Digitális puffer - Munka, Definíció, Igazságtábla, Dupla inverzió, Kihúzás

A puffer szakasz alapvetően egy megerősített köztes szakasz, amely lehetővé teszi a bemeneti áram elérését a kimeneten anélkül, hogy a kimenet terhelése befolyásolná.

Ebben a bejegyzésben megpróbáljuk megérteni, hogy mi a digitális puffer, és megnézzük annak definícióját, szimbólumát, igazságtáblázatát, kettős inverziót a logikai „NOT” kapu, a digitális puffer ventilátor ki ventilátor be, háromállapotú puffer, háromállapotú pufferkapcsoló ekvivalens, aktív „HIGH” háromállapotú puffer, aktív „HIGH” invertáló háromállapotú puffer, aktív „LOW” állapotú háromállapotú puffer, aktív „LOW” invertáló háromállapotú puffer, háromállapotú puffer vezérlés , háromállapotú pufferadatbusz-vezérlés, végül áttekintést készítünk az általánosan elérhető digitális puffer- és háromállapotú puffer IC-kről.

Az egyik korábbi bejegyzésben megismerkedtünk a „NOT” logikai kapuval, amelyet digitális inverternek is neveznek. A NOT kapuban a kimenet mindig kiegészíti a bemenetet.

Tehát, ha a bemenet „HIGH”, akkor a kimenet „LOW” -ra vált, ha a „LOW” bemenetre, a kimenet „HIGH” -ra vált, tehát ezt inverternek hívják.

Előfordulhat olyan helyzet, amikor a kimenetet el kell választani vagy el kell különíteni a bemenettől, vagy olyan esetekben, amikor a bemenet meglehetősen gyenge lehet, és nagyobb áramot igénylő terheléseket kell meghajtania anélkül, hogy relé, tranzisztor stb. Segítségével invertálná a jel polaritását. Ilyen esetekben a digitális pufferek hasznossá válnak, és pufferként hatékonyan alkalmazhatók a jelforrás és a tényleges terhelés-meghajtó szakasz között.

Ilyen logikai kapuk amely a bemenettel megegyező jelkimenetet képes leadni és közbenső puffer fokozatként működhet, digitális puffernek nevezzük.

A digitális puffer nem hajtja végre a betáplált jel inverzióját, és ez sem egy „döntéshozó” eszköz, mint a logikai „NOT” kapu, hanem ugyanazt a kimenetet adja ki, mint a bemenet.

A digitális puffer illusztrációja:

A fenti szimbólum hasonlít a logikai „NOT” kapuhoz a háromszög csúcsán lévő „o” nélkül, ami azt jelenti, hogy nem hajt végre inverziót.

A digitális puffer logikai egyenlete Y = A.

„Y” a bemenet és az „A” kimenet.

Igazság táblázat:

Dupla inverzió logikai „NOT” kapuk használatával:

Digitális puffer felépíthető két logikai „NOT” kapu felhasználásával a következő módon:

A bemeneti jelet először a bal oldali első NOT kapu fordítja meg, majd az invertált jelet a jobb oldali következő „NOT” kapu tovább inverzálja, ami a kimenetet azonosá teszi a bemenettel.

Miért használják a digitális puffereket?

Lehet, hogy vakarja a fejét, hogy miért is létezik a digitális puffer, nem végez semmilyen műveletet, mint más logikai kapuk, csak kidobhatjuk a digitális puffert egy áramkörből, és csatlakoztathatunk egy darab vezetéket ... helyesen? Nos, nem igazán.

Itt a válasz : A logikai kapu nem igényel nagy áramot semmilyen művelet végrehajtásához. Csak feszültségszintre van szükség (5 V vagy 0 V) ​​alacsony áram mellett.

Minden típusú logikai kapu elsősorban egy beépített erősítőt támogat, így a kimenet nem függ a bemeneti jelektől. Ha két logikai „NEM” kaput sorozatosan sorolunk fel, akkor ugyanolyan jelpolaritást kapunk, mint a bemenetnél a kimeneti tüskén, de viszonylag nagyobb árammal. Más szavakkal, a digitális puffer úgy működik, mint egy digitális erősítő.

A digitális puffer izolációs fokozatként használható a jelgenerátor fokozatok és a meghajtó fokozatok között, és segít megelőzni az egyik áramkört a másikból származó impedanciát.

A digitális puffer nagyobb áramkapacitást tud biztosítani, amely hatékonyabban használható a tranzisztorok kapcsolására.

A digitális puffer nagyobb erősítést biztosít, amelyet „fan-out” képességnek is neveznek.

