Projetos de circuito eletrônicoTutorial da EletrônicaBuffer Digital – Funcionamento, Definição, Tabela Verdade, Inversão Dupla, Fan-out

Relacionados

Relacionados

Buffer Digital – Funcionamento, Definição, Tabela Verdade, Inversão Dupla, Fan-out

Um estágio de buffer basicamente um estágio intermediário reforçado que permite que a corrente de entrada atinja a saída sem ser afetada pela carga de saída.

Neste post vamos tentar entender o que são buffers digitais, e vamos dar uma olhada em sua definição, símbolo, tabela verdade, dupla inversão usando a lógica “NOT” gate, digital buffer fan out fan in, tri-state buffer, Tristate buffer switch equivalente, buffer tri-state “HIGH” ativo, buffer tri-state inversor “HIGH” ativo, buffer tri-state de estado “LOW” ativo, buffer tri-state invertido “LOW” ativo, controle de buffer tri-state , controle de barramento de dados de buffer tri-state e, finalmente, teremos uma visão geral dos CIs de buffer digital e buffer tri state comumente disponíveis.

Em um dos posts anteriores aprendemos sobre a porta lógica “NOT” que também é chamada de inversor digital. Em uma porta NOT, a saída é sempre complementar à entrada.

Assim, se a entrada for “HIGH” a saída passa para “LOW”, se a entrada for “LOW” a saída passa para “HIGH”, por isso chama-se inversor.

Pode haver uma situação em que a saída precise ser separada ou isolada da entrada, ou em casos em que a entrada possa ser bastante fraca e precise acionar cargas que exijam corrente mais alta sem inverter a polaridade do sinal usando um relé ou transistor etc. Em tais situações, os buffers digitais tornam-se úteis e são efetivamente aplicados como buffers entre a fonte de sinal e o estágio real do driver de carga.

Essas portas lógicas que podem fornecer saída de sinal igual à entrada e atuar como estágio intermediário de buffer são chamadas de buffer digital.

Um buffer digital não realiza nenhuma inversão do sinal alimentado e também não é um dispositivo de “tomada de decisão”, como a porta lógica “NOT”, mas fornece a mesma saída que a entrada.

Ilustração do buffer digital:

BUFFER DIGITAL

O símbolo acima é semelhante à porta lógica “NOT” sem o “o” na ponta do triângulo, o que significa que não realiza nenhuma inversão.

A equação booleana para o buffer digital é Y = A.

“Y” é a entrada e a saída “A”.

IMG 62456FF5B791B

Tabela verdade:

Dupla Inversão usando portas lógicas “NOT”:

Um buffer digital pode ser construído usando duas portas lógicas “NOT” da seguinte maneira:

CIRCUITO DE BUFFER DIGITAL MOSTRANDO INVERSÃO DUPLA

O sinal de entrada é primeiro invertido pela primeira porta NOT no lado esquerdo e o sinal invertido é então invertido pela próxima porta “NOT” no lado direito, o que torna a saída igual à entrada.

Por que os buffers digitais são usados

Agora você pode estar coçando a cabeça por que o buffer digital existe, ele não faz nenhuma operação como outras portas lógicas, podemos simplesmente jogar o buffer digital fora de um circuito e conectar um pedaço de fio…….correto? Bem, na verdade não.

Aqui está a resposta: Uma porta lógica não requer alta corrente para realizar nenhuma operação. Requer apenas um nível de tensão (5V ou 0V) em baixa corrente é suficiente.

Todos os tipos de portas lógicas suportam principalmente um amplificador embutido para que a saída não dependa dos sinais de entrada. Se colocarmos em cascata duas portas lógicas “NOT” em série, obteremos a mesma polaridade de sinal da entrada no pino de saída, mas com corrente relativamente maior. Em outras palavras, o buffer digital funciona como um amplificador digital.

Um buffer digital pode ser usado como um estágio de isolamento entre os estágios do gerador de sinal e os estágios do driver; também ajuda a evitar que a impedância afete um circuito de outro.

Um buffer digital pode fornecer maior capacidade de corrente que pode ser usada para acionar transistores de comutação de forma mais eficiente.

O buffer digital fornece maior amplificação que também é chamada de capacidade de “fan-out”.

