Buffer回路はなぜ必要なのか?
はじめに
私は現在、社会人大学生としてコンピュータサイエンスを学んでいます。
その授業の中で電子回路を学ぶ機会があり、今回のテーマであるBuffer回路について知りました。
最初にBuffer回路を見たとき、「入力信号をそのまま出力するだけなら、なぜ必要なのか?」と疑問に思い、今回調べてみました。
Buffer回路について
Buffer回路の回路図と真理値表 は以下のようになります。
回路図
真理値表
見たままの動作としては、入力信号をそのまま出力しているように見えます。
よくある例としては、スイッチを押したらLEDが点灯する回路があります。
- スイッチがONの場合は、LEDが点灯する。
- スイッチがOFFの場合は、LEDが消灯する。
このように入力信号をそのまま出力するという特徴がありますが、「それならBuffer回路は何のためにあるのか?」という疑問が生まれました。NOT回路は入力を反転させる必要があるため直感的に理解しやすいですが、Buffer回路はそのまま出力するため、存在意義がわかりにくく感じました。
二重反転について
上の回路では、2つのNOT回路(インバータ)を直列に接続しています。この構成では、1つ目のNOT回路で 入力が反転し、2つ目のNOT回路で再び反転するため、最終的な出力は元の入力と同じになります。
最初にこの回路を見たとき、「どうしてこんな回りくどいことをするのか?」と疑問に思いました。
しかし、論理ゲートには単なる論理演算だけでなく、信号増幅器としての役割もあることが重要なポイントです。
以下wikipediaの情報となります。
電流を十分に供給することができない弱い信号源などは、このように2つのインバータを利用して強化することが可能となります。論理レベル自体では変わらないですが、負荷抵抗に対して十分な駆動力を提供できるようになります。
このような信号強化のための二重反転を、よりシンプルに実現できるのがBuffer回路です。
Buffer回路は2つのインバータと同じ機能を持ちますが、回路記号は単なる三角形で表され、出力端子に反転を示すバブル(○)が付いていません。
まとめ
Buffer回路は、単なる二重反転を行うだけではなく、信号の駆動能力を向上させる役割を持っているというのが学びでした。自分自身電子工作を少しだけかじった経験がありますが、電圧や抵抗についての知識がまだまだ足りないと実感したので、その部分も今後学んでいくつもりです。
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