Buffer Digital - Bekerja, Definisi, Tabel Kebenaran, Pembalikan Ganda, Fan-out

Tahap penyangga pada dasarnya adalah tahap perantara yang diperkuat yang memungkinkan arus masukan mencapai keluaran tanpa terpengaruh oleh pembebanan keluaran.

Dalam posting ini kita akan mencoba untuk memahami apa itu buffer digital, dan kita akan melihat definisi, simbol, tabel kebenaran, inversi ganda menggunakan gerbang logika 'NOT', kipas kipas digital fan out, buffer tri-state, tri-state buffer switch ekuivalen, Buffer tri-state 'TINGGI' aktif, Buffer tri-state pembalik aktif 'HIGH', Buffer tri-state 'RENDAH' aktif, Buffer tri-state 'RENDAH' aktif, kontrol buffer tri-state , kontrol bus data buffer tri-state dan akhirnya kita akan mengambil gambaran umum tentang buffer digital dan IC buffer tri-state yang tersedia secara umum.

Pada salah satu postingan sebelumnya kita telah mempelajari tentang gerbang logika “NOT” yang disebut juga dengan inverter digital. Dalam sebuah gerbang NOT, keluaran selalu melengkapi masukan.

Jadi, jika input “HIGH” maka output berubah menjadi “LOW”, jika input “LOW” maka output berubah menjadi “HIGH”, sehingga disebut inverter.

Mungkin ada situasi di mana output perlu dipisahkan atau diisolasi dari input, atau dalam kasus di mana input mungkin cukup lemah dan perlu mendorong beban yang membutuhkan arus lebih tinggi tanpa membalik polaritas sinyal menggunakan relai, atau transistor dll. Dalam situasi seperti itu, buffer digital menjadi berguna dan diterapkan secara efektif sebagai buffer antara sumber sinyal dan tahap driver beban yang sebenarnya.

Seperti itu gerbang logika yang dapat mengirimkan keluaran sinyal sama seperti masukan dan bertindak sebagai tahap penyangga perantara disebut penyangga digital.

Sebuah buffer digital tidak melakukan inversi apapun dari sinyal yang diumpankan dan ini juga bukan merupakan perangkat 'pengambilan keputusan', seperti gerbang logika “NOT”, tetapi memberikan keluaran yang sama sebagai masukan.

Ilustrasi Digital Buffer:

Simbol di atas mirip dengan gerbang logika “NOT” tanpa tanda “o” di ujung segitiga, yang berarti tidak melakukan inversi.

Persamaan Boolean untuk buffer digital adalah Y = A.

“Y” adalah masukan dan keluaran “A”.

Meja kebenaran:

Pembalikan Ganda menggunakan gerbang logika “NOT”:

Buffer digital dapat dibangun menggunakan dua gerbang logika 'NOT' dengan cara berikut:

Sinyal input pertama kali dibalik oleh gerbang NOT pertama di sisi kiri dan sinyal terbalik selanjutnya dibalik oleh gerbang “NOT” berikutnya di sisi kanan, yang membuat output sama dengan input.

Mengapa Buffer Digital Digunakan

Sekarang Anda mungkin akan menggaruk-garuk kepala Anda mengapa penyangga digital itu ada, ia tidak melakukan operasi apa pun seperti gerbang logika lainnya, kita hanya dapat membuang penyangga digital keluar dari rangkaian dan menghubungkan sepotong kabel ……. Benar? Tidak juga.

Inilah jawabannya : Gerbang logika tidak memerlukan arus tinggi untuk melakukan operasi apa pun. Ini hanya membutuhkan level tegangan (5V atau 0V) pada arus rendah sudah cukup.

Semua jenis gerbang logika terutama mendukung penguat bawaan sehingga keluarannya tidak tergantung pada sinyal masukan. Jika kita menggabungkan dua gerbang logika “NOT” secara seri, kita mendapatkan polaritas sinyal yang sama seperti input pada pin keluaran tetapi, dengan arus yang relatif lebih tinggi. Dengan kata lain buffer digital bekerja seperti amplifier digital.

Buffer digital dapat digunakan sebagai tahap isolasi antara tahap generator sinyal dan tahap driver juga membantu mencegah impedansi mempengaruhi satu rangkaian dari yang lain.

Buffer digital dapat memberikan kemampuan arus yang lebih tinggi yang dapat digunakan untuk menggerakkan transistor switching dengan lebih efisien.

Buffer digital memberikan amplifikasi yang lebih tinggi yang juga disebut kemampuan 'fan-out'.