Capacidade de fan-out do buffer digital:

SAÍDA DE BUFFER DIGITAL

ESPALHAM: O fan-out pode ser definido como o número de portas lógicas ou CIs digitais que podem ser acionados em paralelo por um buffer digital (ou qualquer CI digital).

Um buffer digital típico tem fan-out de 10, o que significa que o buffer digital pode acionar 10 ICs digitais em paralelo.

FAN-IN: O fan-in é o número de entradas digitais que podem ser aceitas pela porta lógica digital ou IC digital.

No esquema acima, o buffer digital tem fan-in de 1, o que significa uma entrada. Uma porta lógica “AND” de ‘2 entradas’ tem fan-in de duas e assim por diante.

A partir do esquema acima, um buffer é conectado às 3 entradas de três portas lógicas diferentes.

Se apenas conectarmos um pedaço de fio no lugar do buffer no circuito acima, o sinal de entrada pode não estar com corrente suficiente e fazer com que a tensão caia nos portões e nem reconheça o sinal.

Assim, em conclusão, um buffer digital é usado para amplificar um sinal digital com saída de corrente mais alta.

Buffer de três estados

Agora sabemos o que um buffer digital faz e por que ele existe em circuitos eletrônicos. Esses buffers têm dois estados “HIGH” e “LOW”. Existe outro tipo de buffer chamado “buffer de três estados”.

Este buffer tem um pino adicional chamado “Enable pin”. Usando o pino de habilitação, podemos conectar ou desconectar a saída da entrada eletronicamente.

Como um buffer normal, ele funciona como amplificador digital e dá sinal de saída igual ao sinal de entrada, a única diferença é que a saída pode ser conectada e desconectada eletronicamente pelo pino de habilitação.

Assim, um terceiro estado é introduzido, neste a saída não é “HIGH” nem “LOW”, mas um estado de circuito aberto ou alta impedância na saída e não responderá aos sinais de entrada. Este estado é referido como “HIGH-Z” ou “HI-Z”.

BUFFER TRISTATE

O acima é o circuito equivalente do buffer tri-state. O pino de habilitação pode conectar ou desconectar a saída da entrada.

Existem quatro tipos de buffer Tri-state:
• Buffer Tri-state “HIGH” ativo
• Buffer Tri-state “LOW” ativo
• Buffer Tri-state Inversor “HIGH” ativo
• Buffer Tri-state Inversor “LOW” ativo
Vamos olhar cada um deles sequencialmente.

Buffer tri-state “HIGH” ativo

ESTADO ALTO ATIVO DO BUFFER DIGITAL

No buffer tri-state Active “HIGH” (por exemplo: 74LS241) o pino de saída é conectado ao pino de entrada quando aplicamos “HIGH” ou “1” ou sinal positivo no pino de habilitação.

IMG 62456FF68721F

Se aplicarmos “LOW” ou “0” ou sinal negativo ao pino de habilitação, a saída é desconectada da entrada e vai para o estado “HI-Z”, onde a saída não responderá à entrada e a saída estará no estado de circuito aberto.

Buffer tri-state “LOW” ativo

ESTADO TRI BAIXO AVTIVE

Aqui a saída será conectada à entrada quando aplicarmos “LOW” ou “0” ou sinal negativo no pino de habilitação.
Se aplicarmos “HIGH” ou “1” ou sinal positivo para habilitar o pino, a saída é desconectada da entrada e a saída estará no estado “HI-Z” / estado de circuito aberto.

IMG 62456FF6D10E6

Tabela verdade:

Buffer de três estados inversor “HIGH” ativo

IMG 62456FF702C54

No buffer Tri-state inversor “HIGH” ativo (exemplo: 74LS240), a porta atua como uma porta lógica “NÃO” mas, com o pino de habilitação.

Se aplicarmos “HIGH” ou “1” ou sinal positivo na entrada de habilitação a porta é ativada e atua como uma porta lógica normal “NOT” onde sua saída é inversão/complementar da entrada.
Se aplicarmos “LOW” ou “0” ou sinal negativo ao pino de habilitação, a saída estará em “HI-Z” ou estado de circuito aberto.

IMG 62456FF72A863

Tabela verdade:

Buffer de três estados invertido “LOW” ativo:

ESTADO BAIXO ATIVO DO BUFFER DIGITAL

No buffer Tri-state Inversor “LOW” ativo, a porta atua como uma porta lógica “NOT” mas, com pino de habilitação.

