Ein Buffer steht oft an erster Stelle einer Audioschaltung, um das Signal einer Quelle von dieser zu entkoppeln. In diesem Beitrag schauen wir uns zunächst an, wie wir mit einem Operationsverstärker buffern. Danach sehen wir uns zwei diskrete Ansätze an: den Open-loop Buffer und den Feedback-Buffer

Operationsverstärker als Buffer

Der Spannungsbuffer gehört zu den einfachsten Grundschaltungen eines Operationsverstärkers. Hierzu liegt das Eingangssignal auf dem Positiven Eingang und das Ausgangssignal rückgekoppelt auf den Negativen Eingang.

Buffer mit nur einem Transistor

Realisiert kann diese Schaltung mit nur einem Transistor werden, mit einer Common-Drain Schaltung. Man spricht auch von einem Open-loop Buffer, da es kein Feedback vom Ausgangssignal auf den Eingang gibt.

Das Eingangssignal liegt hier, durch den Kondensator C1 Gleichspannungsentkoppelt und durch die Widerstände R2 und R3 Vorgespannt, auf dem Gate des Transistors M1. Dieser ist als sogenannte Common-Drain Schaltung, auch Source Follower genannt, verschaltet.

Die Transistoren M2 und M3 bilden einen Stromspiegel und stellen mit dem Widerstand R1 den Arbeitspunkt der Schaltung ein. 

Vorteile dieser Realisierung eines Buffers ist zum einen die Einfachheit mit nur 3 Transistoren, aber auch die Stabilität. Der Aussteuerbereich ist jedoch begrenzt.

Buffer mit Feedback-Verstärker

Mit mehr Aufwand ist die Realisierung als Feedback Verstärker verbunden: das Ausgangssignal ist hier, wie bei der Schaltung mit dem Operationsverstärker, auf die Eingangsschaltung zurückgekoppelt.

Das Eingangssignal ist hier ebenfalls durch C1 Gleichspannungsentkoppelt und durch R2 und R3 Vorgespannt und liegt auf dem Gate des Eingangstransistors M1. Die Transistoren M1 und M2 bilden ein sog. Differentielles Paar. Der durch M1 verursachte Strom wird über den Stromspiegel, bestehend aus M5 und M6, in den Strompfad des Transistors M2 übertragen. Der Ausgang des differenziellen Paares liegt an Source von M2 und geht auf eine Common-Drain Stufe bestehend aus M4. Die Schaltung besteht also aus zwei Stufen: Einer Eingangs- und einer Ausgangsstufe. Das Ausgangssignal ist durch C2 Gleichspannungsentkoppelt.

Das Ausgangssignal ist auf den Eingang des Transistors M2 rückgekoppelt. Die Schaltung funktioniert wie ein einfacher Operationsverstärker, jedoch nur mit diskreten Transistoren.

Der Arbeitspunkt Verstärkerschaltung wird über die Transistoren M3, M7 und M9 sowie dem Widerstand R1 eingestellt.

Besonders wichtig ist die Kapazität C3. Diese ist als sog. Millerkapazität an der Ausgangsstufe verschalten. Diese stabilisiert den Verstärker.

Im Bodediagramm ist die Kapazität durch ein Abfallen der Verstärkung zu sehen (hier bei ca. 500kHz). Gerade bei kapazitiven Lasten ist diese besonders wichtig, um den Buffer zu stabilisieren.

Es lässt sich jedoch sagen, dass einen Operationsverstärker-Buffer diskret auf einzelnen Transistoren aufzubauen, allein schon aufgrund der hohen Anzahl der Transistoren nicht praktikabel ist. Ausnahmen bilden hier jedoch Leistungsverstärker, welche solche Strukturen diskret verbaut haben.