevanja, smanjujući kvalitet signala. Loše razdvajanje takođe može pogoršati stabilnost.