Оптоелектронний логічний елемент n або-ні адаптивного типу – pros

Оптоелектронний логічний елемент (ОЕЛЕ)N АБО-НІ адаптивного типу, до складу якого входять фотодетектор, узгоджувальний резистор, джерела живлення та запірної напруги, вхідний та вихідний світловоди, світломодулюючий елемент у вигляді першого швидкодіючого світлодіода, при цьому логічним входом ОЕЛЕ є вхідний світловод, оптично з'єднаний з фотодетектором, перший вивід якого підключений до другого виводу узгоджувального резистора і до анода світлодіода, перший вивід узгоджувального резистора підключений до позитивного полюса джерела живлення, другий вивід фотодетектора підключений до негативного полюса джерела запірної напруги, позитивний полюс якого підключений до катода першого швидкодіючого світлодіода і до негативного полюса джерела живлення, оптичним логічним виходом, інверсним, А (54) ОПТОЕЛЕКТРОННИЙ ЛОГІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ N АБО-НІ АДАПТИВНОГО ТИПУ - PROS 39326 Для рішення завдання в оптичний інвертор (ін. схема 1 АБО-НІ), в складі якого: фотодетектор у вигляді n-р-n (p-n-p) фототранзистора, узгоджувальний резистор, джерело живлення, джерело запірної напруги, вхідний, вихідний світловоди, світломодулюючий елемент у вигляді швидкодіючого світловипромінюючого діода, додатково введені: N-1 n-p-n (p-n-p) швидкодіючих фототранзисторів для N вхідних змінних і другий світломодулюючий елемент у вигляді швидкодіючого світловипромінюючого діода (СД) для прямого (неінверсного) оптичного логічного виходу, причому усі N виводів емітерів n-p-n (колекторів р-n-р) фото транзисторів з'єднані між собою і з анодом другого СД, катод якого з'єднаний з негативним полюсом джерела запираючої напруги, усі N виводів колекторів n-p-n (емітерів p-n-p) фототранзисторів з'єднані між собою і з анодом першого СД і з другим змінним виводом узгоджувального резистора, усі N виводів баз n-р-n (баз p-n-p) фоготранзисторів з'єднані між собою і з третім змінним виводом узгоджувального резистора, перший незмінний вивід якого з’єднаний з позитивним полюсом джерела живлення негативний полюс джерела живлення з'єднаний катодом першого СД і з позитивним полюсом джерела запірної напруги, логічними оптичними входами ОЕЛЕ N АБО-НІ с N вхідних оптичних світловодів фототранзисторів, логічними оптичними виходами є відповідно світловод першого СД (інверсний) і світловод другого СД (неінверсний), а узгоджувальний резистор має три виводи: незмінний перший та змінні - другий і третій. Використання для схеми ОЕЛЕ додатково N-1 швидкодіючих фототранзисторів, введення другого швидкодіючого СД з вихідним світловодом . введення узгоджуючого резистора з першим незмінним та другим і третім змінними виводами для застосування ланцюга зв'язку по регулюванню чутливості фототранзисторів і їх швидкодії шляхом вибору їх робочої точки і керованого подання в їх бази струму Іб та введення можливості змінювати інтенсивність випромінювання обох СД дозволяє створити ОЕЛЕ універсального типу (елемент N АБО-НІ однієї мінімальної бази) з розширеними функціональними і адаптивними можливостями без істотного ускладнення конструкції. Даний ОЕЛЕ N АБО-НІ відносно простий, технологічний і може бути виготовлений на відомому обладнанні. ОЕЛЕ N АБО-НІ, що заявляється, представлений на кресленні. Перший швидкодіючий СД 1.1 має перший вихідний світловод 2.1, що є першим оптичним логічним виходом (інверсним) ОЕЛЕ, джерело живлення 3, пoзитивний полюс якого підключений до першого незмінного виводу узгоджувального резистора 5, другий змінний вивід якого підключень до анода першого швидкодіючого СД 1.1 та до всіх з'єднаних електрично колекторів (емітерів) кожного з N n-р-n (p-n-р) швидкодіючих фототранзисторів (4.1...4.N), всі емітери (колектори) яких з'єднані електрично і підключені до анода другого швидкодіючого СД 1.2, який має вихідний світловод 2.2, що є другим оптичним логічним виходом (неінверсним) ОЕЛЕ, всі бази N фототранзисторів електрично з'єднані і підключені до третього змінного виводу резистора 5, катод швидкодіючого СД 1.2 вносять вагому часову затримку в кожному каскаді і в цілому; відсутність