Счетчик оптических импульсов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК К 23/12сНИЯ О АНИЕ ИЗ етельству РСНОМ(53) 621,374(088,8 ко свидетельство СССК 23/34, 19,07,7идетельство СССР1/18-21,04,03.81.(5 1. Авторское 749, кл. Н 0 Авторское с явке й". 32796 03 К 23/12,икл ДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 5" )(57 ) СЧЕТЧИК ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий первый оптическийизлучатель, шину счетных импульсов итриггерные ячейки, в каждой из которых первые выводы нагрузочного Фоточувствительного элемента ,лямбда-диода и первого жидкокристаллическогозатвора подключены к электрическому выходу ячейки, второй вывод лямбда-диода подключен к общей шине,вторые выводы нагрузочного фоточувствительного элемента и первого жидкокристаллического затвора подключенык шине питания, причем оптическийвыход первого излучателя связан снагрузочным фоточувствительным элементом первой триггерной ячейки непосредственно и через первый жидкокристаллический затвор предыдущей триггерной ячейки связан с нагрузочнымФоточувствительным элементом последующей триггерной ячейки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей , в него дополнительно вве"дены прерыватель тока с управляющим входом, токовые выводы которого подключены соответственно к шине питания и к клемме источников 801 3259 питания, двухпозиционный ключ, второй оптический излучатель, постоянный и оптический излучатели и в каждую ячейку- втдрой и третий жидкокристаллические затворы, сбросовый и установочный фоточувствительные .элементы, причем в каждой ячейке сбросовый фоточувствительный элемент и второй жидкокристаллический затвор подключены параллельно лямбда-диоду,а установочный фоточувствительный элемент и третий жидкокристаллический затвор подключены параллельно нагрузочному фоточувствительному элементу и первому жидкокристаллическому затвору, оптический выход первого оптического излучателя является суммирующим оптическим входом счетчика и связан с управляюцим входом прерывателя тока, через первый жидкокристаллический затвор последней ячейки оптический выход второго ,оптицеского излучателя, являющийся оптическим .вычитающим входом счетцика, связан со сбросовым фоточувствительным элементом последней ячейки непосредственно и со сбросовымцфоточувствительными элементами остальных ячеек через вторые жидкокристаллические затворы последующих за ними ячеек, а также с установочными фоточувствительными элементами всех ячеек через второй жидкокристаллический затвор первой ячейки,кроме того, оптический выход постоянного оптического излучателя связан с оптическими выходами счетчика через соответствующие третьи жидкокристаллические затворы ячеек, вход двухпозиционного ключа сое103259 ч динен с шиной счетных импульсов,его первый и второй выходы соединв"ны соответственно с первыми выводами Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах автоматики и вычислительной техники.Известен суммирующий счетчик,содержащий оптоэлектронные триггерные ячейки 1.3.Недостатками данного счетчика являются низкая надежность и быстродействие,Известен также суммирующий счетчик, содержащий триггерные ячейки,.в состав которых входят лямбда-диод,фоточувствительный нгрузочный элемент, жидкокристаллицеский затвор 2Недостатками известного счетчика являются ограниченные функциональные возможности , так как он способен работать только в режиме суммирования только оптических счетных импульсов. Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей, т,е.обеспечение работы в режиме вычитания наряду с режимом суммирования,как оптических, так и электрическихсчетных импульсов..Поставленная цель достигаетсятем, цто в. счетчик оптических импуль"сов, содержащий первый оптическийизлучатель, шину счетных импульсови триггерные ячейки, в каждой изкоторых первые выводы нагрузочногофоточувствительного элемента, лямбда-диода и первого жидкокристаллического затвора подключены к электрическому выходу ячейки, второй вывод лямбда-диода подключен к об"щей шине, а вторые выводы нагрузоцного фоточувствительного элемента и первого жидкокристаллического затвора подключены к шине питания, причем оптический выход первого излучателя связан с нагрузочным фоточувствительным элементом пер. вой триггерной ячейки непосредственно и через первый жидкокристалли 5 10 15 20 25 30 35 40 ф 5 первого и второго оптических излучателей, вторые выводы которых соединены с общей шиной,ческий звтвор предыдущей триггернойячейки связан с нагрузочным фоточувствительным элементом последующейтриггерной ячейки, дополнительновведены прерыватель тока с управляющим входом, токовые выводы которого подключены соответственно к шинепитания и к клемме источника питания,двухпозиционный ключ, второй оптический излучатель, постоянный и оптический излучатели и в каждую ячейкувторой и третий жидкокристаллическиезатворы , сбросовый и установочный фоточувствительные элементы, причем вкаждой ячейке сбросовый фоточувстви"тельный