Un amplificateur tampon se place entre une source de signal et une charge pour empêcher le signal de tomber ou de changer de forme. Il protège le signal plutôt que d’augmenter la tension. Il utilise une forte impédance d’entrée pour tirer peu de courant et une faible impédance de sortie pour entraîner l’étage suivant avec moins de chute de tension. Cet article fournit des informations sur les types de tampons, les circuits et les cas d’utilisation.
Aperçu de l’amplificateur tampon
Un amplificateur tampon est un étage placé entre une source de signal et une charge afin d’empêcher que le signal ne soit modifié ou affaibli. Son objectif principal n’est pas d’augmenter la tension, mais de faire passer le signal d’un étage à l’autre tout en maintenant son niveau et sa forme stables. Il y parvient en ayant une forte impédance d’entrée, ce qui lui permet de tirer peu de courant de la source, et d’une faible impédance de sortie pour pouvoir alimenter la charge sans une forte chute de tension. Cette combinaison aide à maintenir un transfert de signal stable et prévisible, même lorsque la température, la fréquence ou les conditions de charge changent.
Amplificateurs tampons de tension vs courant
| Type de tampon | Ce qu’il préserve | Impédance d’entrée |
|---|---|---|
| Tampon de tension | Tension (sortie après l’entrée) | Très haut |
| Tampon actuel | Courant (sortie suit l’entrée) | Low (concept de conception) |
Amplificateurs tampons de tension
Suiveur de tension d’ampli opérationnel (tampon de tension à gain unitaire)
Un suiveur de tension d’ampli-op est un moyen de construire un amplificateur tampon. Dans ce circuit, la sortie de l’ampli op est directement connectée à l’entrée inverseuse, et le signal est appliqué à l’entrée non inverseuse. Cette rétroaction force la tension de sortie à suivre la tension d’entrée. Le circuit n’augmente pas le niveau du signal, mais sépare la source de la charge, aidant à maintenir la forme et la taille du signal stables pendant qu’il est transmis d’un étage à l’autre. Caractéristiques principales :
• Vout ≈ Vin (gain de tension proche de 1)
• Impédance d’entrée très élevée
• Impédance de sortie très faible
• Aide à maintenir le niveau de signal lors de la conduite de différentes charges
Circuits tampons de tension à transistors
Suiveur d’émetteur BJT
• Agit comme un tampon de tension avec un gain proche de 1
• Offre un gain de courant élevé pour entraîner des charges plus lourdes
• La tension de sortie est approximativement la tension d’entrée moins la VBE
• Utilise un circuit simple avec peu de pièces externes
Suivi de source MOSFET
• Fonctionne comme tampon de tension avec un gain proche de 1
• A une impédance d’entrée extrêmement élevée, ce qui lui permet d’absorber un courant d’entrée minimal
• Impose une charge minimale à l’étage précédent
• La sortie suit l’entrée moins VGS, ce qui dépend du MOSFET et du point de fonctionnement
Tampon de Darlington
• Combine deux BJT pour former un tampon de tension plus fort
• Offre un gain de courant effectif très élevé
• Peut fournir plus de courant à la charge qu’un seul étage de transistor
• A une chute de tension plus élevée, environ deux fois le VBE, et une réponse légèrement plus lente qu’un seul étage BJT
Étapes de tampon logique CMOS dans les systèmes numériques
Dans les circuits numériques, les étages tampons CMOS agissent comme de simples amplificateurs tampons pour les signaux logiques. Ils reçoivent un 0 ou un 1 numérique et délivrent une version plus puissante du même signal
à la sortie. Cela aide à maintenir des niveaux logiques clairs, réduit l’effet de charge de nombreuses entrées et supporte les signaux qui doivent parcourir des chemins plus longs sur une carte ou entre des parties du système. Ces tampons servent à restaurer des niveaux logiques propres, augmenter la puissance du disque, améliorer les temps de montée et de descente du signal, réduire la charge sur les étages à faible consommation et supporter les signaux circulant sur de longues pistes ou câbles de PCB.
Circuits tampons de courant et miroirs de courant
Tampons de courant de transistor discrets
• Construit à partir d’un ou plusieurs transistors avec des résistances pour régler et stabiliser le courant
• Fournir un courant de sortie à peu près constant sur une plage de conditions de charge
• Souvent utilisé pour le contrôle simple du courant de charge et les chemins de polarisation dans les circuits analogiques
• La précision et la stabilité dépendent du choix de l’appareil, de la plage d’alimentation et du comportement de température
Miroirs de courant comme tampons de courant
| Fonctionnalité | Bénéfice | Utilisations |
|---|---|---|
| Copie exacte du courant | Maintient le courant de sortie proche d’une référence fixe | Circuits de polarisation pour étages d’amplification |
| Point de fonctionnement stable | Maintient les courants stables sur l’alimentation et les variations de température | Stades différentiels et de gain |
| Mise à l’échelle facile du courant | Prenons un ensemble de référence de plusieurs courants apparentés | Circuits analogiques multi-branches sur une seule puce |
Amplificateurs tampons de puissance pour piloter des charges lourdes
Les amplificateurs tampons de puissance sont utilisés pour alimenter des charges nécessitant un courant élevé ou ayant une faible impédance, tout en maintenant le signal d’entrée presque inchangé. Ils sont souvent construits avec des étages de sortie capables de pousser et tirer plus de courant qu’un étage de signal nu. Un tampon de puissance est conçu pour fournir un courant de sortie fort, gérer la chaleur en toute sécurité et rester stable même lorsque la charge inclut des bobines ou des condensateurs. Cela permet à la source du signal d’origine de rester protégée pendant que la charge reçoit l’énergie dont elle a besoin.