Digitális puffer-kifúvási képesség:

VENTILÁTOR : A fan-out meghatározható azon logikai kapuk vagy digitális IC-k számaként, amelyeket digitális puffer (vagy bármely digitális IC) párhuzamosan vezethet.

Egy tipikus digitális puffer 10-es ventilátorral rendelkezik, ami azt jelenti, hogy a digitális puffer 10 digitális IC-t képes párhuzamosan meghajtani.

VENTILÁTOR : A fan-in a digitális bemenetek száma, amelyeket a digitális logikai kapu vagy a digitális IC képes elfogadni.

A fenti sematikus ábrán a digitális puffer ventilátora 1, ami egy bemenetet jelent. A „2 bemenetű” logikai „ÉS” kapun két-két ventilátor van, és így tovább.

A fenti vázlatból egy puffert csatlakoztatunk három különböző logikai kapu 3 bemenetéhez.

Ha csak csatlakoztatunk egy drótdarabot a puffer helyére a fenti áramkörben, akkor a bemeneti jel lehet, hogy nincs elegendő árammal, és a feszültség esését okozza a kapukon, és esetleg nem is ismeri fel a jelet.

Összefoglalva tehát egy digitális puffert használnak a nagyobb áramú kimenettel rendelkező digitális jel erősítésére.

Háromállapotú puffer

Most már tudjuk, mit csinál a digitális puffer, és miért létezik az elektronikus áramkörökben. Ezeknek a puffereknek két állapota van: „HIGH” és „LOW”. Van egy másik típusú puffer, az úgynevezett „Tri-state buffer”.

Ennek a puffernek van egy további csapja, az úgynevezett „pin engedélyezése”. Az engedélyező tű segítségével elektronikusan csatlakoztathatjuk vagy leválaszthatjuk a kimenetet a bemenetről.

Mint egy normál puffer, digitális erősítőként működik, és ugyanolyan kimeneti jelet ad, mint a bemeneti jel, az egyetlen különbség az, hogy a kimenetet az engedélyező tüske elektronikusan és szétkapcsolhatja.

Tehát bevezetünk egy harmadik állapotot, amelyben a kimenet nem „HIGH” és „LOW”, hanem nyitott áramkör vagy nagy impedancia a kimeneten, és nem reagál a bemeneti jelekre. Ezt az állapotot „HIGH-Z” vagy „HI-Z” néven említik.

A fenti a háromállapotú puffer egyenértékű áramköre. Az engedélyező tű csatlakoztathatja vagy leválaszthatja a kimenetet a bemenetről.

Négyféle háromállapotú puffer létezik:
• Aktív „HIGH” háromállapotú puffer
• Aktív „LOW” háromállapotú puffer
• Aktív „HIGH” invertáló háromállapotú puffer
• Aktív „LOW” invertáló háromállapotú puffer
Nézzük meg mindegyiket egymás után.

Aktív „HIGH” háromállapotú puffer

Az aktív „HIGH” háromállapotú pufferben (például: 74LS241) a kimeneti tű csatlakozik a bemeneti tűhöz, ha „HIGH” vagy „1” vagy pozitív jelet adunk az engedélyező csapra.

Ha „LOW” vagy „0” vagy negatív jelet alkalmazunk az engedélyező tüskére, a kimenet lekapcsolódik a bemenetről és „HI-Z” állapotba kerül, ahol a kimenet nem reagál a bemenetre, és a kimenet nyitott áramkör állapotban lesz.

Aktív „LOW” háromállapotú puffer

Itt a kimenet a bemenethez lesz csatlakoztatva, amikor az „LOW” vagy „0” vagy negatív jelet alkalmazzuk az engedélyező tüskén.
Ha 'HIGH' vagy '1' vagy pozitív jelet adunk a tű engedélyezéséhez, akkor a kimenetet leválasztjuk a bemenetről, és a kimenet 'HI-Z' állapotban / nyitott áramkör állapotban lesz.

Igazság táblázat:

Aktív „HIGH” invertáló háromállapotú puffer

Aktív „HIGH” invertáló háromállapotú pufferben (példa: 74LS240) a kapu logikai „NEM” kapuként működik, hanem az engedélyező tűvel.

Ha „HIGH” vagy „1” vagy pozitív jelet adunk az engedélyező bemenetre, akkor a kapu aktiválódik és úgy viselkedik, mint egy szabályos logikai „NOT” kapu, ahol a kimenete inverzió / kiegészítő bemenet.
Ha „LOW” vagy „0” vagy negatív jelet alkalmazunk az engedélyező csapra, a kimenet „HI-Z” vagy nyitott áramkör állapotban lesz.