вихідних оптичних логічних виходів (на вході - оптичний сигнал, на виході електричний) наприклад, для отримання інверсного оптичного сигналу в даній схемі потрібно електрично підключити до виходу ФП відповідний світловипромінюючий елемент (світлодіод та ін. типи випромінювачів); більш ніж два джерела напруги (до трьох різних одиниць електричних джерел для ОЕЛЕ). Найближчим по сукупності ознак до винаходу, що заявляється, є оптичний інвертор (інакше схема 1 АБО-НІ) по патенту на винахід України 210180А, дата 07.10.97 р. що є винаходом автора цієї заявки. Оптичний інвертор має світломодулюючий елемент у вигляді швидкодіючого світловипромінюючого діода, анод якого підключений до першого виводу фотодетектора і до першого виводу узгоджуючого резистора, другий вивід узгоджуючого резистора підключений до позитивного полюса джерела живлення, другий вивід фотодетектора підключений до негативного полюса джерела запірної напруги, позитивний полюс якого підключений до катода швидкодіючого світловипромінюючого діода і до негативного полюса джерела живлення, причому логічним оптичним входом інвертора є вхідний світловод, що оптично з’єднаний з фотодетектором, а логічним оптичним виходом є вихідний світловод, що оптично з'єднаний з світловипромінюючим діодом. Оптичний інвертор виконує логічну функцію НІ по відношенню до вхідного оптичного сигналу та має підвищену швидкодію із-за відсутності кількох каскадів ФП. Вищеозначена оптоелектронна схема має декілька недоліків, а саме: у логічного елемента відсутній прямий (не інверсний) оптичний вихід; відсутня можливість змінювати, адаптувати чутливість фотодетектора (наприклад, при зменшенні інтенсивності оптичного сигналу по оптичному входу); відсутня можливість змінювати, адаптувати інтенсивність оптичного випромінювання у СД по оптичному виходу (наприклад, при потребі збільшити інтенсивність випромінювання у оптичному виході). Окрім вищевказаних конструктивно-технологічних недоліків, означена оптоелектронна логічна схема має функціональний недолік, а саме: відсутня можливість забезпечити мінімальний елементний базис в рамках одного універсального схемного рішення ОЕЛЕ (елемент 1-ї мінімальної бази N І-НІ, елемент 2-ї мінімальної бази N АБО-НІ, де N=1,2...К - будь яке необхідне число логічних входів для К вхідних змінних (1, стор. 83), (2, стор. 29), (3, стор. 21). В основу винаходу поставлене завдання створення схеми ОЕЛЕ N АБО-НІ універсального типу (як достатнього схемного рішення одного з двох мінімальних базисів функціонально повного набору для оптоелектронної мікросхемотехніки) з розширеними функціональними і адаптивними можливостями: додатковим неінверсним оптичним виходом, можливостями адаптувати, змінювати оптичну чутливість та швидкодію по входу/виходу ОЕЛЕ і інтенсивність вихідного оптичного сигналу по виходу. 2 39326 підключений до негативного полюса джерела запірної напруги 6, позитивний полюс якого підключений до катода першого швидкодіючого СД 1.1 і до негативного полюса джерела живлення 3, оптичними логічними входами схеми N АБО-НІ є світловоди 7.1...7.N, оптично зв'язані з N вхідними фототранзисторами 4.1...4.N. Універсальний оптичний ОЕЛЕ N АБО-НІ працює наступним чином. В вихідному стані через перший незмінний вивід резистора 5, його другий змінний вивід і перший СД 1.1 протікає струм І від джерела живлення 3. При відсутності оптичних сигналів у вхідних світловодах 7.1...7.N, що є логічними входами ОЕЛЕ, струмами від джерел живлення 3, запірної напруги 6, які з'єднані послідовно, внаслідок безкінечно великого опору n-p-n (p-n-p) фототранзисторів 4.1...4.N і з'єднаним з їх емітерами (колекторами) анода СД 1.2 і далі його катода можна знехтувати, на виході світловоду 2.1, що є першим оптичним логічним (інверсним) виходом ОЕЛЕ, відсутній вихідний світловий сигнал, на виході світловоду 2.2, що є другим оптичним логічним (інверсним) виходом ОЕЛЕ, присутній вихідний оптичний сигнал. При появі в одному (або кількох) вхідних світловодах 7.1...7.N, оптичних логічних входах ОЕЛЕ, оптичного сигналу, відповідні n-р-n (р-n-р) фототранзистори 4.1...4.N швидко змінюють свій електричний опір