Понять усилители буферов: классификация, принципы, преимущества, приложения

Буферные усилители помогают сигналам перемещаться от одной части схемы к другой, не становясь слабым или искаженным.Они держат вещи устойчивыми, защищают сигнал и убедились, что все работает вместе плавно.В этой статье вы изучите, какие усилители буферных усилителей, как они работают, доступны типы, где они используются и почему они имеют значение в конструкции схемы.

Каталог

Рисунок 1. Буферный усилитель

Обзор усилителя буфера

Усилитель буфера, часто называемый просто буфером, помогает плавно переносить сигналы от одной схемы в другую, сопоставляя их электрические свойства.Его основная задача состоит в том, чтобы помешать источнику сигнала, на которую влияет подключенная к нему нагрузку, что в противном случае может вызвать проблемы с током или напряжением.Таким образом, он сохраняет стабильный и надежный сигнал при перемещении от одной части схемы к другой.

Проще говоря, усилитель буфера - это небольшая схема, которая защищает слабый сигнал от потери мощности и искажения.Без буфера соединение слабого (высокого импедантного) сигнала непосредственно с сильной (низкоимпедансной) нагрузкой может повредить сигнал.Сопоставляя импеданс между источником и нагрузкой, буфер обеспечивает максимальную передачу мощности и сохраняет исходную форму сигнала нетронутой.

Типы усилителей буфера

Существует два общих типа буферных усилителей: буферы напряжения и токовые буферы.Буферы напряжения сохраняют напряжение устойчивым, в то время как токовые буферы сохраняют ток устойчивым.Они помогают предотвратить воздействие на одну часть схемы, заставляя всю систему работать более плавно.

Рисунок 2. Последователь напряжения с повышением тока

Усилитель буфера напряжения

Усилитель буфера напряжения предназначен для поддержания входного напряжения устойчивым, позволяя ему приводить более тяжелые нагрузки без какого -либо падения или нарушения.Он имеет очень высокий входной импеданс, поэтому он едва вытягивает какой -либо ток из источника и низкий выходной импеданс, поэтому он может предоставить достаточно тока на следующую стадию.Это делает его идеальным для изоляции чувствительных цепей и защиты слабых сигналов напряжения от подключенных устройств.

Общие буферные цепи включают последователь напряжения (который использует рабочую усилитель), последователь излучателя (который использует биполярную переходную транзистор, BJT) и источник-последователь (который использует полевой транзистор, FET).Эти схемы направлены на создание выходного напряжения, которое тесно соответствует входному напряжению, обеспечивая при этом лучшие возможности вождения.

Рисунок 3. Диаграмма тока усилителей

Текущий буферный усилитель

Текущий буферный усилитель предназначен для передачи тока из одной цепи в другую, предотвращая перегрузку или нарушение второй цепи.Это особенно полезно в системах, где управление током важнее напряжения.

Текущий буфер обычно соединяет источник с низким выходом в импеданс с нагрузкой с высоким содержанием входа в имппозицию, гарантируя, что источник может доставлять ток, не подвергаясь затронутую тем, что происходит после него.Это помогает поддерживать поток стабильного тока и предотвращает искажение сигнала, вызванное эффектами нагрузки.Идеальный буфер тока имеет нулевой входной импеданс, поэтому он не сопротивляется входящему току и бесконечному выходному импедансу, поэтому он может поддерживать тот же ток независимо от нагрузки.Эти усилители часто используются в обработке аналоговых сигналов и специализированных схемах тока.

Приложения буфера усилителя

Управление напряжением - В цепях, которые управляют напряжением, буферы помогают убедиться, что выход постоянно следует за входом.Это держит напряжение стабильным.

РФ (радиочастотные) системы - Буферизируют отдельные части радиочастотных схем, поэтому сигналы не мешают друг другу.Это улучшает производительность и уменьшает искажение.

Аудиоустройства - Буферные усилители используются в микрофонах, музыкальных инструментах и ​​динамиках, чтобы сохранить четкий звук.Они помогают соответствовать уровням сигнала, поэтому аудио остается сильным и не искажается.

Датчики - Датчики, подобные тем, которые измеряют температуру или давление, часто дают слабые сигналы.Буферы укрепляют эти сигналы, чтобы их можно было легко отправлять или читать.

Системы сбора данных - В системах, которые измеряют или собирают данные, буферы находятся между датчиком и читателем.Они помогают убедиться, что чтение является точным, предотвращая помехи.

Как работает буферный усилитель

Рисунок 4. Буферная схема Unity Gain

Усилитель буфера принимает слабый сигнал и передает его, не изменяя его напряжение, но он дает этот сигнал прочность для управления другими частями цепи.Это происходит с помощью рабочего усилителя (OP-AMP), настроенного в конфигурации Unity Gain, что означает, что выход напрямую подключен к входу инвертирования (-).Напротив, входной сигнал применяется к не инвертирующему (+) входу.Это расположение заставляет выходное напряжение соответствовать входному напряжению, создавая так называемый последователь напряжения.

Поскольку буфер имеет очень высокий входной импеданс, он почти не вытягивает ток из источника, который защищает чувствительные или высокие источники от перегрузки.В то же время он имеет очень низкий выходной импеданс, позволяющий ему доставлять больше тока тому, что будет дальше в цепи.Эта комбинация сохраняет сигнал нетронутым, делая его достаточно сильным, чтобы придневаться в нагрузки с низким импедансом без искажений или падения напряжения.

Усилитель буфера преобразует импеданс между различными этапами схемы.Он сохраняет напряжение устойчивым, одновременно увеличивая токовую способность, особенно при подключении слабых датчиков или источников сигналов с компонентами, которые требуют большей мощности.

Буферный усилитель преимущества

Преимущества:

• Помогает подключить несоответствующие схемы - плавно связывает детали с различным импедансом, не вызывая проблем с сигналом.

• Сохраняет сигнал в чистоте - предотвращает искажение сигнала при прохождении через различные схемы.

• Защищает вход - останавливает выходную нагрузку от влияния или перегрузки источника сигнала.

• Улучшает поток мощности - передает мощность более эффективно на следующую стадию с минимальными потерями.

• Отделывает этапы схемы - электрически изоляты ввод и вывод, чтобы избежать помех.

• Стабильная производительность - поддерживает устойчивое напряжение, даже когда нагрузка меняется.

Недостатки:

• Усиление напряжения - оно не может увеличить напряжение сигнала - выпуск такой же, как вход.

• Требуется источник питания - требует внешнего источника питания для работы, даже без усиления напряжения.

• Добавляет сложность схемы - включает в себя дополнительные компоненты, которые не всегда могут понадобиться в простых конструкциях.

• Может ввести задержку на высоких частотах - может не работать хорошо с очень быстрыми или высокочастотными сигналами.

• Возможные колебания, если плохо спроектировано - плохая макет или обратная связь могут вызвать нежелательное поведение или шум сигнала.

Заключение

Буферные усилители могут выглядеть не так много, но они выполняют важную работу - то, что сигналы, сигналы, явно перемещаются от одной части схемы в другую.Независимо от того, работаете ли вы с датчиками, аудио-передачей или высокоскоростными системами, буферы помогают работать лучше, останавливая помехи и защищая слабые сигналы.Несмотря на то, что они не повышают напряжение, они держат цепи устойчивы и помогают всем оставаться на связи правильно.