Функциональный преобразователь время-импульсного типа

(45) Дата опубликовани описания 30.12.78(72) Автор изобретения вченк Киевский ордена Ленина политехнический институт м, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революцииИзобретение относится к области автоматики и вычислительной техники,Известны функциональные преобразователи, содержащие катушку индуктивности,резисторы, диод, транзистор и два источника питания Ц.Недостатками известных устройств являются наличие двух источников питания,большие габариты из-за использованиятранзистора, а также невысокая точность 1преобразования.Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный преобразователь время-импульсноготипа, содержащий генератор периодически 1изменяющегося напряжения, схему сравнения и триггер 2Недостатком известного преобразователяявляется низкая экономичность и большоеколичество используемых элементов. 2Целью изобретения является сокращениегабаритов и повышение энергетическойэкономичности.Для этого в преобразователь введен оптический модулятор, выполненный в виде 2расположенных последовательно на оптической оси источника света, пластины из электрохромного материала (например, МоОЗ,%0 з), помещенной между обкладками конденсатора, причем одна из его обкладок 3 изолирована от пластины диэлектрическои прокладкой, и фотоприемника, при этом одна из обкладок конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, другая подключена ко входу преобразователя и к выходу генератора периодически изменяющегося напряжения.На фпг, 1 изображен предлагаемый преобразователь; на фиг, 2, 3 - графики, поясняющие принципы работы преобразователя.Функциональный преобразователь состоит из генератора периодически изменяющегося напряжения 1, источника света 2, фотоприемника 3, пластины из электрохромного материала 4, помещенной между обкладками 5 конденсатора, и диэлектрической прокладки б. Обкладки 5 подключены к генератору 1, а элементы 2 - 4 расположены на одной оптической оси. Источник света и фотоприемник могут быть любого типа. На фиг. 1 показаны светодиод и фотодиод.Изобретение основано на электрохромном эффекте. Данный эффект представляет собой изменение оптической плотности (окраски) твердого тела под воздействием электрического поля. Если к элементу, состоящему из электрохромного материала и электродов, один из которых отделен от электрохромного материала диэлектриче(2) 30 35 40 45 50 55 60 65 3ской прослойкой, приложить электрическое напряжение, причем неизолированный электрод будет под отрицательным потенциалом, то электроны из него инжектируются в электрохромный материал и производят его окрашивание. Визуально это проявляется в том, что элемент прозрачный в исходном состоянии становится непрозрачным после приложения электрического поля.При перемене полярности прилокенного напряжения электрод, который был отрицательным (катодом), становится полокительным (анодом) и электроны обратно втягиваются в него. Это проявляется как обесцвечивание материала, При этом процесс окрашивания и обесцвечивания происходит скачком, когда напряжение достигает некоторой пороговой величины Уо. Диэлектрическая прослойка препятствует инжекции электронов из другого электрода, обеспечивая таким образом его пассивную роль. Пороговый характер процесса окрашивания и обесцвечивания и зависимость его от полярности приложенного поля приводят к тому, что зависимость света, прошедшего через электрохромный элемент, от приложенного к нему переменного напряжения имеет вид петли гистерезиса.На фиг. 2 показана электрооптическая петля гистерезиса электрохромного элемента. Если к элементу прикладывается переменное напряжение, например, пилообразное, то при пересечении фронта пилообразного напряжения с уровнем порогового напряжения +Уо (точка а на фиг. 2) элемент переходит в состояние пропускания света, которое продолжается вплоть до точки б, где пилообразное напряжение достигает уровня порогового напряжения - У и элемент переходит в состояние, при котором он не пропускает свет. Это состояние продолжается до точки в, где напряжение опять достигает величины + Уо, и цикл повторяется. Таким образом, непрерывный поток света, проходя через электрохромный элемент, преобразуется в импульсы светаимеющие некоторую длительность Если к элементу, кроме пилообразного напряжения, прикладывать и аналоговое напряжение У то это приведет к смещению петли гистерезиса вдоль оси электрического поля. Результатом этого является смещение точек пересечения уровней пороговых напряжений с пилообразным напряжением. На фиг. 2 штриховой линией показана смещенная петля гистерезиса, полученная в результате приложения к электрохромному элементу напряжения У.Как видно из фиг. 2, точки а и б являются новыми точками пересечения пороговых напряжений с пилообразным, причем если точка а не именила своего положения во времени относительно точки а, то точка б наступит несколько ранее точки б,Таким образом, очевидно, что длительность импульса света, прошедшего через электрохромный элемент, уменьшится до некоторой величины 1.Прикладывая к кристаллу напрякение У,можно изменять длительность импульсов света, прошедших через него, причем зависимость длительности этих импульсов от напряжения У определяется видом переменного напряжения, питающего электрохромный элемент. Так на фиг. 2 видно, что длительность импульса 1 в случае пилообразного (линейно изменяющегося) напряжения будет изменяться по линейному закону с изменением У Эта зависимость может быть представлена соотношением где Т - период пилообразного напряжения;У, - его амплитудное значение.Если питающее напряжение будет, например, экспоненциальным, то соотношение между длительностью импульса света 1 и Уможно представить так: где т - постоянная времени экспоненты;У, - амплитудное значение.Как видно из (2), в этом случае длительность импульсов света изменяется как логарифм напряжения.Предлагаемый функциональный преобразователь работает следующим образом.Непрерывный световой поток от источника света 2 проходит через электрохромный материал пластины 4, причем к обкладкам 5 конденсатора приложено напряжение У, с генератора периодически изменяющегося напряжения 1 и входное (аналоговое) напряжение У, (фиг. 1).Проходя через пластину 4, непрерывный световой поток преобразуется в импульсы света 1 зависимость длительности которых 1 от Уопределяется законом изменения (на фиг. 3 показано экспоненциальное У,). Импульсы света соответствующей длительности попадают на фотоприемник 3, где преобразуются в импульсы тока 1 ф, имеющие ту же длительность, что и импульсы света. Таким образом, осуществляется функциональное время-импульсное преобразование.Отсутствие в заявляемом преобразователе ряда транзисторов существенно уменьшает потребляемые токи, т. е. повышает энергетическую экономичность, при этом объект изобретения значительно надежнее и проще в технологическом исполнении. Отсутствие в объекте изобретения дорогостоящих элементов обуславливает и его эконо 640329мическую эффективность. Так в качестве электрохромного материала могут использоваться окислы МоОз, %0 з и др. Эксперименты, проведенные с элементом, состоящим из пленки %0 диэлектрической прослойки 510, электродов из ЬпО, подтвердили наличие у такого элемента гистерезисных электрооптических свойств. Формула изобретенияФункциональный преобразователь время- импульсного типа, содержащий генератор периодически изменяющегося напряжения, отличающийся тем, что, с целью сокращения габаритов и повышения энергетической экономичности, в него введен оптический модулятор, выполненный в виде расположенных последовательно на оптической оси источника света, пластины пзэлектрохромного материала (например,МоОз, %0 з), помещенной между обкладками конденсатора, причем одна из его об 5 кладок изолирована от пластины диэлектрической прокладкой, и фотоприемника, приэтом одна из обкладок конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, другая подключена ко входу преобразователя10 и к выходу генератора периодически изменяющегося напряжения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. А. С. Шаталов и др. Функциональные15 формирователи электрических сигналов,изд. Энергия, 1974, с. 208,2. В. Б. Смолов и Е. Л. Угрюмов. Времяимпульсные вычислительные устройства,М., Энергия, 1967, с. 132.