элемент и второй жидкокристаллический затвор подключены параллельно лямбда-диоду, а установочныйфоточувствительный элемент и третийжидкокристаллический затвор подключены параллельно нагрузоцному фото,чувствительному элементу и первомужидкокристаллическому затвору,оптический выход первого оптического излучателя является суммирующим оптическим входом счетчика и оптически связан с управляющим входом пре"рывателя тока, через первый жидкокристаллический затвор последнейячейки оптический выход второго оптического излучателя, являющийсяоптическим вычитающим входом счетчика, связан со сбросовым фоточувствительным элементом последней ячейки непосредственно и со сбросовымифотоэлементами остальных ячеек черезвторые жидкокристаллические затворыпоследующих за ними ячеек, а такжес установочными фоточувствительнымиэлементами всех ячеек через второйжидкокристаллический затвор первой ячейки, кроме того, оптическийвыход постоянного оптического излу-чателя связан с оптическими выходами счетчика через соответствующиетретьи жидкокристаллические затворыячеек, вход двухпозиционного ключа, соединен с шиной счетных импульсов, 3 10325 его первый и второй выходы соединены соответственно с первыми выходами первого и второго оптических излучателей, вторые вцводы которых соединены с общей шиной,5На фиг. 1 изображена Функциональная схема устройства; на фиг. 2-типичная вольт-амперная характеристика лямбда-диода с нагрузочнцми прямыми, соответствующими двум соп-. 10 ротивлениям (темновому и освещенному ) нагрузочного элеиентаСчетчик содержит триггерные ячей-ки 1=11=п которые состоят из лямб 15 да-диода 2, первого 3 ш 1, второго 3=2 и третьего 3=3 жидкокристаллических затворов, фоточувствительного нагрузочного элемента 4, сбросового фоточувствительного элемента 5, установочного Фоточувствительного элемента б, прерцвателя 7 тока с управляющим входом 8, клемму 9 источника питания, шину 1 О счетных импульсов, двухозицонй ключ 11, перй оптический излучатель 12, второй оптический излучатель 13 и постоянный оптический излучатель 14, оптические выходы 15=1-,15=п и электрические выходы 16=1-;16=и счетчика, оптическиесвязи 17, оптические суммирующий 18 и 0 вычитающий 19 входы , причем ячейки1 1-:1 и состоят из параллельно соединенных первого 3=1 и третьего 3=3 жидкокристаллических затворов, нагрузочного 4 и установочного б Фото- З 5 чувствительных элементов, которые со единены с параллельно соединенныии лямбда-диодом 2, вторым жидкокристаллическим затвором 3=2 и сбросовым фоточувствительным элементом 5, 40 а также с электрическими выходами161416=п , постоянцый излучателЬ14 оптически связан через жидкокристаллические затворы 3=3 с оптическими выходами 15=1415=п, суммирующий оптический вход 18 связан оптически с выходом излучателя 12, подключенного к первому выходу двух- позиционного ключа 11,вход которого соединен с шиной 1 О счетных импуль сов, с входом нагрузочных фотоэле-.ментов 4 непосредственно и через первые жидкокристаллические затворы 3 1 предыдущих ячеек с управляющим входом 8 прерывателя 7 тока , вычи тающий оптический вход 19 оптически связан с выходом второго оптического излучателя 13, соединенного с 94 4шиной 10 счетных импульсов через двухпозиционный ключ 11, со сбросовыми Фоточувствительными элементаминепосредственно и через вторые жидкокристаллические затворы 3=2 последующих ячеек и через второй жидкокристаллический затвор 3=2 первой ячейки 1=1 с установочными фото-, чувствительными .элементами 6 всех . ячеек 1.=1-. 1=и.У стройст во работает следующим образом,8 исходном состоянии на входе 1 О импульсы отсутствуют, Отсутствуют также оптические импульсы на оптических входах 18 и 19 от внешних источников оптических импульсов, Подавая напряжение питания через прерыватель 7 тока на ячейки 1=1 г 1=п, последние устанавливаются в устойчивое состояние, соответствующее точке А (фиг.2 ),благодаря низкому наклону нагрузочной прямой А, т,ебольшому темновому сопротивлению Фоточувствительных элементов 4 и 6.Через лямбда-диоды 2 и фоточувствительные элементы 4 и 6 текут незначительные токи, величина которых зависит от напряжения питания Грити темнового сопротивления фоточувствительных элементов, Напряжение 02 А на лямбда-диодах 2 примерно равно нулю, вследствие чего напряжение на оптических жидкокристаллических затворах 3=1 и 3-3 всех ячеек 1=141=п равно примерно напряжению питания Епита на затворах 3=2 напряжение равно нулю, Если,величина Ептвыбрана больше порогового напряжения, то все затворы 3=1 и 3=3 будут непрозрачными для проходящего излучения (закрытыми ), а затворы 3=2 - открытыми, т.