Kemampuan fan-out buffer digital:

FAN-OUT : Fan-out dapat didefinisikan sebagai jumlah gerbang logika atau IC digital yang dapat digerakkan secara paralel oleh buffer digital (atau IC digital lainnya).

Buffer digital tipikal memiliki fan-out 10, yang berarti buffer digital dapat menggerakkan 10 IC digital secara paralel.

KIPAS : Fan-in adalah jumlah input digital yang dapat diterima oleh gerbang logika digital atau IC digital.

Pada skema di atas buffer digital memiliki fan-in 1, yang berarti satu input. Gerbang logika 'DAN' dengan logika '2 masukan' memiliki dua kipas dan seterusnya.

Dari skema di atas, buffer dihubungkan ke 3 input dari tiga gerbang logika yang berbeda.

Jika kita hanya menghubungkan sepotong kabel sebagai pengganti buffer pada rangkaian di atas, sinyal input mungkin tidak memiliki arus yang cukup dan menyebabkan tegangan turun melintasi gerbang dan bahkan mungkin tidak mengenali sinyalnya.

Jadi kesimpulannya buffer digital digunakan untuk memperkuat sinyal digital dengan keluaran arus yang lebih tinggi.

Buffer Tri-state

Sekarang kita tahu apa fungsi buffer digital dan mengapa buffer itu ada di sirkuit elektronik. Buffer ini memiliki dua status 'HIGH' dan 'LOW'. Ada jenis buffer lain yang disebut 'buffer tri-state'.

Buffer ini memiliki pin tambahan yang disebut 'Enable pin'. Menggunakan pin pengaktifan kita dapat menghubungkan atau memutuskan keluaran dari masukan secara elektronik.

Seperti buffer biasa, ia bekerja sebagai penguat digital dan memberikan sinyal keluaran yang sama dengan sinyal masukan, satu-satunya perbedaan adalah bahwa keluaran dapat dihubungkan secara elektronik dan diputus oleh pin pengaktifan.

Jadi keadaan ketiga diperkenalkan, dalam hal ini keluarannya bukan 'TINGGI' atau 'RENDAH' tetapi keadaan rangkaian terbuka atau impedansi tinggi pada keluaran dan tidak akan menanggapi sinyal masukan. Keadaan ini disebut sebagai 'HIGH-Z' atau 'HI-Z'.

Di atas adalah rangkaian ekuivalen dari buffer tri-state. Pin pengaktifan dapat menghubungkan atau memutuskan keluaran dari masukan.

Ada empat jenis buffer Tri-state:
• Buffer tri-state 'TINGGI' yang aktif
• Buffer tri-state “LOW” aktif
• Buffer Tri-state Pembalikan 'HIGH' yang aktif
• Buffer Tri-state Pembalikan 'LOW' yang aktif
Mari kita lihat masing-masing secara berurutan.

Buffer tri-state 'HIGH' yang aktif

Dalam buffer tri-state 'HIGH' Aktif (misalnya: 74LS241) pin output terhubung ke pin input ketika kita menerapkan sinyal 'HIGH' atau '1' atau positif pada pin pengaktifan.

Jika kita menerapkan 'LOW' atau '0' atau sinyal negatif ke pin pengaktifan, keluaran akan terputus dari masukan dan beralih ke status 'HI-Z' di mana keluaran tidak akan merespons masukan dan keluaran akan dalam keadaan rangkaian terbuka.

Buffer tri-state 'LOW' yang aktif

Di sini output akan terhubung ke input ketika kita menerapkan 'LOW' atau '0' atau sinyal negatif pada pin pengaktifan.
Jika kita menerapkan 'TINGGI' atau '1' atau sinyal positif untuk mengaktifkan pin, output terputus dari input dan output akan berada dalam keadaan 'HI-Z' / keadaan sirkuit terbuka.

Meja kebenaran:

Buffer Tri-state Pembalik Aktif 'TINGGI'

Dalam buffer Tri-state pembalik aktif 'TINGGI' (contoh: 74LS240), gerbang bertindak sebagai gerbang logika 'NOT' tetapi, dengan pin pengaktifan.

Jika kita menerapkan 'TINGGI' atau '1' atau sinyal positif pada input yang memungkinkan, gerbang akan diaktifkan dan bertindak seperti gerbang logika 'TIDAK' biasa di mana outputnya adalah inversi / pelengkap dari input.
Jika kita menerapkan sinyal 'LOW' atau '0' atau negatif ke pin pengaktifan, output akan berada dalam status 'HI-Z' atau sirkuit terbuka.

