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電子回路でのバッファの役割

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質問者

ishanka2000さん

2007/4/713:51:31

電子回路でのバッファの役割

大学の課題でシグナルジェネレーターの電子回路の設計を行っていますが
スペック欄の項目に三角波(Triangular waveform)を作り上げる回路を設計(アナログスイッチとコンデンサ、オペアンプ等を利用して)してバッファ(Buffer)を加えなければいけないのですが恥ずかしいながら、未だに電子回路でのバッファの存在意義が自分の中では不透明です。

パソコン関係でしたら記憶回路やロジック等で活躍すると本やネット等で乗っていますが、電子回路系に限って説明がなかったりあやふやな説明で少々困っています。

以前AMラジオの設計の際にバッファがありましたが、その際には出力と入力インピーダンスを合わせる為という説明があったのでその場しのぎで理解しましたが、今回のケースに限らず電子回路でのバッファの役割は出力と入力インピーダンスを合わせる為に存在するのですか?
それとも他に役割があるのでしょうか?

何方かご存知の方教えてください。
よろしくお願いします。

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ベストアンサーに選ばれた回答

hiroringさん

編集あり2007/4/716:22:21

電子回路は、いろんな応用になっていますから、役目や働きは1つでないこともあります。

前の2人の方の回答にも出ていますが、質問文の通り、インピーダンス合わせも役目の一つです。

回路前段のほうの小さいアンプ(一般的にインピーダンスが高い場合)では、
回路後段のほうの電流が多く必要(インピーダンスが低い)な回路を動かせない場合に、
バッファーアンプを追加するのは、よくある例でしょう。
これで、回路がうまく動くようになります。

前段と後段の回路の間にバッファを入れないとうまく動かない回路の場合とか、
出力にバッファアンプを入れておかないと出力能力が十分にならない場合とか、
入力のインピーダンス条件が合わないので、入力にバッファアンプを追加したとか、
いろいろあると思います。

別な例を上げてみると、ステレオ(左と右)の音声信号を合成して、
モノラル(L+R)の一つのする場合を考えてみます。

電気店に行けば、Y字の2又に分かれて結線されたコードがあって、
単純に出力2つをつないで、1つにまとめて、次段の入力とつなぐ方法も考えられますが、
この結線は、前段の出力側の回路によっては、一方の出力がもう一方の出力に逆流して
しまったりするので、音が歪むような回路の異常動作が起きたりします。
(出力端子は、回路によっては、逆流して入力のように受けるものもあります)

デジタルのロジックICでも、出力同士をつないで良い物と、つないではいけない物があります。

このような場合に、バッファーアンプを追加してやると、出力干渉が無くなります。
(出力側からの逆流の影響を受けないアンプ回路を入れる)
複数の出力を合成するオーディオミキサーなどは、内部に多数のバッファーアンプを入れています。

余談として、出力端子にステレオ/モノラル変換コードが使えないAV機器は、たまに出くわします。
使える会社の製品もあるから、ちょっとやっかいですが。
このような時、ミキサーやアクティブ式(アンプ内蔵)のAVセレクターや、何かアンプ回路を追加します。

あと、デジタル回路(やアナログ+デジタルの両方混成)をやるようになると、
メモリーを持った回路やモジュールの部分を、バッファー的に使うことも出てくるでしょう。
メモリーに、信号を一時的に入れてから取り出すことで、
信号のタイミングや時間軸を変えることができます。

プログラム(パソコンやマイコンソフトウェア等)をやるようになれば、
メモリーにバッファー領域を作っていろいろやることも多く経験するでしょう。
ネットワークの通信などで、コマ切れにバラバラのタイミングで届くデータは、
バッファーメモリーに蓄えておいてから、一定間隔で次に渡すようにして整えることもよく行われます。

一般的なアナログ回路やデジタルのロジックの出力などだと、
出力のドライブ能力不足で不安定や異常動作にならないように、
バッファアンプで補強してやるようなのも多いと思います。
(この部分は、前の二方の回答と同じですが)

デジタル回路のロジックの電圧の違い(TTLの5Vと、それ以外の電圧)の変換のバッファ回路や、
バッファとして入れるためのICもあります。この役目は、緩衝そのものでしょう。

http://search.yahoo.co.jp/search?p=%E3%83%90%E3%83%83%E3%83%95%E3%8...

ホームページにいろいろ書いている方も多いですから、いろいろ見てみましょう。
新しい回路などを見た時に、一生懸命に頭を使って考えれば、だんだん身につくでしょう。

質問した人からのコメント

2007/4/14 12:45:33

皆さん
本当にありがとうございます。
非常に助かりました♪

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imuzak532000さん

2007/4/1113:19:33

他の方が正解を書いてくれていますので一つ追加しますと・・・

バッファ=緩衝
ですね、文字通り影響を防ぐものですが具体的には例えばここにLC発振回路が有ってこのコイルにアンテナを繋げば電波が放射されます。

しかし例えば人がアンテナに近づけばその静電容量に変化が生じ結果発信周波数が大幅に変化してしまいます。逆に言えばセンサーとして使えるし実際金属探知機などにも応用されていますが無線機としては非常に困った現象ですね。

そこで発信回路と出力回路の間に入れてこの悪影響を防ぐのがバッファなのです。
つまり出力側のインピーダンス変化を発振側に伝えない事が大きな目的なのです。

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mitch_yjさん

2007/4/714:49:30

Buffer は、日本語で 緩衝(増幅)器といい 電子回路の段間(ステージ間)に設置します。
特に高周波回路では、信号が 出力側から入力側に戻る のを抑える目的で 多用されます。増幅目的では無く 出力段と次の入力段の緩衝用です。その為に インピーダンス変換器として 動作させる事もありますし、利得1のアンプとしての場合もあります。 負荷との整合用 Amp も Buffer Amp と呼ばれます。

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fuwaku1967さん

2007/4/714:00:47

電子回路のバッファもインピーダンスあわせでよいですよ。

デジタルICとかCPUのI/Oはドライブ能力が小さいのでそのままではパワー系のデバイスを駆動できない事があります。
あと、発振回路では出力を直接出力すると回路定数が変わって発振しなくなったりするので、発振回路の出力段にバッファを設けます。

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