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バッファゲートの理解:デジタル回路における増幅と信号整合性

2つのインバータゲートをカスケード接続——1つの出力を次の入力に接続——すると、2回の反転が打ち消し合い、非反転パスが生成されます。一見冗長に見えますが、重要な役割を果たします:弱い信号の増幅です。

バッファゲートの理解:デジタル回路における増幅と信号整合性

TTLロジックでは、すべてのゲートが信号増幅器として機能します。十分な電流をソース/シンクできない弱い信号源は、インバータのペアによってブーストされます。ロジックレベルは変わりませんが、最終インバータの完全な電流ソーシング/シンキング能力が後続の負荷を駆動するために利用可能になります。

この機能を専門に行う専用コンポーネントが バッファゲート(buffer gate) です。そのシンボルは、出力端子に反転「バブル」のない三角形です:

バッファゲートの理解:デジタル回路における増幅と信号整合性

バッファ回路は、オープンコレクタまたはトーテムポール出力段のいずれかで構築できます。典型的なオープンコレクタバッファは、信号を再反転させるためにもう1段の共通エミッタトランジスタを追加します。

バッファゲートの理解:デジタル回路における増幅と信号整合性

ハイ入力時の分析

ロジックハイ入力では、Q1の左ステアリングダイオードが逆バイアスされるため、R1の電流がQ2のベースに流れ、飽和駆動します。飽和したQ2はQ3を飽和させ、Q4をカットオフにし非導通状態にします。したがって出力はハイにフロートし、次のゲートにはロジックハイとして見えます。

ロー入力時の分析

入力がグラウンドのとき、R1の電流はQ2をバイパスし、Q2をカットオフにします。結果としてQ3とQ4もカットオフになり、Q4がR4によって飽和駆動され、出力をグラウンドに引き下げます——ロジックロー状態です。

バッファゲートの理解:デジタル回路における増幅と信号整合性

トーテムポール出力バリエーション

トーテムポール版は、より高い駆動力を得るために相補的なNPN/PNP対を組み込みますが、論理動作はオープンコレクタ設計と同一です。

バッファゲートの理解:デジタル回路における増幅と信号整合性

重要なポイント

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