Meja kebenaran:

Buffer Tri-state Pembalikan 'LOW' yang aktif:

Dalam buffer Tri-state Pembalikan 'LOW' yang aktif, gerbang bertindak sebagai gerbang logika 'NOT' tetapi, dengan pin pengaktifan.

Jika kita menerapkan “LOW” atau “0” atau sinyal negatif untuk mengaktifkan pin, gerbang akan aktif dan bekerja seperti gerbang logika “NOT” biasa.
Jika kita menerapkan 'HIGH' atau '1' atau sinyal positif untuk mengaktifkan pin, pin output akan berada dalam status 'HI-Z' / kondisi sirkuit terbuka.

Meja kebenaran:

Kontrol Buffer Tri-state:

Dari penjelasan di atas kita melihat bahwa buffer dapat memberikan amplifikasi digital dan buffer tri-state dapat sepenuhnya memutuskan outputnya dari input dan memberikan status rangkaian terbuka.

Pada bagian ini kita akan belajar tentang aplikasi buffer tri-state dan bagaimana penggunaannya dalam rangkaian digital untuk mengelola komunikasi data secara efisien.

Di sirkuit digital kita dapat menemukan bus data / kabel yang membawa data, mereka membawa semua jenis data dalam satu bus untuk mengurangi kemacetan kabel / mengurangi jejak PCB dan juga mengurangi biaya produksi.

Di setiap ujung bus, beberapa perangkat logika, mikroprosesor, dan mikrokontroler terhubung yang mencoba untuk berkomunikasi satu sama lain secara bersamaan yang menciptakan sesuatu yang disebut pertengkaran.

Pertengkaran terjadi di sirkuit ketika beberapa perangkat di bus mendorong 'TINGGI' dan beberapa perangkat mendorong 'RENDAH' secara bersamaan yang menyebabkan korsleting dan menyebabkan kerusakan di sirkuit.

Buffer tri-state dapat menghindari perselisihan seperti itu dan mengirim serta menerima data dengan benar melalui bus.

Buffer tri-state digunakan untuk mengisolasi perangkat logika, mikroprosesor, dan mikrokontroler dari satu sama lain dalam bus data. Decoder akan mengizinkan hanya satu set buffer tri-state untuk melewatkan data melalui bus.

Katakanlah jika kumpulan data 'A' terhubung ke mikrokontroler, kumpulan data 'B' ke mikroprosesor dan kumpulan data 'C' ke beberapa sirkuit logika.

Dalam skema di atas semua buffer adalah buffer tri-state tinggi yang aktif.

Ketika decoder menyetel ENA 'HIGH', set data 'A' diaktifkan, sekarang mikrokontroler dapat mengirim data melalui bus.

Sisa dari dua kumpulan data 'B' dan 'C' berada dalam 'HI-Z' atau keadaan impedansi sangat tinggi yang secara elektrik mengisolasi mikroprosesor dan rangkaian logis dari bus, yang saat ini digunakan oleh mikrokontroler.

Ketika decoder menetapkan ENB 'HIGH', kumpulan data 'B' dapat mengirim data melalui bus dan set data 'A' dan 'C' lainnya diisolasi dari bus dalam status 'HI-Z'. Demikian pula, saat kumpulan data 'C' diaktifkan.

Bus data digunakan oleh siapa pun dari kumpulan data 'A' atau 'B' atau 'C' pada waktu tertentu untuk mencegah perselisihan.

Kami juga dapat membangun komunikasi dupleks (dua arah) dengan menghubungkan dua buffer tri-state secara paralel dan dalam arah yang berlawanan. Pin aktif dapat digunakan sebagai kontrol arah. Untuk aplikasi semacam itu, IC 74245 dapat digunakan.

Berikut adalah daftar buffer digital dan buffer Tri-state yang umumnya tersedia:

• 74LS07 Hex Buffer Non-pembalik
• 74LS17 Hex Buffer / Driver
• 74LS244 Octal Buffer / Line Driver
• 74LS245 Octal Bi-directional Buffer
• Buffer Non-pembalik CD4050 Hex
• Buffer Tri-state CD4503 Hex
• HEF40244 Tri-state Octal Buffer

Ini mengakhiri pembahasan kita tentang cara kerja buffer digital, dan berbagai konfigurasi digitalnya, saya harap ini membantu Anda memahami detailnya dengan baik. Jika Anda memiliki pertanyaan atau saran lebih lanjut, silakan ungkapkan pertanyaan Anda di bagian komentar, Anda mungkin mendapatkan balasan cepat.