Igazság táblázat:

Aktív „LOW” invertáló háromállapotú puffer:

Aktív „LOW” invertáló háromállapotú pufferben a kapu logikai „NEM” kapuként működik, de engedélyezési tűvel.

Ha 'LOW' vagy '0' vagy negatív jelet alkalmazunk a pin engedélyezéséhez, akkor a kapu aktiválódik és úgy működik, mint a szokásos logikai 'NOT' kapu.
Ha „HIGH” vagy „1” vagy pozitív jelet adunk a tű engedélyezéséhez, akkor a kimeneti tű „HI-Z” állapotban / nyitott áramkör állapotban lesz.

Igazság táblázat:

Háromállapotú puffer vezérlés:

A fentiekből azt láttuk, hogy egy puffer képes digitális erősítést biztosítani, a háromállapotú pufferek pedig teljesen leválaszthatják a kimenetét a bemenetről és nyitott áramkör állapotot adhatnak.

Ebben a szakaszban megismerhetjük a háromállapotú puffer alkalmazását és annak felhasználását a digitális áramkörökben az adatkommunikáció hatékony kezelésére.

A digitális áramkörökben találhatunk adatot hordozó adatbuszt / vezetékeket, amelyek mindenféle adatot egyetlen buszban hordoznak, hogy csökkentsék a vezetékek torlódását / csökkentsék a NYÁK nyomát és csökkentsék a gyártási költségeket is.

A busz mindkét végén több logikai eszköz, mikroprocesszor és mikrovezérlő van csatlakoztatva, amelyek megpróbálják egyszerre kommunikálni egymással, ami úgynevezett versengést hoz létre.

A versengés akkor fordul elő, amikor egy busz egyes eszközei egyidejűleg „HIGH”, egyesek pedig „LOW” hajtanak, ami rövidzárlatot és károsodást okoz az áramkörben.

A háromállapotú puffer elkerülheti az ilyen vitákat, és megfelelően küldhet és fogadhat adatokat buszon keresztül.

A háromállapotú puffert a logikai eszközök, a mikroprocesszorok és a mikrovezérlők elkülönítésére használják egy adatbuszban. A dekóder lehetővé teszi, hogy csak egy háromállapotú puffer halmaza továbbítsa az adatokat a buszon.

Mondjuk, ha az „A” adatkészlet mikrokontrollerhez van csatlakoztatva, a „B” adatkészlet mikroprocesszorhoz és a „C” adatkészlet egyes logikai áramkörökhöz.

A fenti sematikus ábrán az összes puffer aktív, magas háromállapotú puffer.

Amikor a dekóder beállítja az ENA „HIGH” beállítást, az „A” adatkészlet engedélyezve van, most a mikrovezérlő adatokat küldhet a buszon keresztül.

A két „B” és „C” adatkészlet többi része „HI-Z” vagy nagyon nagy impedanciájú állapotban van, amely elektromosan izolálja a mikroprocesszort és a logikai áramköröket a buszról, amelyet jelenleg a mikrovezérlő használ.

Amikor a dekóder beállítja az ENB „HIGH” beállítást, a „B” adatkészlet adatokat küldhet a buszon, és az „A” és „C” adatsorok többi részét „HI-Z” állapotban leválasztják a buszról. Hasonlóképpen, amikor a „C” adatkészlet engedélyezve van.

Az adatbuszt az „A”, „B” vagy „C” adatsorok bármelyike ​​használja egy adott időpontban a viták megakadályozása érdekében.

Duplex (kétirányú) kommunikációt is létrehozhatunk két háromállapotú puffer párhuzamos és ellentétes irányú összekapcsolásával. Az engedélyező csapok irányvezérlésként használhatók. Ilyen alkalmazásokhoz az IC 74245 használható.

Itt található a digitális pufferek és a háromállapotú pufferek általánosan elérhető listája:

• 74LS07 Hex nem invertáló puffer
• 74LS17 Hex puffer / meghajtó
• 74LS244 oktális puffer / vonalvezetõ
• 74LS245 Octal kétirányú puffer
• CD4050 Hex nem invertáló puffer
• CD4503 Hex háromállapotú puffer
• HEF40244 háromállapotú oktális puffer

Ezzel lezárul a digitális pufferek működéséről és azok különböző digitális konfigurációiról folytatott beszélgetésünk, remélem, hogy ez segített megérteni a részleteket. Ha további kérdése vagy javaslata van, kérjük, fejtse ki kérdéseit a megjegyzés részben, és gyors választ kaphat.