Перетворювач світлової інтенсивності в часовий інтервал

Перетворювач світлової інтенсивності в часовий інтервал, що містить n фотодіодів, дефлектор, входи якого з'єднані з вхідними шинами, n світлодіодів, джерело опорної напруги, генератор імпульсів, формувач часових інтервалів, ключ керування, перший вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної напруги, другий вхід - з першим входом формувача часових інтервалів, другий вхід якого оптично з'єднаний з оптичним виходом n-го світлодіода, а вихід - з вихідною шиною, аноди всіх світлодіодів з'єднані з виходом ключа керування, а катоди - з катодами фотодіодів, оптичний вхід кожного і-го світлодіода оптично зв'язаний з оптичним входом кожного (і+1)-го фотодіода, який відрізняється тим, що всі світлодіоди замінені на над'яскраві світлодіоди на суперрешітках, введено n оптичних виходи і оптичний вхід, введено два U 2 49825 1 3 світлодіодів з'єднані з виходом ключа керування, а катоди - з катодами фотодіодів, оптичний вхід кожного і-го світлодіода оптично зв'язаний з оптичним входом кожного (і+1)-го фотодіода. Недоліками даного пристрою є складність перетворювача, висока потужність споживання та низька надійність в роботі. В основу корисної моделі поставлено задачу створення перетворювача світлової інтенсивності в часовий інтервал, в якому за рахунок спрощення перетворювача досягається підвищення точності перетворення та зниження потужності споживання, що призводить до підвищення надійності у роботі. Поставлена задача досягається тим, що в перетворювач за рахунок введення над'яскравих світлодіодів на суперрешітках і фототиристорів, виконані на сучасній нанотехнологічній елементній базі, оптичний модулятор, управління яким здійснюється за допомогою керуючого над'яскравого світлодіода на суперрешітці і фототранзистора, який відключає дефлектор від фототиристорів на час перетворення. Це усуває похибку, яка може виникнути в результаті переміщення променя під час перетворення, знижує потужність споживання , так як в будь-який момент часу в стані спрацювання знаходиться лише одна комірка, що складається з над'яскравого світлодіода на суперрешітці і фототиристора. Крім того, перетворювач має, додатково, n світлові виходи, має високу надійність, так як у порівнянні з прототипом не містить додаткових фотоприймачів, роздільника частоти і двох помножувачів. Також, відбувається мінімізація лінійних розмірів електронної схеми, що дозволить досягти максимальної компактності, ергономічності і ефективності роботи пристрою за рахунок інтеграції її елементів на сучасній нанотехнологічній елементній базі, шляхом напилення методом плазмового осадження з кроком інтеграції до 0.15 m (мкм) на кристалі кремнію Si площею 160мкм2 і лінійними розмірами А=16мкм, В=10мкм. На Фіг. представлена функціональна схема пристрою. Пристрій містить шину 1 позитивної напруги живлення (ЕЖ), струмообмежуючі елементи, що виконані на першому 2 і другому 3 резисторах, керуючий над'яскравий світлодіод на суперрешітці 4, над'яскраві світлодіоди на суперрешітках з n оптичними виходами 5, фототиристори 6, формувач 7 часових інтервалів, генератор 8 імпульсів, тригер 9 з лічильним входом, оптичний модулятор 10, фототранзистор 11, дефлектор 12, оптичний вхід 13. В якості оптичного модулятора може бути використаний модулятор на рідких кристалах. Пристрій працює наступним чином. Світлова інтенсивність Іх , що надходить на вхід дефлектора 12, перетворюється в переміщення світлового променя по фототиристорах 6. Коли на оптичний вхід фоторанзистора 11 не надходить світлове випромінювання, фототранзистор 11 закритий і майже вся напруга живлення прикладена до нього, а напруга на оптичному модуляторі 10 близька до нуля, внаслідок чого він прозорий для випромінювання дефлектора , і воно надходить на вхід відповідного фототиристора 6. 49825 4 Поки на входи фототиристорів 6 не надходить світлове випромінювання , вони закриті і струм через керуючий над'яскравий світлодіод на суперрешітці 4 і над'яскраві світлодіоди на суперрешітці 5 не протікає. На вхід формувача 7 оптичний сигнал не надходить і на його виході відсутня напруга. При надходженні світлового випромінювання з входу дефлектора 12 на оптичний вхід фототиристора 6 він відкривається. Під дією імпульсів генератора 8 виникає перемикання тригера 9. При цьому на його виходах формуються прямокутні імпульси, тривалість яких рівна періоду слідування імпульсів генератора 8, причому напруга на прямому та інверсному виходах тригера протифазні. При появі на виході тригера , до якого підключений освітлений фототиристор6, нульової напруги цей фототиристор відкривається. Через над'яскраві світлодіоди на суперрешітці 4 і 5 починає протікати струм , внаслідок чого вони збуджуються. Випромінювання з виходу керуючого над'яскравого світлодіода на суперрешітці 4 надходить на оптичні входи формувача 7 і фототранзистора 11. При цьому формувач 7 формує передній фронт часового інтервалу і на його виході з'являється напруга високого рівня. Під дією світлового випромінювання, що надходить на вхід фототранзистор 11, відкривається внаслідок чого виникає перерозподіл напруги між