버퍼 증폭기 이해 : 분류, 원칙, 장점, 응용 프로그램

버퍼 증폭기는 신호가 약하거나 왜곡되지 않고 회로의 한 부분에서 다른 부분으로 이동하는 데 도움이됩니다.그들은 물건을 꾸준히 유지하고 신호를 보호하며 모든 것이 부드럽게 함께 작동하도록합니다.이 기사에서는 버퍼 증폭기가 무엇인지, 작동 방식, 사용 가능한 유형, 사용 가능한 위치 및 회로 설계에 중요한 이유를 살펴 봅니다.

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그림 1. 버퍼 증폭기

버퍼 증폭기 개요

종종 버퍼라고 불리는 버퍼 증폭기는 전기 특성을 일치시켜 신호를 한 회로에서 다른 회로로 부드럽게 전송하는 데 도움이됩니다.주요 작업은 신호 소스가 연결된 하중의 영향을받지 않도록하는 것입니다. 그렇지 않으면 전류 또는 전압에 문제가 발생할 수 있습니다.이렇게하면 회로의 한 부분에서 다른 부분으로 이동할 때 신호를 안정적이고 신뢰할 수 있습니다.

간단히 말해서, 버퍼 증폭기는 전력 손실 및 왜곡으로부터 약한 신호를 보호하는 작은 회로입니다.버퍼가 없으면 약한 (고 임피던스) 신호를 강한 (저 임피던스) 하중에 직접 연결하면 신호가 손상 될 수 있습니다.소스와 하중 사이의 임피던스를 일치시켜 버퍼는 최대 전력 전송을 허용하고 원래 신호 모양을 그대로 유지합니다.

버퍼 증폭기 유형

버퍼 증폭기에는 두 가지 유형의 버퍼 증폭기가 있습니다 : 전압 버퍼 및 전류 버퍼.전압 버퍼는 전압을 안정적으로 유지하는 반면, 전류 버퍼는 전류를 안정적으로 유지합니다.회로의 한 부분이 다른 회로에 영향을 미치지 않도록하여 전체 시스템이 더 원활하게 작동합니다.

그림 2. 전류 향상이있는 전압 추종자

전압 버퍼 증폭기

전압 버퍼 증폭기는 입력 전압을 안정적으로 유지하면서 방울이나 교란없이 더 무거운 하중을 구동하도록 설계되었습니다.입력 임피던스가 매우 높기 때문에 소스의 전류와 낮은 출력 임피던스를 거의 끌어 들이지 않으므로 다음 단계에 충분한 전류를 공급할 수 있습니다.이를 통해 민감한 회로를 분리하고 약한 전압 신호가 연결된 장치의 영향을받지 않도록 보호하는 데 적합합니다.

일반적인 전압 버퍼 회로에는 전압 팔로워 (작동 증폭기를 사용하는), 이미 터 파울러 (바이폴라 정션 트랜지스터, BJT) 및 소스 팔로어 (필드 효과 트랜지스터 FET)가 포함됩니다.이 회로는 입력 전압과 밀접하게 일치하는 출력 전압을 생성하는 동시에 더 나은 구동 기능을 제공하는 것을 목표로합니다.

그림 3. 현재 증폭기 다이어그램

전류 버퍼 증폭기

전류 버퍼 증폭기는 전류를 한 회로에서 다른 회로로 전송하는 동시에 두 번째 회로가 첫 번째 회로가 과부하되거나 방해되는 것을 방지하도록 설계되었습니다.전류 제어가 전압보다 중요한 시스템에서 특히 유용합니다.

전류 버퍼는 일반적으로 저 출력 임피던스 소스를 고 입력 임피던스로드에 연결하여 소스가 그 이후의 영향을받지 않고 전류를 전달할 수 있도록합니다.이것은 안정적인 전류 흐름을 유지하고 로딩 효과로 인한 신호 왜곡을 방지합니다.이상적인 전류 버퍼는 입력 임피던스가 0이므로 들어오는 전류와 무한 출력 임피던스에 저항하지 않으므로 하중에 관계없이 동일한 전류를 유지할 수 있습니다.이 증폭기는 종종 아날로그 신호 처리 및 특수 전류 모드 회로에 사용됩니다.

버퍼 증폭기 응용 분야

전압 제어 - 전압을 제어하는 ​​회로에서 버퍼는 출력이 입력을 꾸준히 따르는지 확인하는 데 도움이됩니다.이것은 전압을 안정적으로 유지합니다.

