Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электрондық күшейткіш, схема компоненті
Electronic amplifier, a circuit component
Электроникада буферлік күшейткіш – бірлік күшейту коэффициентіне ие күшейткіш, ол бір схемадан екінші схемаға сигналды көшіреді, сонымен бірге электрлік кедергісін өзгертіп, осылайша оңтайлырақ көзді қамтамасыз етеді (кернеу буфері үшін төменгі шығыс кедергісімен немесе ток буфері үшін жоғары шығыс кедергісімен). Бұл бірінші схемадағы сигнал көзін екінші схеманың электрлік жүктемесінен келетін токтардың әсерінен қорғайды, және жағдай түсініксіз болмаса, оны жай ғана буфер немесе ізбасар деп атауға болады.
In electronics, a buffer amplifier is a unity gain amplifier that copies a signal from one circuit to another while transforming its electrical impedance to provide a more ideal source (with a lower output impedance for a voltage buffer or a higher output impedance for a current buffer). This "buffers" the signal source in the first circuit against being affected by currents from the electrical load of the second circuit and may simply be called a buffer or follower when context is clear.
Кернеу буфері
Кернеу буфері күшейткіші бірінші тізбектен жоғары шығыс кедергісі бар кернеу сигналын екінші тізбек үшін төмен кедергісі бар бірдей кернеуге түрлендіру үшін қолданылады. Аралық буферлік күшейткіш екінші тізбектің бірінші тізбекті қабылдамайтын жүктемеге салуының және оның қажетті жұмысына бөгет жасауының алдын алады, себебі кернеу буфері болмаса, екінші тізбектің кернеуіне бірінші тізбектің шығыс кедергісі әсер етеді (өйткені ол екінші тізбектің кіріс кедергісінен үлкен). Идеалды кернеу буферінде (1-суреттің жоғарғы бөлігінде) кіріс кедергісі шексіз, ал шығыс кедергісі нөлге тең. Идеалды буфердің басқа қасиеттері: сигнал амплитудасына қарамастан, толық сызықтылық; және кіріс сигналының жылдамдығына қарамастан, дереу шығыс реакциясы. Егер кернеу өзгеріссіз берілсе (кернеудің күшейту коэффициенті Av 1-ге тең), күшейткіш бірлік күшейту буфері болып табылады; сондай-ақ кернеуді қайталайтын құрылғы деп те аталады, өйткені шығыс кернеуі кіріс кернеуін қадағалайды немесе одан өзгешеленбейді. Кернеу буфері күшейткішінің кернеуді күшейту коэффициенті бірлікке (шамамен) тең болуы мүмкін, бірақ ол әдетте айтарлықтай тоқ күшейту коэффициентін және осылайша қуат күшейту коэффициентін қамтамасыз етеді. Дегенмен, кернеуді күшейтуді білдіретін 1 (немесе эквивалентті 0 дБ) күшейту коэффициентіне ие екенін айту қалыпты жағдай. Мысалы, резисторлық жүктеме RL-ді қозғалтатын Тевенин көзін (көтеріліс VA, тізбекті кедергі RA) қарастырайық. Кернеуді бөлу (оны «жүктемелеу» деп те атайды) салдарынан жүктемедегі кернеу тек болады. Алайда, егер Тевенин көзі 1-суретте көрсетілгендей бірлік күшейту буферін басқаратын болса (жоғарғы бөлігінде, бірлік күшейтумен), күшейткіш кірісіне берілетін кернеу VA болады, ал кернеуді бөлу болмайды, өйткені күшейткіштің кіріс кедергісі шексіз. Шығыста тәуелді кернеу көзі жүктемеге Av VA = VA кернеуін береді, тағы да кернеуді бөлусіз, өйткені буфердің шығыс кедергісі нөлге тең. Біріктірілген бастапқы Тевенин көзі мен буфердің Тевенин эквиваленттік тізбегі – нөлдік Тевенин кедергісі бар идеалды кернеу көзі VA.
