Оптичний інвертор

Оптичний інвертор, що має в собі фотодіод, узгоджувальний резистор, джерело живлення, вхідний та вихідний світловоди, причому логічним входом інвертора є оптичний вхід фотодіода, світломодулюючий елемент, перший вихід якого підключен до першого виходу резистора і до катоду 29951 тивний полюс джерела запіраючої напруги підключен до електричного виходу світломодулюючого елементу та до негативного полюсу джерела струму інжекції; причому логічним входом інвертора є вхід фотодіода, логічним виходом інвертора – вихід світловода світломодулюючого елементу. Крім того, оптичний інвертор містить джерело світла, зв'язане з вхідним світловодом світломодулюючого елементу, останній виконан у вигляді багатошарової напівпровідникової структури типу РР+Р++ - NN+N++. Оптичний інвертор реалізує логічну функцію 'НЕ'. Означена оптична схема має певні недоліки, а саме: - логічний елемент повинен мати зовнішнє джерело світла зі вбудованним вхідним світловодом (або мережу підводячих вхідних світловодів від єдиного джерела світла до кожного оптичного інвертору, розташованному на кристалі); - вхідний оптичний сигнал від джерела світла повинен мати суворо визначену довжину хвилі, близьку до центральної області спектральної відповіді P-N переходу багатошарової напівпровідникової структури, що зменьшує можливість застосування різноманітних джерел світла з різною довжиною хвилі випромінювання; - для проводячого стану багатошарової напівпровідникової структури необхідне джерело струму інжекції з жорсткими вимогами до вихідних параметрів величини струму, тому що струм через перехід повинен складати 80-90% від струму величини порога переключення P-N переходу багатошарової напівпровідникової структури; - багатошарова напівпровідникова структура відрізняється підвищеною складністю виготовлення із-за наявності декількох согласуючих шарів Р++Р+Р - NN+N++, а також додаткового світловода опорного сигналу; - наявністю додаткового джерела запираючого живлення (ДЗЖ), тобто другого після джерела струму інжекції (ДСІ) та збільшення апаратних витрат з одночасним зменшенням загальної перешкодостійкості ОІ за рахунок наявності додаткової мінусової шини ДЗЖ. Обидва зазначених вище пристрої є винаходом автора даної заявки. Завданням даного винаходу є спрощення оптичного інвертора за рахунок зниження загальної кількості елементів, що до нього входять й підвищення надійності. Поставлене завдання вирішується тим, що у схемі оптичного інвертора світломодулюючий елемент виконаний у вигляді швидкодіючого світловипромінюючого діоду, анод якого підключен до катоду фотодіода та до першого виводу узгоджуючиго резистора, другий вивод узгоджую чого резистора підключен до позитивного полюсу джерела живлення (ДЖ), анод фотодіода підключен до катоду швидкодіючого світловипромінюючого діоду та до негативного полюсу джерела живлення, причому логічним входом інвертора є вхід фотодіода, останній має визначенні параметри фотоелектрорушійної сили (ФЕРС), а логічним виходом інвертора – вихід світловода швидкодіючого світловипромінюючого діоду (СВД). Виконання світломодулюючого елементу на основі швидкодіючого СВД, застосування фотодіода з визначеними параметрами ФЕРС та відмова ДЗЖ, дозволяє зменшити загальну кількість елементів, що входять до інвертора й зв'язків між ними, підвищити його надійність та швидкодію. Пропонований оптичний інвертор відносно простий та технічно простий й може бути виготовлений на відомому обладнанні. Зниження, порівняно з прототипом, кількість елементів, зв'язків між ними та спрощення конструкції може істотно збільшити його швидкодію і надійність, забезпечити можливість різкого підвищення значень щільності упакування елементів на кристалі при виготовленні оптичних інтегральних схем. Оптичний інвертор, що пропонується наведен на фігурі. Світловипромінюючий діод 1 має світловод 2, що є логічним виходом інвертора, джерело напруги живлення Е3, позитивний полюс котрого підключен до другого виходу узгоджувального резистора R5, перший вивод котрого підключен до аноду світловипромінюючого діоду 1 та до катоду фотодіода 4, анод котрого підключен до катоду світловипромінюючого діоду 1 та до негативного полюсу джерела живлення 3, логічним входом інвертора є світловод 6 фотодіода 4. Оптичний інвертор працює наступним образом. В вихідному стані через узгоджувальний резистор R5, світловипромінюючий діод 1 протікає струм I від джерела живлення 3. При відсутності світлового сигналу у світловоді 6, щоє логічним входом інвертора, струмом через фотодіод 4 із-за його нескінченно великого опіру можно знехтувати. На виході світловода 2, що є логічним виходом інвертора, присутній вихідний світловий сигнал. При появі у світловоді 6-логічному вході інвертора-світлового сигналу, у фотодіоді 4 з'являється фотоелектрорушійна сила визначеної величини, полярність якої протилежна полярності напруги на світловипромінюючому діоді 1, включеному в прямому напрямку, та його P-N перехід закривається. На виході світловода 2-логічному виході інвертора – буде відсутній вихідний світловий сигнал. При припиненні світлового сигналу на світловоді 6-логічному вході інвертора – на фотодіоді 4 величина фотоелектрорушійної сили різко знижується до нуля, через знов сміщуванний в прямому напрямі P-N перехід світловипромінюючого діода 1 від джерела живлення Е3 через узгоджувальний резистор R5 починає текти струм I, на виході світловода 2, що є логічним виходом інвертора починає бути світловий сигнал. Схема повернулася до вихідного стану. Повне закриття P-N переходу світловипромінюючого діоду 1 (СВД) під дією фотоелектронушійної сили (ФЕРС) може бути при умові, що U ферс., буде близько або буде рівне U свд., ввімкненного у прямому напрямку. Параметри світловипромінюючого діоду 1, джерела живлення Е3, фотодіода 4, узгоджувального резистора R5 подібрані з умови максимальної швидкодії при переключенні інвертора з одного стану в інший, причому бажано фотодіод 4 застосувати з максимально можливими величинами швидкодії та ФЕРС. 2 29951 Виконання світломодулюючого елементу на основі швидкодіючого світловипромінюючого діоду, застосування швидкодіючого фотодіода з максимальною величиною фотоелектрорушійної сили, дозволяє відмовитися від джерела запираючої напруги живлення, знизити загальну кількість входячих в інвертор елементів, зв'язків поміж ними, підвищити надійність оптичного інвертора. Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3