Ячейка оптоэлектронного сумматора

Союз СоветскихСоциалистическихреслублик ТОРС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-вупубликов елам изобретений и открытий та опубликования описания 28.02.81 72) Авторы изобретения Р. Ф. Иванов и А. 1 О. Прыг 71) Заявитель убанскии государственныи университет 4) ЯЧЕЙКА ОПТОЭЛЕКТРОННОГО СУММАТОР ке оп ны м, что ергии о прив резгнала зуль- воичГооударетееииыа комитет (23) Приорите СССР Изобретение относится к оптоэлектронии может быть использовано при созданиитических и оптоэлектронных вычислительх устройств,Известны оптические суммирующиеустройства. Одно из них - сумматор по модулю два - содержит фотоприемник, туннельный диод, светодиод и источник питания,включенные последовательно 1.Недостаток указанного устройства - отсутствие входа и выхода сигналов переноса.1 оДругое известное устройство - оптоэлектронный полусумматор - содержит амплитудные оптические модуляторы, источник смещающего напряжения, источник питания,туннельный диод и транзистор, эмиттернобазовый переход которого включен параллельно туннельному диоду 2.Недостаток данного сумматора - отсутствие третьего входа (входа переноса) и сложность схемы.Известен одноразрядный трехвходовыйсумматор 3, содержащий фотогальванический элемент, светодиод и излучающий туннельный диод, включенные последовательнов замкнутую цепь 3. Недостаток устроиства заключается в том, что энергия выходного сигнала переноса представляет собой величину, которая меньше энергии входных сигналов вследствие неизбежных потерь при преобразованиях электромагнитной энергии в туннельном диоде,Наиболее близким устройством к предлагаемому является ячейка оптоэлектронного сумматора, содержащая фотодиод, источник питания, светодиоды, туннельный диод и фотогальванический элемент, выводы которого соединены через последовательно включенные в прямом направлении первый светодиод и туннельный диод, фотогальванический элемент оптически связан с первым и вторым сигнальными входами и входом перенос ячейки 4. Недостаток этого устройства в токоэффициент передачи световой энменьше единицы. Это обстоятельствмногокаскадном соединении сумматороко ухудшает отношение полезного сик шуму, что снижает достоверность ртатов вычисления многоразрядных дных чисел.1 О 2 О 25 15 зо Э 5 40 45 Я 55 1 ель изобретения - повышение надежности работы ячейки за счет увеличения мощности выходного сигнала переноса.Поставленная цель достигается тем, что в ячейке оптоэлектронного сумматора, содержащей фотодиод, источник питания, выполненный в виде батареи солнечных элементов, первый и второй светодиоды, туннельный диод и фотогальванический элемент, выводы которого соединены через последовательно включенные в прямом направлении первый светодиод и туннельный диод, фото- гальванический элемент оптически связан с первым и вторым сигнальными входами и входом перенос ячейки, а оптический выход первого светодиода является суммирующим выходом ячейки, второй светодиод выполнен в виде светоизлучающего элемента с Я-образной электрической характеристикой, первый вывод которого соединен с выводом отрицательной полярности источника питания, а второй - с выводом положительной полярности источника питания через фотодиод, включенный в обратном направлении, причем фотодиод оптически связан с первым и вторым сигнальными входами и входом перенос ячейки, а оптический выход второго светодиода является выходом перенос ячейки.-а фиг. 1 приведена принципиальная схема ячейки оптоэлектронного сумматора, на фиг. 2 - М-образная вольтамперная характеристика туннельного диода, на фиг. 3 - Я-образная волтамперная характеристика светоизлучающего элемента.