ОПТРОННЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И-НЕ

Полезная модель относится к области радиотехники, оптоэлектроники, компьютерных технологий и может быть использована в цифровых системах.
Известен логический ТТЛ-элемент, реализующий операцию И-НЕ, имеющий в общем случае n-входов и один выход. Основой объекта является многоэмиттерный транзистор, число эмиттеров которого совпадает с числом входов, (см. Никитин В.А. Схемотехника интегральных схем ТТЛ: учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. - с.64).
Недостатком известного устройства является отсутствие гальванической развязки между входами и невозможность работы с оптическими сигналами.
Технический результат заключается в обеспечении идеальной гальванической развязки между входами и возможность работы с оптическими сигналами.
Технический результат достигается тем, что оптронный логический элемент И-НЕ содержит n входов и один выход, а также управляемые элементы. В качестве управляемых элементов использованы n последовательно соединенных фоторезисторов, оптически связанных n световодами с n светодиодами. Сопротивление нагрузки, включенное последовательно с фоторезисторами, должно быть меньше темнового сопротивления одного фоторезистора и больше суммарного сопротивления освещенных фоторезисторов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема оптронного элемента И-НЕ, на фиг.2 - схема реализованного устройства, на фиг.3 - эпюры сигналов оптронного логического элемента И-НЕ.
1
n
1
1
n
1
пит
1
1
n
1
n
1
n
1
n
Устройство (фиг.1) содержит n-входов, один выход и n последовательно включенных фоторезисторов Ф,…,Ф, а также сопротивление нагрузки R. Число фоторезисторов равно числу информационных входов. Параллельно фоторезисторам Ф,…,Ф, соединенных последовательно с сопротивлением нагрузки R, включен источник питания U. Сопротивление нагрузки R должно быть меньше темнового сопротивления одного фоторезистора и больше суммарного сопротивления освещенных фоторезисторов. Фоторезисторы Ф,…,Ф оптически связаны световодами C,…,C со светодиодами I,…,I (управляемыми источниками оптических сигналов). Регистрирующее устройство 1 включено параллельно последовательно соединенным фоторезисторам Ф,…,Ф.
1
n
1
n
1
n
1
1
1
1
1
n
1
Устройство работает следующим образом. На вход схемы (светодиоды I,…,I) (фиг.1) подается управляющий сигнал, свет от которых по световодам C,…,C поступает на фоторезисторы Ф,…,Ф. Проводимость фоторезисторов изменяется пропорционально оптическому сигналу. Сопротивление нагрузки R выбирается таким, чтобы его проводимость была больше темновой проводимости одного фоторезистора и была меньше суммарной проводимости освещенных фоторезисторов. В этом случае если подать на все информационные входы устройства сигналы, соответствующие логическим единицам «1», то все фоторезисторы будут освещены, а их суммарная проводимость станет больше проводимости резистора R и падение напряжения на фоторезисторах будет меньше падения напряжения на сопротивлении R, поэтому на регистрирующем устройстве 1 будет выходной сигнал, соответствующий логическому нулю «0». Если на все или хотя бы на один вход будет подан сигнал, соответствующий логическому нулю «0», то все или хотя бы один фоторезистор соответственно не будет освещен, следовательно, его проводимость будет меньше проводимости резистора R, вследствие чего падение напряжения на n последовательно соединенных фоторезисторов Ф,…,Ф будет больше падения напряжения на сопротивлении R. В этом случае на регистрирующем устройстве 1 будет выходной сигнал, соответствующий логической единице «1».
1
2
1
2
1
2
1
2
3
Схема реализованного оптронного логического элемента И-НЕ (фиг.2) содержит два входа и один выход, состоящая из двух источников I, I, световодов С, С, последовательной цепи двух фоторезисторов Ф, Ф, используемых в качестве управляемых сопротивлений, сопротивления нагрузки R, резистивного делителя на сопротивлении R и R, регистрирующего устройства 1 и операционного усилителя 2, выполняющего функции компаратора.
1
2
1вх
2вх
вx1
вx2
1
2
1
2
1
1
2
a
1
a
a
a
в
в
2
3
оп
1
2
вых
Устройство работает следующим образом. От двух источников I, I оптических сигналов S, S, (фиг.2) изменяющихся пропорционально входным напряжениям U, U соответственно, световые потоки передаются по световодам C, С на фоторезисторы Ф, Ф. Проводимость фоторезисторов изменяется пропорционально оптическим сигналом. Сопротивление нагрузки R имеет номинал 300 кОм. В зависимости от уровня освещенности фоторезисторов Ф, Ф падение напряжения U на них будет различным. На фиг.3 приведены эпюры некоторых сигналов оптронного логического элемента И-НЕ. При высоком уровне освещенности обоих фоторезисторов (на фиг.3а, б, момент времени 0-1, 2-3 и 5-6 мс) их сопротивление будет меньше сопротивления нагрузки R. Напряжение U будет равно 2,6 В (фиг.3в), что соответствует уровню логического нуля «0». Если на оба фоторезистора или один из них приходит оптический сигнал с низким уровнем освещенности (фиг.3 в, момент времени 1-2 и 3-5 мс), то падение напряжения U на цепи последовательно соединенных фоторезисторов будет равно 7,5 В (фиг.3в), что соответствует уровню логической единицы «1». Затем сигнал U сравнивается компаратором, реализованном на операционном усилителе 2, с напряжением U, равным 5 В. Напряжение U задается резистивным делителем на сопротивлении R и R, подключенным к опорному напряжению U. Резисторы R и R имеют одинаковое номинальное сопротивление равное 10 кОм. Выходной сигнал U на выходе операционного усилителя 2, имеющий амплитуду 10 В, поступает на регистрирующее устройство 1 (фиг.3г).
Из полученных результатов следует, что предлагаемая конструкция оптронного логического элемента полностью выполняет логические операции, соответствующие логическому элементу И-НЕ, а применение фоторезисторов в качестве управляемых сопротивлений позволяет реализовать идеальную гальваническую развязку, как между входами элемента, так и между входом и выходом.