фототранзистором 11 і з'єднаним паралельно резистором 3 і оптичним модулятором 10. Майже вся напруга живлення тепер виявляється прикладеною до нього, в результаті чого він стає непрозорим для випромінювання дефлектора 12 і надходження світлового випромінювання дефлектора на входи фототранзистора 6 припиняється. Фототранзистор 11 залишається відкритим, поки на його вході присутній світовий сигнал, а на виході формувача часових інтервалів 7 присутня напруга високого рівня, поки на його вході присутнє світлове випромінювання. Поки на катоді і-го фототиристора 6 підтримується нульова напруга, цей фототиристор відкритий і світиться і-й над'яскравий світлодіод на суперрешітці 5, випромінювання якого надходить на вхід і-1-го фототиристора 6 і готує його до спрацювання. Однак до тих пір, поки на катоді і-1-го фототиристора 6 присутня напруга високого рівня, він не спрацьовує. При надходженні на вхід тригера 9 наступного імпульсу від генератора 8 тригер спрацьовує, на катод і-го фототиристора 6 надходить напруга високого рівня, а на катод і-1-го фототиристора 6 - нульова напруга. При цьому і-й фототиристор 6 закривається і і-й над'яскравий світлодіод на суперрешітці гасне. Попередній фототиристор 6 відкривається і загоряється і-1-й над'яскравий світлодіод на суперрешітці 5. Керуючий над'яскравий світлодіод на суперрешітці 4 при цьому продовжує світитись. Випромінювання і-1-го над'яскравого світлодіода на суперрешітці 5 надходить на вхід і-2-го фототиристора 6 і описаний процес продовжується до тих пір, поки не загориться перший над'яскравий світлодіод на суперрешітці 5, який не зв'язаний оптично ні з яким елементом схеми. Коли закінчиться такт, під час якого на катоді першого фототиристора 6 була присутня нульова напруга, цей фототиристор закривається. Тепер всі фототиристори 5 закриті, протікання струму через керуючий над'яскравий світлодіод на суперрешітці 4 припиняється і цей світлодіод гасне. Світловий сигнал на входах формувача 7 і фототранзистора 11 зникає. При цьому формувач 7 формує задній фронт часового інтервалу tx і на його виході з'являється нульова напруга, фототранзистор 11 закривається, а оптичний модулятор 10 стає прозорим внаслідок перерозподілу напруги. Світлове випромінювання з виходу дефлектора 12 надходить на вхід відповідного фототиристора і описаний цикл повторяється. Робота перетворювача синхронізована імпульсами генератора 8. На протязі кожного такту роботи, тривалість якого рівна періоду слідування імпульсів генератора 8, спрацьовує одна комірка, що складається з фототиристора і над'яскравого світлодіода на суперрешітці, і спрацювання наступної комірки не починається до моменту початку наступного такту роботи. Таким чином тривалість tx часового інтервалу, що формується рівна: tx=nT, (1) де n - номер фототиристора, на який надходить випромінювання дефлектора 12 (він рівний числу комірок, що спрацювали); Т - період слідування імпульсів генератора 8. Для того, щоб за час такту встигала спрацювати кожна комірка, необхідно виконати умову: (2) T max, де max - максимальний час спрацювання комірки, що складається з фототиристора і над'яскравого світлодіода на суперрешітці. Запропонований перетворювач не містить додаткових фотодіодів, роздільника частоти і трьох потужних ключових каскадів, що містяться у відомому пристрої, що його суттєво спрощує. В запропонованому пристрої світлове випромінювання дефлектора надходить на вхід тільки одного фо 49825 6 тотиристора, в той час як у відомому воно надходить на входи двох фотодіодів. Це підвищує точність перетворення . Крім того, в запропонованому перетворювачі після початку циклу перетворення находження світлового випромінювання на входи фототиристорів блокується оптичним затвором, що підвищує точність перетворення, так як усуває похибку, яка може виникнути в результаті переміщення променя дефлектора під час циклу перетворення, а також в результаті надходження сигналів , що виникли в наступних тактах роботи. Це також знижує енергоспоживання пристрою, так як в кожен момент часу в пристрої світиться лише одна комірка, яка складається з фототиристора і над'яскравого світлодіода на суперрешітці, а також з керуючого над'яскравого світлодіода на суперрешітці. Метод плазмового осадження нітриду кремнію широко застосовується в кремнієвій технології. За рахунок регулювання величини потоку газу в залежності від рівня ВЧ-потужності і умов розподілу можна одержати плівку з високою однорідністю на великій площі. В даному методі використовується система газів N2+NH4+SіH4 і осаджується плівка складу SixHуN2 , температура обробки 473...573К, вакуум 0.26 102Па, ВЧ - потужність 500Вт, швидкість осадження плівки 0.67нм/с. Кремнієва епітаксія застосовується в технології кремній на сапфірі (КНС), де на сапфіровій підкладці вирощується епітаксійний шар кремнію товщиною 0.5...1.0мкм, в якому за допомогою травлення одержують острівці для формування р-і n-областей. В результаті досягається висока густина пакування елементів з хорошою ізоляцією без паразитних зв'язків. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 49825 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601