Una etapa de amortiguación básicamente una etapa intermedia reforzada que permite que la corriente de entrada alcance la salida sin verse afectada por la carga de salida.
En esta publicación intentaremos entender qué son los búferes digitales, y veremos su definición, símbolo, tabla de verdad, doble inversión usando la puerta lógica 'NO', búfer digital, ventilador, entrada, búfer de tres estados, interruptor de búfer de tres estados equivalente, búfer de tres estados activo 'ALTO', búfer de tres estados de inversión 'ALTO' activo, búfer de tres estados de estado 'BAJO' activo, búfer de tres estados de inversión 'BAJO' activo, control de búfer de tres estados , control de bus de datos de búfer de tres estados y, finalmente, haremos una descripción general de los circuitos integrados de búfer digital y de búfer de tres estados comúnmente disponibles.
En una de las publicaciones anteriores aprendimos sobre la puerta lógica “NO” que también se llama inversor digital. En una puerta NOT, la salida es siempre complementaria a la entrada.
Entonces, si la entrada es 'ALTA', la salida se vuelve 'BAJA', si la entrada es 'BAJA', la salida se vuelve 'ALTA', por lo que esto se llama inversor.
Podría haber una situación en la que la salida deba separarse o aislarse de la entrada, o en los casos en que la entrada sea bastante débil y necesite impulsar cargas que requieran una corriente más alta sin invertir la polaridad de la señal mediante un relé, transistor, etc. En tales situaciones, los búferes digitales se vuelven útiles y se aplican de manera efectiva como búfer entre la fuente de señal y la etapa del controlador de carga real.
Tal puertas lógicas que puede entregar una salida de señal igual que la entrada y actuar como una etapa intermedia de búfer se llama búfer digital.
Un búfer digital no realiza ninguna inversión de la señal alimentada y tampoco es un dispositivo de 'toma de decisiones', como la puerta lógica 'NO', pero da la misma salida que la entrada.
Ilustración del búfer digital:
El símbolo anterior es similar a la puerta lógica 'NO' sin la 'o' en la punta del triángulo, lo que significa que no realiza ninguna inversión.
La ecuación booleana para el búfer digital es Y = A.
“Y” es la entrada y la salida “A”.
Mesa de la verdad:
Inversión doble usando puertas lógicas “NO”:
Se puede construir un búfer digital usando dos puertas lógicas 'NO' de la siguiente manera:
La señal de entrada se invierte primero por la primera puerta NO en el lado izquierdo y la señal invertida luego se invierte más por la siguiente puerta 'NO' en el lado derecho, lo que hace que la salida sea la misma que la entrada.
Por qué se utilizan búferes digitales
Ahora puede que se esté rascando la cabeza por qué existe el búfer digital, no realiza ninguna operación como otras puertas lógicas, podríamos simplemente tirar el búfer digital de un circuito y conectar un trozo de cable ... ¿correcto? Bueno en realidad no.
Esta es la respuesta : Una puerta lógica no requiere mucha corriente para realizar ninguna operación. Solo requiere un nivel de voltaje (5V o 0V) a baja corriente es suficiente.
Todos los tipos de puertas lógicas admiten principalmente un amplificador integrado para que la salida no dependa de las señales de entrada. Si conectamos en cascada dos puertas lógicas “NO” en serie, obtenemos la misma polaridad de señal que la entrada en el pin de salida, pero con una corriente relativamente más alta. En otras palabras, el búfer digital funciona como un amplificador digital.
Un búfer digital se puede utilizar como una etapa de aislamiento entre las etapas del generador de señales y las etapas del controlador y también ayuda a evitar que la impedancia afecte a un circuito de otro.
Un búfer digital puede proporcionar una capacidad de corriente más alta que se puede utilizar para impulsar transistores de conmutación de manera más eficiente.
El búfer digital proporciona una mayor amplificación, lo que también se denomina capacidad de 'distribución en abanico'.