Устройство содержит фотогальванический элемент 1, фотоприемник-фотодиод 2, полупроводниковый двухполочный переключатель с М-образной вольтамперной характеристикой - туннельный диод 3, первый светодиод 4, второй светодиод - светоизлучающий элемент 5 с Ь-образной вольтамперной характеристикой, источник 6 питания в виде батареи фотогальванических (солнечных) элементов. фотогальванический элемент 1, первый светодиод 4 и туннельный диод 3 включены последовательно в первый замкнутый контур. Второй контур составляют включенные последовательно фотодиод 2, элемент 5 с 8-образной характеристикой и источник 6 питания.Оптические сигнальные входы 7 и 8 слагаемых и оптический вход 9 перенос с помощью световодов 10 связаны с фотогальваническим элементов 1 и фотодиодом 2. Оптические входы 7 - 9 сумматора выполнены в виде фоконов, каждый из которых объединяет два световода.1 Тервый светодиод 4 является оптическим выходом сумматора, формирующим сигнал значения суммы С.Второй светодиод - светоизлучающий элемент 5 - является выходом, перенос. сумматора, формирующий сигнал Лг. Устройство работает следующим образом.На батарею 6 подается постоянный поток излучения сопз 1 В результате этого на зажимах батареи появляется напряжение Е.На вход сумматора поступает сигналы слагаемых Х, Х и сигнал переноса П 1 в виде равных световых потоков. В соответствии с этим напряжение, вырабатываемое фотогальваническим элементом 1, принимает четыре значения. Если входные сигналы отсутствуют, то фотогальванический элемент 1 возбуждает напряжение шума 13. Если на вход поступает один сигнал, фото- гальванический элемент возбуждает напряжение О,. Если на вход сумматора поступают два или три сигнала, то фотогальванический элемент 1 возбуждает напряжение У и 13 з соответственно.Ввиду практической линейности люкс- вольтовых характеристик нагруженного фотогальванического элемента 1 можно считать, что 13 РО, 132 Ц и 13 РЗБ. При включении последовательно с фотагальваническим элементом 1 светодиода 4 и туннельного диода 3 нагрузочные прямые параллельны. Вольтамперная характеристика туннельного диода 3 подобрана таким образом, что величины токов Э (Ь 1) и 3 (13 з) достаточны, а величины токов Э(13 о) и 3 А) недостаточны для высвечивания светодиода 4. Величина сопротивления фотодиода 2 также принимает четыре значения. Если, например, на входы 7 - 9 не поступают оптические сигналы, сопротивление принимает значение Ко. Если на входы поступают один, два или три сигнала, то сопротивление принимает значение соответственно К, К и Кз. Ввиду практической линейности люск-амперной характеристики нагруженного фотодиода 2 можно считать, что КфК 4), КзК 1(,При последовательном включении фото- диода 2, элемента 5 с 5-образной характеристикой и источника 6 нагрузочные пря. мые, проведенные из точки Е, пересекаются с осью ординат в точках, ординаты которых обратно пропорциональны значениям сопротивлений Ко К 1, Ка и Кз.В соответствии с этим Ь-образная вольтамперная характеристика светоизлучаюшего элемента 5 подобрана так, что величины токов 3 (Ко ) и Э (К 1 ), протекающих во втором контуре, недостаточны, а величины токов 3(К) и У(К) достаточны для возбуждения излучения элементов 5.Все возможные варианты значений входных и выходных сигналов приведены в таблице истинности, в которой потоки излучения, значительно превышающие уровень шума, обозначены цифрой 1, а потоки, сравнимые с фоновым шумом, обозначены О.809178 П,Позиции Х,О О 1 о 1 о 1 о 1 1 о 1 0 О 1 О о о 1 о 1 1 1 о о о о 1 1 1 1 о о 1 1 О о 1 1 1 2 3 6 7 8 Формула изобретения Если на входы 7 - 9 сигналы не поступают (х, = хрП 1 = 0), в первом контуре возбуждается ток 3 (1 Лз ), а во втором - ток5 У(Ко), которые недостаточны для возбуждения излучения. Поэтому на выходах сигналы отсутствуют (С = П = 0), что соответствует позиции 1 таблицы истинности.