до кінцевого малого значення і, діючи як швидкодіючі електронні ключі, через СД 1.2, зміщеному у прямому напрямі, електричне підключають джерело запірної напруги 6 до СД 1.1, причому її полярність протилежна полярності джерела живлення 3 (відносно СД 1.1), Це змушує закритись його р-n перехід, на виході світловоду 2.1, першому оптичному логічному (інверсному) виході ОЕЛЕ, буде відсутній вихідний оптичний сигнал. Струм І від джерел живлення 3, запірної напруги 6, які з'єднані послідовно (відносно СД 1.2), продовжує текти тепер через перший незмінний вивід резистора 5, його другий змінний вивід n-р-n (р-n-р) фототранзистори 4.1...4.N та зміщений у прямому напрямку р-n перехід СД 1.2, а на виході світловоду 2.2 другому оптичному логічному (неінверсному) виході ОЕЛЕ буде присутній вихідний оптичний сигнал. При завершенні надходження оптичних сигналів (одного або кількох) на вхідні світловоди 7.1...7.N, оптичні логічні входи ОЕЛЕ, та на один або кілька n-р-n (p-n-p) фототранзисторів 4.1...4.N, їх електричний опір швидко змінюється з кінцево малого значення до безкінечно великого, внаслідок цього джерело запірної напруги електрично відключається від СД 1.1, і через р-n перехід СД 1.2 перестає текти струм І, на виході світловоду 2.2, другому оптичному логічному (неінверсному) виході ОЕЛЕ буде відсутній вихідний оптичний сигнал. Знову через перший незмінний вивід резистора 5, його другий змінний вивід і перший СД 1.1 протікає струм І від джерела живлення 3 і на виході світловоду 2.1 першому оптичному логічному (інверсному) виході ОЕЛЕ буде присутній вихідний оптичний сигнал. Схема повернулася у попередній стан. Першим змінним виводом 5.1 узгоджувального резистора 5 можливо в значній мірі регулювати величину струму засвітки швидкодіючих СД1.1, СД 1.2 та відповідно інтенсивність їх оптичного випромінювання. Другим змінним виводом 5.2 узгоджувального резистора 5 можливо, в деякій мірі, регулювати положення робочої точки фототранзисторів 4.1...4.N та, відповідно, їх оптичну чутливість на наявність оптичного сигналу у вхідних світловодах 7.1...7.N, оптичних логічних входах ОЕЛЕ та їх швидкодію відгуку, а через це-і швидкодію ОЕЛЕ. Повне закриття р-n переходу СД 1.1 у разі присутності оптичних сигналів (одною або кількох) на вхідних світловодах 7.1...7.N, оптичних логічних входах ОЕЛЕ. та на один або кілька n-p-n (p-n-p) фототранзисторів 4.1...4.N, може відбутися при значеннях напруги джерела запірної напруги 6 більше/рівно напрузі джерела живлення 3. Застосування у винаході додатково N-1 вхідних світловодів, оптичних логічних входів ОЕЛЕ, N-1 швидкодіючих фототранзисторів, введення другого швидкодіючого СД з вихідним світловодом оптичним логічним (неінверсним) виходом, введенням узгоджуючого резистора з першим незмінним та другим і третім змінними виводами для застосування ланцюга зв'язку по регулюванню чутливості фототранзисторів та швидкодії шляхом вибору їх робочої точки і керованого подання в їх бази струму 16 та введення можливості змінювати інтенсивність випромінювання обох СД, дозволяє суттєво розширити функціональні можливості ОЕЛЕ та створити ОЕЛЕ універсального типу (елемент N АБО-НІ однієї із двох мінімальних баз) з розширеними функціональними і додатковими адаптивними можливостями (змінні оптична чутливість, швидкодія схеми по оптичних логічних входах, інтенсивність вихідних оптичних сигналів по оптичним логічних виходах) без істотного збільшення елементів і зв'язків у схемі у розрахунку на один оптичний логічний вхід/вихід та без суттєвого ускладнення конструкції. *Назва ОЕЛЕ N АБО-НІ "PROS" походить з перших букв прізвища автора. Джерела інформації. 1. В.П. Кожемяке. Л.И. Тимченко, Г.Л. Лысенко, Ю.Ф. Кутаев. Функциональные элементы и устройства оптоэлектроники. - Киев, УМК ВО, 1990. 2. А.Г. Алексенко. И.И. Шагурин. Микросхемотехника (под. ред. Степаненко). - М.: "Радио и связь", 1982. 3. Схемотехника ЭВМ. Г.Н. Соловьев. - Москва, “Высшая школа”, 1985. 3 39326 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 ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид.арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4