A voltage buffer amplifier is used to transform a voltage signal with high output impedance from a first circuit into an identical voltage with low impedance for a second circuit. The interposed buffer amplifier prevents the second circuit from loading the first circuit unacceptably and interfering with its desired operation, since without the voltage buffer, the voltage of the second circuit is influenced by output impedance of the first circuit (as it is larger than the input impedance of the second circuit). In the ideal voltage buffer (Figure 1 top), the input impedance is infinite and the output impedance is zero. Other properties of the ideal buffer are: perfect linearity, regardless of signal amplitudes; and instant output response, regardless of the speed of the input signal. If the voltage is transferred unchanged (the voltage gain Av is 1), the amplifier is a unity gain buffer; also known as a voltage follower because the output voltage follows or tracks the input voltage. Although the voltage gain of a voltage buffer amplifier may be (approximately) unity, it usually provides considerable current gain and thus power gain. However, it is commonplace to say that it has a gain of 1 (or the equivalent 0 dB), referring to the voltage gain. As an example, consider a Thévenin source (voltage VA, series resistance RA) driving a resistor load RL. Because of voltage division (also referred to as "loading") the voltage across the load is only However, if the Thévenin source drives a unity gain buffer such as that in Figure 1 (top, with unity gain), the voltage input to the amplifier is VA, and with no voltage division because the amplifier input resistance is infinite. At the output the dependent voltage source delivers voltage Av VA = VA to the load, again without voltage division because the output resistance of the buffer is zero. A Thévenin equivalent circuit of the combined original Thévenin source and the buffer is an ideal voltage source VA with zero Thévenin resistance.
Ағымдағы буфер
Көбінесе ток буферлік күшейткіш бірінші тізбектен төмен шығыс кедергісі бар ток сигналын екінші тізбек үшін жоғары кедергісі бар бірдей токқа түрлендіру үшін қолданылады. Аралықтағы буферлік күшейткіш екінші тізбектің бірінші тізбектің тогын қабылдамайтындай етіп жүктеуіне және оның қажетті жұмысына бөгет қоюына жол бермейді. Идеал ток буферінде (1-суреттің төменгі бөлігінде) шығыс кедергісі шексіз (идеал ток көзі) және кіріс кедергісі нөлге тең (қысқа тұйықталу). Сонымен қатар, идеал буфердің басқа да қасиеттері бар: сигнал амплитудасына қарамастан, толық сызықтылық; және кіріс сигналының жылдамдығына қарамастан, дереу шығыс реакциясы. Ток буфері үшін, егер ток өзгеріссіз берілсе (ток күшейтуі βi 1-ге тең), күшейткіш қайтадан бірлік күшейту буфері болады; бұл жолы ток ізбасары деп аталады, себебі шығыс тогы кіріс тогын қадағалайды немесе одан өтеді. Мысалы, Norton көзін (ток IA, параллель кедергі RA) қарастырайық, ол кедергілік жүктеме RL-ді басқарады. Ток бөлінудің (немесе "жүктелудің") салдарынан жүктемеге жеткізілетін ток тек құрайды. Дегенмен, егер Norton көзі 1-суреттегідей бірлік күшейту буферін басқарса (төменгі бөлігінде, бірлік күшейтумен), күшейткішке кіретін ток IA болады, себебі күшейткіштің кіріс кедергісі нөлге тең. Шығыста тәуелді ток көзі βi IA = IA тогын жүктемеге береді, тағы да ток бөлінбейді, себебі буфердің шығыс кедергісі шексіз. Біріктірілген бастапқы Norton көзі мен буфердің Norton эквиваленттік тізбегі – шексіз Norton кедергісі бар идеал IA ток көзі.
Typically a current buffer amplifier is used to transform a current signal with a low output impedance from a first circuit into an identical current with high impedance for a second circuit. The interposed buffer amplifier prevents the second circuit from loading the first circuit's current unacceptably and interfering with its desired operation. In the ideal current buffer (Figure 1 bottom), the output impedance is infinite (an ideal current source) and the input impedance is zero (a short circuit). Again, other properties of the ideal buffer are: perfect linearity, regardless of signal amplitudes; and instant output response, regardless of the speed of the input signal. For a current buffer, if the current is transferred unchanged (the current gain βi is 1), the amplifier is again a unity gain buffer; this time known as a current follower because the output current follows or tracks the input current. As an example, consider a Norton source (current IA, parallel resistance RA) driving a resistor load RL. Because of current division (also referred to as "loading") the current delivered to the load is only However, if the Norton source drives a unity gain buffer such as that in Figure 1 (bottom, with unity gain), the current input to the amplifier is IA, with no current division because the amplifier input resistance is zero. At the output the dependent current source delivers current βi IA = IA to the load, again without current division because the output resistance of the buffer is infinite. A Norton equivalent circuit of the combined original Norton source and the buffer is an ideal current source IA with infinite Norton resistance.