Capacidad de distribución de búfer digital:
FAN-OUT : El abanico se puede definir como el número de puertas lógicas o circuitos integrados digitales que se pueden controlar en paralelo mediante un búfer digital (o cualquier circuito integrado digital).
Un búfer digital típico tiene un abanico de 10, lo que significa que el búfer digital puede controlar 10 circuitos integrados digitales en paralelo.
VENTILADOR : El ventilador de entrada es el número de entradas digitales que pueden ser aceptadas por la puerta lógica digital o el IC digital.
En el esquema anterior, el búfer digital tiene un abanico de 1, lo que significa una entrada. Una puerta lógica 'Y' de '2 entradas' tiene un abanico de dos y así sucesivamente.
A partir del esquema anterior, se conecta un búfer a las 3 entradas de tres puertas lógicas diferentes.
Si solo conectamos un trozo de cable en el lugar del búfer en el circuito anterior, es posible que la señal de entrada no tenga suficiente corriente y haga que el voltaje caiga a través de las puertas y es posible que ni siquiera reconozca la señal.
Entonces, en conclusión, se usa un búfer digital para amplificar una señal digital con una salida de corriente más alta.
Búfer de tres estados
Ahora sabemos qué hace un búfer digital y por qué existe en los circuitos electrónicos. Estos búferes tienen dos estados 'ALTO' y 'BAJO'. Existe otro tipo de búfer llamado 'búfer de tres estados'.
Este búfer tiene un pin adicional llamado 'Habilitar pin'. Usando el pin de habilitación podemos conectar o desconectar la salida de la entrada electrónicamente.
Como un búfer normal, funciona como amplificador digital y da la misma señal de salida que la señal de entrada, la única diferencia es que la salida se puede conectar y desconectar electrónicamente mediante el pin de habilitación.
Entonces se introduce un tercer estado, en este la salida no es ni “ALTA” ni “BAJA” sino un estado de circuito abierto o alta impedancia en la salida y no responderá a las señales de entrada. Este estado se conoce como 'HIGH-Z' o 'HI-Z'.
El anterior es el circuito equivalente del búfer de tres estados. El pin de habilitación puede conectar o desconectar la salida de la entrada.
Hay cuatro tipos de búfer de tres estados:
• Búfer triestado 'ALTO' activo
• Búfer triestado “BAJO” activo
• Búfer triestado inversor 'ALTO' activo
• Búfer triestado inversor 'BAJO' activo
Veamos cada uno de ellos secuencialmente.
Búfer de tres estados activo 'HIGH'
En el búfer de tres estados activo 'HIGH' (por ejemplo: 74LS241) el pin de salida se conecta al pin de entrada cuando aplicamos 'HIGH' o '1' o una señal positiva en el pin de habilitación.
Si aplicamos 'LOW' o '0' o una señal negativa al pin de habilitación, la salida se desconecta de la entrada y pasa al estado 'HI-Z' donde la salida no responderá a la entrada y la salida estará en estado de circuito abierto.
Búfer de tres estados 'BAJO' activo
Aquí la salida se conectará a la entrada cuando apliquemos 'LOW' o '0' o señal negativa en el pin de habilitación.
Si aplicamos “ALTO” o “1” o una señal positiva para habilitar el pin, la salida se desconecta de la entrada y la salida estará en estado “HI-Z” / estado de circuito abierto.
Mesa de la verdad:
Búfer triestado inversor activo 'ALTO'
En el búfer triestado inversor 'ALTO' activo (ejemplo: 74LS240), la puerta actúa como puerta lógica 'NO' pero, con el pin de habilitación.
Si aplicamos “HIGH” o “1” o señal positiva en la entrada de habilitación, la puerta se activa y actúa como una puerta lógica normal “NOT” donde su salida es inversión / complementaria de entrada.
Si aplicamos “LOW” o “0” o señal negativa al pin de habilitación, la salida estará en “HI-Z” o en estado de circuito abierto.