Se aplicarmos “LOW” ou “0” ou sinal negativo para habilitar o pino, a porta se ativa e funciona como uma porta lógica normal “NOT”.
Se aplicarmos “HIGH” ou “1” ou sinal positivo para habilitar o pino, o pino de saída estará no estado “HI-Z” / estado de circuito aberto.

Tabela verdade:

IMG 62456FF77405B

Controle de buffer de três estados:

Do exposto, vimos que um buffer pode fornecer amplificação digital e buffers de três estados podem desconectar completamente sua saída da entrada e fornecer um estado de circuito aberto.

Nesta seção, aprenderemos sobre a aplicação do buffer tri-state e como ele é usado em circuitos digitais para gerenciar a comunicação de dados com eficiência.

Nos circuitos digitais podemos encontrar um barramento de dados/fios transportando dados, eles transportam todos os tipos de dados em um único barramento para reduzir o congestionamento de fiação/reduzir traços de PCB e também reduzir o custo de fabricação.

Em cada extremidade do barramento, vários dispositivos lógicos, microprocessadores e microcontroladores são conectados que tentam se comunicar simultaneamente, criando algo chamado contenção.

A contenção ocorre em um circuito quando alguns dispositivos em um barramento acionam “HIGH” e alguns dispositivos acionam “LOW” simultaneamente, o que causa curto-circuito e danos em um circuito.

O buffer de três estados pode evitar essa contenção e enviar e receber dados adequadamente por meio de um barramento.

CONTROLE DE BARRAMENTO DE DADOS DE BUFFER DE TRÊS ESTADOS:

O buffer tri-state é usado para isolar dispositivos lógicos, microprocessadores e microcontroladores uns dos outros em um barramento de dados. Um decodificador permitirá que apenas um conjunto de buffers de três estados passe dados pelo barramento.

Digamos se o conjunto de dados “A” está conectado a um microcontrolador, o conjunto de dados “B” a um microprocessador e o conjunto de dados “C” a alguns circuitos lógicos.

No esquema acima, todos os buffers são buffers tri-state ativos.

Quando o decodificador define a ENA “HIGH” o conjunto de dados “A” é habilitado, agora o microcontrolador pode enviar dados através do barramento.

O restante dos dois conjuntos de dados “B” e “C” estão em “HI-Z” ou estado de impedância muito alta que isola eletricamente o microprocessador e os circuitos lógicos do barramento, que atualmente é usado pelo microcontrolador.

Quando o decodificador define ENB “HIGH”, o conjunto de dados “B” pode enviar dados pelo barramento e o restante dos conjuntos de dados “A” e “C” são isolados do barramento no estado “HI-Z”. Da mesma forma, para quando o conjunto de dados “C” estiver habilitado.

O barramento de dados é usado por qualquer um dos conjuntos de dados “A” ou “B” ou “C” em um determinado momento para evitar contenção.

Também podemos estabelecer comunicação duplex (bidirecional) conectando dois buffers de três estados em paralelo e na direção oposta. Os pinos de habilitação podem ser usados ​​como controle de direção. Para esse tipo de aplicação, o IC 74245 pode ser utilizado.

Aqui está a lista comumente disponível de buffers digitais e buffers de três estados:

• Tampão Não Inversor Hexagonal 74LS07
• Buffer/Driver Hex 74LS17
• Driver de linha/buffer octal 74LS244
• Tampão Bidirecional Octal 74LS245
• Tampão Não Inversor Hex CD4050
• CD4503 Hex Tri-state Buffer
• Tampão Octal de três estados HEF40244

Isso conclui nossa discussão sobre como funcionam os buffers digitais e suas várias configurações digitais, espero que tenha ajudado você a entender bem os detalhes. Se você tiver mais perguntas ou sugestões, por favor, expresse suas perguntas na seção de comentários, você pode obter uma resposta rápida.

Hashtags: #Buffer #Digital #Funcionamento #Definição #Tabela #Verdade #Inversão #Dupla #Fanout
 

FONTE


Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
Status (Ok Até agora)


Se tiver algum erro coloque nos comentários

Mas se gostou compartilhe!!!

Relacionados