Op-amp-ті іске асыру
Бірлік күшейткіш буферін операциялық күшейткішке толық сериялы теріс кері байланыс қолдану арқылы құрастыруға болады (сурет 2), оның шығысын инверттеуші кірісіне қосу және сигнал көзін инверттемейтін кірісіне қосу арқылы (сурет 3). Мұндағы бірлік күшейту кернеудің бірге тең болуын білдіреді (яғни 0 дБ), бірақ ток күшейтудің маңызды болуы күтіледі. Бұл конфигурацияда барлық шығыс кернеуі (β = 1 суретте 2) инверттеуші кіріске кері беріледі. Инверттемейтін кіріс кернеуі мен инверттеуші кіріс кернеуі арасындағы айырмашылық операциялық күшейткішпен күшейтіледі. Бұл қосылым операциялық күшейткішті шығыс кернеуін кіріс кернеуіне тең етіп реттеуге мәжбүр етеді (Vout, Vin-ді қайталайды, сондықтан тізбек операциялық күшейткіштің кернеуін қайталайтын құрылғысы деп аталады). Бұл тізбектің кедерісі кернеудің өзгеруінен емес, операциялық күшейткіштің кіріс және шығыс кедерісінен туындайды. Операциялық күшейткіштің кіріс кедерісі өте жоғары (1 МΩ-тан 10 ТΩ-ға дейін), яғни операциялық күшейткіштің кірісі көзді жүктемейді және одан тек минималды ток алады. Операциялық күшейткіштің шығыс кедерісі өте төмен болғандықтан, ол жүктемені идеалды кернеу көзі ретінде басқарады. Сондықтан буферге және одан жасалған қосылыстар көпірлі қосылыстар болып табылады, олар көздегі қуат тұтынуын, артық жүктемеден, қиылысудан және басқа электромагниттік кедергілерден туындайтын бұрмалауды азайтады.
A unity gain buffer amplifier may be constructed by applying a full series negative feedback (Fig. 2) to an op amp simply by connecting its output to its inverting input, and connecting the signal source to the non inverting input (Fig. 3). Unity gain here implies a voltage gain of one (i. e. 0 dB), but significant current gain is expected. In this configuration, the entire output voltage (β = 1 in Fig. 2) is fed back into the inverting input. The difference between the non inverting input voltage and the inverting input voltage is amplified by the op amp. This connection forces the op amp to adjust its output voltage to simply equal the input voltage (Vout follows Vin so the circuit is named op amp voltage follower). The impedance of this circuit does not come from any change in voltage, but from the input and output impedances of the op amp. The input impedance of the op amp is very high (1 MΩ to 10 TΩ), meaning that the input of the op amp does not load down the source and draws only minimal current from it. Because the output impedance of the op amp is very low, it drives the load as if it were a perfect voltage source. Both the connections to and from the buffer are therefore bridging connections, which reduce power consumption in the source, distortion from overloading, crosstalk and other electromagnetic interference.
Қарапайым транзисторлар схемалары
Басқа бірлікпен күшейту буферлік күшейткіштерге ортақ коллектор конфигурациясындағы биполярлы тоқ транзисторы (эмиттерлік кернеу негіздік кернеуді ұстанатындықтан, немесе кернеуді ұстанатын, себебі шығыс кернеу кіріс кернеуін ұстанады) жатады; ортақ дренаж конфигурациясындағы өріс эффекті транзисторы (шығыс кернеуі қақпа кернеуін ұстанатындықтан, немесе кернеуді ұстанатын, шығыс кернеуі кіріс кернеуін ұстанатындықтан, көз кернеуін ұстанатын) немесе вакуумдық құбырларды (катодтық ұштастырғыш) немесе басқа белсенді құрылғыларды пайдаланатын ұқсас конфигурациялар жатады. Мұндай күшейткіштердің барлығы бірлікке қарағанда сәл аз күшейтуге ие (бірақ жоғалту аз және маңызды емес болуы мүмкін) және тұрақты токқа (DC) қате теңдеуді қосады. Бұл схемаларда тек бір транзистор белсенді құрылғы ретінде көрсетілген (бірақ бұл схемаларға ток көзі үшін де транзисторлар қажет болуы мүмкін).