Amplificateurs tampons haute vitesse pour signaux rapides et ADC
| Paramètre | Pourquoi cela compte |
|---|---|
| Bande passante | Maintient le niveau du signal précis aux hautes fréquences |
| Taux de mort | Laissez la sortie suivre des variations de tension rapides sans erreur perceptible |
| Installation | |
| Temps | Aide la sortie à atteindre rapidement sa valeur finale avant d’être mesurée |
| Capacitive | |
| Stabilité | Empêche les oscillations indésirables lors de l’entraînement de circuits à capacité |
Amplificateurs tampons différentiels pour signaux sensibles au bruit
Un amplificateur tampon différentiel fonctionne avec deux signaux d’entrée de polarité opposée. Il se concentre sur la différence entre les deux signaux et ignore le bruit présent sur les deux lignes. Cela aide à garder le signal plus propre lorsqu’il traverse des parties d’un circuit pouvant capter des interférences ou lorsqu’il doit parcourir une certaine distance.
Avantages
• Répond à la différence entre deux signaux d’entrée
• Réduit l’effet du bruit apparaissant sur les deux entrées
• Aide à maintenir un niveau de signal stable dans des environnements bruyants
• Prend en compte un transfert de signal précis avant un traitement ultérieur
Choisir le bon amplificateur tampon
• Utiliser un suiveur de tension lorsque vous souhaitez maintenir le même niveau de tension et séparer la source de la charge.
• Utiliser un tampon de courant ou un miroir de courant lorsque vous devez maintenir un courant de définition ou copier un courant de référence dans une autre branche.
• Utiliser un amplificateur tampon de puissance lorsque la charge a une faible impédance ou nécessite beaucoup de courant, et l’étage doit supporter la chaleur supplémentaire en toute sécurité.
• Utiliser un tampon à haute vitesse lorsque le circuit fonctionne avec des hautes fréquences ou des bords de signal rapides, afin que la sortie puisse suivre l’entrée rapidement et proprement.
• Utiliser un amplificateur tampon différentiel lorsque les signaux traversent des zones bruyantes ou de longs câbles, afin de réduire le bruit sur les deux lignes.
Conclusion
Les amplificateurs tampons maintiennent l’intégrité du signal en isolant une source d’une charge. Les tampons de tension (suiveurs d’ampli op, suiveurs d’émetteurs BJT, suiveurs de source MOSFET, étages Darlington et tampons logiques CMOS) maintiennent une tension constante tout en améliorant l’entraînement. Les tampons de courant et les miroirs de courant maintiennent le courant contrôlé et reproductible. Les tampons de puissance alimentent des charges à faible impédance avec un courant plus élevé. Les tampons haute vitesse se concentrent sur la bande passante, la vitesse de tournage, le décantation et la stabilité capacitive. Les tampons différentiels réduisent le bruit partagé.
Foire aux questions [FAQ]
Q1. Quel est le courant de polarisation d’entrée dans un amplificateur tampon ?
Le courant de polarisation d’entrée est un petit courant continu qui s’intègre dans l’entrée tampon. Cela peut générer une erreur de tension lorsque la source du signal présente une forte résistance.
Q2. Un amplificateur tampon ajoute-t-il du bruit ?
Oui. Un tampon ajoute un peu de bruit provenant de ses dispositifs internes et de ses résistances. Cela peut être le plus important avec de petits signaux.
Q3. Que se passe-t-il si la charge a besoin de plus de courant que ce que le tampon peut fournir ?
La sortie peut s’affaisser, cliquer ou se déformer. Le tampon peut également chauffer ou déclencher une protection contre la limitation de courant.
Q4. Un amplificateur tampon peut-il osciller ou sonner ?
Oui. De fortes charges capacitives peuvent provoquer un bourdonnement ou une oscillation si le tampon n’est pas stable avec la capacité.
10,5 Q5. Que signifie la stabilité du gain Unity pour un tampon d’ampli opérationnel ?
Cela signifie que l’ampli-op reste stable lorsqu’il est utilisé comme suiveur de tension (gain = 1). Un ampli opérationnel non stable en unity-gain peut osciller dans cette configuration.
Q6. Comment une alimentation bruyante affecte-t-elle un amplificateur tampon ?
Une ondulation ou du bruit d’alimentation peut apparaître à la sortie, réduisant la qualité du signal. Un mauvais découplage peut également nuire à la stabilité.