Mesa de la verdad:
Búfer triestado inversor 'BAJO' activo:
En el búfer triestado inversor “BAJO” activo, la puerta actúa como una puerta lógica “NO” pero, con el pin de habilitación.
Si aplicamos 'LOW' o '0' o señal negativa para habilitar el pin, la puerta se activa y funciona como una puerta lógica normal 'NO'.
Si aplicamos “ALTO” o “1” o una señal positiva para habilitar el pin, el pin de salida estará en estado “HI-Z” / estado de circuito abierto.
Mesa de la verdad:
Control de búfer de tres estados:
De lo anterior, vimos que un búfer puede proporcionar amplificación digital y los búferes de tres estados pueden desconectar completamente su salida de la entrada y dar un estado de circuito abierto.
En esta sección aprenderemos sobre la aplicación del búfer de tres estados y cómo se usa en circuitos digitales para administrar la comunicación de datos de manera eficiente.
En los circuitos digitales podemos encontrar un bus de datos / cables que transportan datos, transportan todo tipo de datos en un solo bus para reducir la congestión del cableado / reducir los rastros de PCB y también reducir el costo de fabricación.
En cada extremo del bus, se conectan múltiples dispositivos lógicos, microprocesadores y microcontroladores que intentan comunicarse entre sí simultáneamente, lo que crea algo llamado contención.
La contención ocurre en un circuito cuando algunos dispositivos en un bus controlan 'ALTO' y algunos dispositivos controlan 'BAJO' simultáneamente, lo que provoca un cortocircuito y daña un circuito.
El búfer de tres estados puede evitar tal contención y enviar y recibir datos correctamente a través de un bus.
El búfer de tres estados se utiliza para aislar dispositivos lógicos, microprocesadores y microcontroladores entre sí en un bus de datos. Un decodificador permitirá que solo un conjunto de búferes de tres estados pase datos a través del bus.
Digamos si el conjunto de datos 'A' está conectado a un microcontrolador, el conjunto de datos 'B' a un microprocesador y el conjunto de datos 'C' a algunos circuitos lógicos.
En el esquema anterior, todos los búferes son búfer de tres estados alto activo.
Cuando el decodificador configura ENA 'HIGH', el conjunto de datos 'A' está habilitado, ahora el microcontrolador puede enviar datos a través del bus.
El resto de los dos conjuntos de datos 'B' y 'C' están en 'HI-Z' o en un estado de impedancia muy alta que aísla eléctricamente el microprocesador y los circuitos lógicos del bus, que actualmente utiliza el microcontrolador.
Cuando el decodificador establece ENB 'HIGH', el conjunto de datos 'B' puede enviar datos a través del bus y el resto de los conjuntos de datos 'A' y 'C' están aislados del bus en el estado 'HI-Z'. Del mismo modo, para cuando el conjunto de datos 'C' está habilitado.
El bus de datos es utilizado por cualquiera de los conjuntos de datos 'A', 'B' o 'C' en un momento dado para evitar la contención.
También podemos establecer comunicación dúplex (bidireccional) conectando dos búferes de tres estados en paralelo y en dirección opuesta. Los pines de habilitación se pueden utilizar como control de dirección. Para este tipo de aplicaciones, se puede utilizar IC 74245.
Aquí está la lista comúnmente disponible de búferes digitales y búfer de tres estados:
• Búfer no inversora hexagonal 74LS07
• Amortiguador / destornillador hexagonal 74LS17
• Controlador de línea / búfer octal 74LS244
• Buffer bidireccional octal 74LS245
• Búfer no inversora hexagonal CD4050
• Búfer triestado hexadecimal CD4503
• Tampón octal de tres estados HEF40244
Con esto concluye nuestra discusión sobre cómo funcionan los búferes digitales y sus diversas configuraciones digitales, espero que les haya ayudado a comprender bien los detalles. Si tiene más preguntas o sugerencias, exprese sus preguntas en la sección de comentarios; puede obtener una respuesta rápida.
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