Other unity gain buffer amplifiers include the bipolar junction transistor in common collector configuration (called an emitter follower because the emitter voltage follows the base voltage, or a voltage follower because the output voltage follows the input voltage); the field effect transistor in common drain configuration (called a source follower because the source voltage follows the gate voltage or, again, a voltage follower because the output voltage follows the input voltage); or similar configurations using vacuum tubes (cathode follower), or other active devices. All such amplifiers actually have a gain of slightly less than unity (though the loss may be small and unimportant) and add a DC offset. Only one transistor is shown as the active device in these schematics (however, the current source these circuits may require transistors too).
MOSFET кернеуді бақылаушыны қолдану арқылы импедансты трансформациялау
5-суреттегі кіші сигнал схемасын қолданып, схемаға қарағандағы импеданс енді RL емес, төмен жиіліктерде шексіз болады, себебі MOSFET ток тартпайды. Жиілік артқан сайын транзисторлардың паразиттік сыйымдылықтары әсер ете бастайды және түрлендірілген кіріс импедансы жиілікпен бірге төмендейді.
Using the small signal circuit in Figure 5, the impedance seen looking into the circuit is no longer RL but instead is infinite (at low frequencies) because the MOSFET draws no current. As frequency is increased, the parasitic capacitances of the transistors come into play and the transformed input impedance drops with frequency.
Бір транзисторлы күшейткіштердің диаграммасы
Бір транзисторлы күшейткіштің кейбір конфигурациялары драйверді жүктемеден оқшаулау үшін буфер ретінде қолданылуы мүмкін. Көптеген цифрлық қолданыстар үшін NMOS кернеуді қайталайтын схема (жалпы ағын) артықшылықты конфигурация болып табылады. Бұл күшейткіштердің кіріс кедергісі жоғары, яғни цифрлық жүйеге үлкен ток берудің қажеті жоқ. Күшейткіш түрі MOSFET (NMOS) BJT (npn) Ескертулер Ортақ қақпа / база Әдетте ток буферлеу үшін қолданылады. Ортақ ағын / коллектор Кернеудің күшейтілуі бірлікке жақын, кернеу буферлеу үшін қолданылады.
Some configurations of single transistor amplifier can be used as a buffer to isolate the driver from the load. For most digital applications, an NMOS voltage follower (common drain) is the preferred configuration. These amplifiers have high input impedance, which means that the digital system will not need to supply a large current. Amplifier type MOSFET (NMOS) BJT (npn) Notes Common gate/base Typically used for current buffering Common drain/collector Voltage gain is close to unity, used for voltage buffering.
Логикалық буферді күшейткіштер
Сызықтық емес буферлік күшейткіш кейде жоғары ток қажет болатын цифрлық тізбектерде қолданылады, мысалы, қолданылатын логикалық отбасының қалыпты тарату мүмкіндігінен артық шлюздерді басқару үшін, немесе дисплейлерді, ұзын сымдарды, немесе басқа қиын жүктемелерді басқару үшін. Бір корпусқа бірнеше дискретті буферлік күшейткіштер орналастырылуы мүмкін. Мысалы, алтылық буфер – бұл 6 буферлік күшейткішті қамтитын бір корпус, ал сегіздік буфер – бұл 8 буферлік күшейткішті қамтитын бір корпус. Инверттеуші буфер және инверттемейтін буфер терминдері тиісінше жоғары токқа қабілетті бір кіретін NOR немесе OR шлюздерімен сәйкес келеді.
A non linear buffer amplifier is sometimes used in digital circuits where a high current is required, perhaps for driving more gates than the normal fan out of the logic family used, or for driving displays, or long wires, or other difficult loads. It is common for a single package to contain several discrete buffer amplifiers. For example, a hex buffer is a single package containing 6 buffer amplifiers, and an octal buffer is a single package containing 8 buffer amplifiers. The terms inverting buffer and non inverting buffer effectively correspond with high current capability single input NOR or OR gates respectively.