Если на входы 7 - 9 поступает один из сигналов (хз = 1, хз. = П 1 =- 0 или х = 1, х = П,=О или П, = 1, х 1 = х = О), на зажимах фотогальванического элемента 1 появляется напряжение 111 и в первом контуре протекает ток (1.11), достаточный для возбуждения светодиода 4. На выходе сумма тора имеется сигнал С = 1. Во втором контуре протекает ток 1(К,), недостаточный для возбуждения светоизлучаюшего элемента 5 (п = 0). Описанные случаи соответствуют позициям 5, 3 и 2 таблицы истинности.Если на входы поступают два сигнала (х = П 1 = 1, х = 0 или х, = П, = 1, х = = О, или х, = х = 1, П 1 = 0),на зажимах элемента 1 напряжение возрастает до величины 1), но ввиду отрицательного сопротивления туннельного диода 3, ток в первом контуре уменьшается до величины 3(1.)г). Поэтому светодиод 4 не высвечивает (С = 0). Во втором контуре открывается светоизлучающий, элемент 5 и возникает резкое увеличение тока до величины 5(Кг), т.е. формирование сигнала переноса элементов 5 (П = 1), 40 Рассмотренные случаи соответствуют позициям 4, 6 и 7 таблицы истинности.Если сигналы поступают на все входы 1(1 з), возбуждающий светодиод 4 (С = 1), Во втором контуре протекает ток 1(Кз), возбуждающий светоизлучаюший элемент 5 (П = 1). Это способствует позиции 8 таблицы истинности.Вввиду того, что во втором контуре имется источник 6 питания, потери энергии, происходящие в этом контуре, можно восполнить за счет энергии указанного источника. Поэтому практически легко получить выходной сигнал переноса Пзв энергетическом отношении сравнимый с входными сигналами х 1, х и П 1.Это обстоятельство позволяет использовать ячейку оптоэлектронного сумматора в многоразрядном сумматоре для сложения многоразрядных двоичных чисел. В этом случае светоизлучаюгций элемент 5 ячейки младшего разряда оптически связывается с входом перенос 9 аналогичной ячейки старшего разряда и т.д. Полученное каскадное соединение ячеек представляет собой параллельный сумматор, При этом сигнальные входы 7 и 8 каждой ячейки поступают слагаемые соответствующих разрядов суммируемьх чисел. Ячейка оптоэлектронного сумматора,содержащая фотодиод, источник питания,выполненньй в виде батареи солнечных элементов, первый и второй светодиоды, туннельный диод и фотогальванический элемент, выводы которого соединены через последовательно включенные в прямом направлении первый светодиод и туннельный диод,фотогальванический элемент оптически связан с первым и вторым сигнальными входами и входом перенос ячейки, оптический выход первого светодиода является суммирующим . выходом ячейки, отличающаясятем, что, с целью повышения надежности работы ячейки, в ней второй светодиод выполнен в виде светоизлучающего элемента с5-образной электрической характеристикой первый вывод которого соединен с выводом отрицательной полярности источникапитания, а второй - с выводом положительной полярности источника питания через фотодиод, включенный в обратном направлении, причем фотодиод оптически связан спервым и вторым сигнальными входами ивходом перенос ячейки, а оптический выход второго светодиода является выходомперенос ячейки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР535572, кл. С 06 С 9/00, 1975.2. Авторское свидетельство СССР535573, кл. С 06 Г 7/56, 1975.3. Авторское свидетельство СССР579619, кл. С 06 Г 7/56. 1976.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке2700932/18 - 24,кл, С 06 Е 7/56, 1978 (прототип).80978 ГОЛ 5 1 Фиг.Г 1 Я,Составитель Ю Техред А. Бойка Тираж 756 лов едактор Н. Бушаевааказ 18/59 Н нного комитета СССР тений и открытийРаушская наб., д. 4/5 Ужгород, ул. Проектная ИПИ Государств по делам изобреМосква, Ж - 3 ППП Патент, г 1130 филиал