RF (무선 주파수) 시스템 - 버퍼는 RF 회로의 다른 부분을 분리하므로 신호가 서로 방해하지 않습니다.이것은 성능을 향상시키고 왜곡을 줄입니다.

오디오 장치 - 버퍼 증폭기는 마이크, 악기 및 스피커에 사용되어 사운드를 명확하게 유지합니다.그들은 오디오가 강하고 왜곡되지 않도록 신호 레벨과 일치하는 데 도움이됩니다.

센서 회로 - 온도 나 압력을 측정하는 센서와 같은 센서는 종종 약한 신호를 제공합니다.버퍼는 이러한 신호를 강화하여 쉽게 보내거나 읽을 수 있습니다.

데이터 수집 시스템 - 데이터를 측정하거나 수집하는 시스템에서 버퍼는 센서와 리더 사이에 있습니다.그들은 간섭을 방지하여 읽기가 정확한지 확인하는 데 도움이됩니다.

버퍼 증폭기 작동 방식

그림 4. Unity-Gain 버퍼 다이어그램

버퍼 증폭기는 약한 신호를 가져 와서 전압을 변경하지 않고 전달하지만, 그 신호는 회로의 다른 부분을 구동하는 강도를 제공합니다.Unity-Gain 구성에 설정된 OP-AMP (Operational Amplifier)를 사용하여이를 수행합니다. 이는 출력이 거꾸로 (-) 입력에 직접 연결되어 있음을 의미합니다.대조적으로, 입력 신호는 비 반전 (+) 입력에 적용됩니다.이 배열은 출력 전압이 입력 전압과 일치하도록 강제하여 전압 팔로우라고하는 것을 생성합니다.

버퍼는 입력 임피던스가 매우 높기 때문에 소스에서 거의 전류를 끌어 내지 않아 민감한 또는 고 임피던스 소스가 과부하되지 않도록 보호합니다.동시에, 출력 임피던스가 매우 낮아서 회로의 다음에 나오는 모든 것에 더 많은 전류를 전달할 수 있습니다.이 조합은 신호를 그대로 유지하면서 왜곡 또는 전압 강하없이 저 임플런스 하중에 공급할 수있을 정도로 강력합니다.

버퍼 증폭기는 회로의 여러 단계 사이의 임피던스를 변환합니다.특히 약점 센서 또는 신호 소스를 더 많은 전력을 요구하는 구성 요소에 연결할 때 전류 기능을 향상시키는 동시에 전압을 안정적으로 유지합니다.

버퍼 증폭기 장점

장점 :

• 불일치 회로 연결을 돕습니다. 신호 문제를 일으키지 않고 부품을 다른 임피던스와 부드럽게 연결합니다.

• 신호를 깨끗하게 유지합니다 - 다른 회로 섹션을 통과 할 때 신호 왜곡을 방지합니다.

• 입력 보호 - 출력 부하가 신호 소스에 영향을 미치거나 과부하되지 않도록합니다.

• 전력 흐름 향상 - 최소한의 손실로 전력을 다음 단계로보다 효율적으로 전송합니다.

• 회로 단계를 분리 - 간섭을 피하기 위해 입력 및 출력을 전기적으로 분리합니다.

• 안정적인 성능 - 부하가 변경 되더라도 꾸준한 전압을 유지합니다.

단점 :

• 전압 증폭 없음 - 신호 전압을 증가시킬 수 없습니다 - 경주는 입력과 동일합니다.

• 전원 공급 장치가 필요합니다 - 전압을 증폭시키지 않더라도 외부 전원이 작동해야합니다.

• 회로 복잡성 추가 - 간단한 설계에 항상 필요하지 않은 추가 구성 요소가 포함되어 있습니다.

• 고주파수에서 지연을 도입 할 수 있습니다. 매우 빠르거나 고주파 신호로는 잘 작동하지 않을 수 있습니다.

• 제대로 설계되지 않은 경우 가능한 진동 - 잘못된 레이아웃이나 피드백은 원치 않는 신호 동작 또는 노이즈를 유발할 수 있습니다.

결론

버퍼 증폭기는별로 보이지 않을 수 있지만 중요한 작업을 수행합니다. 신호는 회로의 한 부분에서 다른 부분으로 깨끗하게 움직입니다.센서, 오디오 기어 또는 고속 시스템을 사용하든 버퍼는 간섭을 중지하고 약한 신호를 보호하여 더 나은 실행에 도움이됩니다.전압을 높이지는 않지만 회로를 꾸준히 유지하고 모든 것이 올바른 방식으로 연결되어 있도록 도와줍니다.