Дауыс беруші матрицасының күшейткіштері
Рок-концерттерде қолданылатын сияқты үлкен динамик жүйелерін қозғау үшін қолданылатын күшейткіштердің көпшілігі, динамиктер параллель қосылған төмен кедергілі динамик жүйелеріне жоғары ток бере алатын 26-36 дБ кернеу күшейтуге ие күшейткіштер болып табылады.
The majority of amplifiers used to drive large speaker arrays, such as those used for rock concerts, are amplifiers with 26 36dB voltage gain capable of high amounts of current into low impedance speaker arrays where the speakers are wired in parallel.
Қозғалтқышты күзетшілер
Жетекші қорғағыш, өте жоғары кедергілі сигнал желісін қорғау үшін кернеу буферін қолданады, бұл желіні сол желіге тең кернеумен басқарылатын қалқанмен қоршайды. Буфердің кернеуінің жоғары дәлмелігі қалқанның жоғары кедергілі желіге маңызды токтарды өткізбеуін қамтамасыз етеді, ал қалқанның төмен кедергісі сигнал желісіне әсер ете алатын кез келген шашыраған токтарды сіңіре алады.
A driven guard utilizes a voltage buffer to protect a very high impedance signal line by surrounding the line with a shield driven by a buffer to the same voltage as the line, the close voltage matching of the buffer prevents the shield from leaking significant current into the high impedance line while the low impedance of the shield can absorb any stray currents that could affect the signal line.
Қазіргі буфер үлгілері
Қарапайым бірлік күшейту коэффициентіне ие буферлік күшейткіштерге ортақ базалық схемадағы биполярлы транзистор немесе ортақ шлюз схемасындағы МОП-транзистор (шығыс тогы кіріс тогын қайталағандықтан ток көшбасшысы деп аталады) жатады. Ток буферлік күшейткіштің ток күшейту коэффициенті (шамамен) бірлікке тең.
Simple unity gain buffer amplifiers include the bipolar junction transistor in common base configuration, or the MOSFET in common gate configuration (called a current follower because the output current follows the input current). The current gain of a current buffer amplifier is (approximately) unity.
Қарапайым транзисторлар схемалары
6-суретте ток көзімен (DC эмитер тогы IE деп белгіленеді) тұрақты токпен жабдықталған және екінші DC ток көзін белсенді жүктеме ретінде (DC коллектор тогы IC деп белгіленеді) басқаратын биполярлы ток буфері көрсетілген. Кезектес кіріс сигнал тогы iin, транзистордың эмитерлік түйініне Norton кедергісі RS бар кезектес Norton ток көзі арқылы беріледі. Кезектес шығыс тогы iout, буфер арқылы үлкен байланыстыру конденсаторы арқылы RL жүктемесіне жеткізіледі. Бұл байланыстыру конденсаторы, қызығушылық тудыратын жиіліктерде қысқа тұйықталғанға тең болу үшін жеткілікті үлкен. Транзистордың шығыс кедергісі схеманың кіріс және шығыс жақтарын байланыстыратындықтан, шығыстан кіріске кері кернеудің кері байланысы (өте аз) болады, сондықтан бұл схема бір жақты емес. Сонымен қатар, осы себепті кіріс кедергісі шығыс жүктеме кедергісіне (сәл) тәуелді, ал шығыс кедергісі кіріс драйвер кедергісіне айтарлықтай тәуелді. Толығырақ ақпарат алу үшін жалпы базалық күшейткіш туралы мақалаға қараңыз.
Figure 6 shows a bipolar current buffer biased with a current source (designated IE for DC emitter current) and driving another DC current source as active load (designated IC for DC collector current). The AC input signal current iin is applied to the emitter node of the transistor by an AC Norton current source with Norton resistance RS. The AC output current iout is delivered by the buffer via a large coupling capacitor to load RL. This coupling capacitor is large enough to be a short circuit at frequencies of interest. Because the transistor output resistance connects input and output sides of the circuit, there is a (very small) backward voltage feedback from the output to the input so this circuit is not unilateral. In addition, for the same reason, the input resistance depends (slightly) upon the output load resistance, and the output resistance depends significantly on the input driver resistance. For more detail see the article on common base amplifier.