е. на оптических выходах 15=1-:15=п счетчика будут оптические логические нули, излучение от постоянного оптического излучателя 14 не проходитчерез закрытые затворы 3=3 и имеются электрические логические нули на электрических выходах 16=1 т 16=п ячеек. Для того, чтобы перевести ячейку 1=1 в единичное состояние необходимо подать оптический импульс ва его нагрузочный фоточувствительный элемент 4 или на установочный фоточувствительный элемент б. При этом, ввиду уменьшения сопротивления элементов 4 или 6, ток через10325 5лямбда-диод 2 растет и рабочая точка по вольт-амперной характеристике двигается вверх пока модуль дифФеренциального отрицательного сопротивления на падающем участке станет 5Ю 3 равным значению сопротивления Фоточувствительного элемента 4 или 6, который освещается, шунтирование его другими неосвещенными Фоточувствительными элементами, а также сбросовым фоточувствительным элементом 5 пренебрежительно мало.В этот. момент происходит переключение ячейки 11 и рабочая точка скачком по нагрузочной прямой К 15 перемещается из т.С в т.В (фиг.2). После прекращения оптического импульса ячейка 11 будет сохранять свое состояние. В этом состоянии (т.В ), напряжение Она лямбда-диоде 2 примерно равно Ет, т.е, на электриче" ском выходе 16=1 появляется логическая единица. Ввиду перераспределения напряжений затворы 3=3 и 3=125 открываются, а затвор 32 закрывается, тем самым излучение от излучателя 14 проходит на оптический выход ячейки 15 1 через открывшийся затвор 3 р 3, Обратное переключение ячейки 1 1 из т,В в т,А может произойти лишь тогда, когда напряжение на лямбда-диоде 2 уменьшится до напряжения отсечки Ч тс, а это возможно, если подать оптический импульс на сбросовый фоточувствительный элемент 5, который зашунтирует лямбдадиод 2, При этом снова затворы 3=3 и Зщ 1 закроются, а затвор 3=2 - откроется, на электрическом 161 и оптическом 151 выходах снова появятся ф 0 логические нули, Таким образом в исходном состоянии все ячейки 1111 и в нулевом состоянии. Для обеспечения режима суммирования счетных импульсов надо подавать оптические импульсы на суммирующий оптицеский вход 18. Ключ 11 должен находиться в состоянии, когда светоизлучатель 12 подключен к шине 10 счетных импульсов. Первый оптический импульс на входе 18 50 либо от внешнего источника, либо от светоизлучателя 12, возбужденного первым электрическим импульсом на шине 10, воздействуя на нагрузочный фоточувствительный элемент 4 первой ячейки 1 щ 1, переключает ее в единичяое состояние, Благодаря задержке переключения затвора 3 1 94 Ьпервый импульс не проходит через затвор 3=1 первой ячейки 1=1 на вход фоточувствительного элемента 4,второй ячейки 1=2 и через закрытые затворы остальных ячеек 1=2-:1=п. При появлении второго счетного импульса на входе 18 переключается вторая ячейка 1=2 в единичное состояние, так как второй импульс проходит через открывшийся затвор 3=1 первой ячейки на вход фотоэлемента 4 второй ячейки 1=2, Состояние счетчика отображает в нарастающем единичном коде число поступающих импульсов. При поступлении (и+1 ) счетного импульса последний проходит через открывшийся после и-го импульса затвор 3=1 ячейки 1 и на управляющий вход 8 прерывателя 7 тока, благодаря чему последний размыкается на некоторое время и снимает питание с ячеек, Это приводит к обнулению счетчика, т,е, он устанавливается в исходное нулевое состояние. Дальше процесс счета повторяется. Счетный (и+2 )-ой импульс переклюцает в единичное состояние ячейку 1=1 и т.д.В режиме вычитания счетчик работает следующим образом. Если счетчик находится в нулевом состоянии, то затворы 3=2 открыты, а поэтому первый счетный импульс на оптическом вычитающем входе 19 , пройдя через затвор 3=2 первой ячейки 1=1 на установочные фоточувствительные элементы 6 всех ячеек, переведет все ячейки в единичное состояние,Для того, чтобы оптические импульсы, проходящие через открытые также затворы 32 остальных ячеек и воздействующие на сбросовые фоточувствительные элементы 5 не мешали переключению в единичное состояние, сопротивление установочных фоточувствительных элементов 6 в освещенном режиме выбирается на порядок меньше светового сопротивления сбросовых фоточувствительных элементов 5, После первого вычитающего импульса все ячейки 11,1 и устанавливаются в единичное состояние, а затворы 32 закрываются. Поэтому второй импульс нв входе 1,5, воздвйствуя лишь на фоточувствительный элемент 5 ячейки 1 и, сбросит ее в нулевое состояние и откроет затвор 32 ячейки 1 вп. Сле дующий импульс сбросит а нулевое сос" тояние ячейку 1(п) через открыв шийся вторым импульсом затвор 3=2 ячейки 1 и. Таким образом, после поступления каждого счетного импульса на входе 19 состояние счетчика уменьшается на единицу.Если число ячеек выбрать равным девяти, то счетчик фактически будет являться одним десятичным разрядом. На базе таких счетчиков легко реализовать счетчики с любым основанием счета и работающих в режиме суммирования и вычитания , что позволяет строить различные арифметические устройства.Функциональные возможности устройства расширены благодаря наличию режима вычитания наряду с суммированием, наличию не .только импульсных, но и потенциальных оптических выходов. Счетчик может считать как оп 03259 8тинеские так и электрические импульсы. Регулируя силу излучения постоянного светоизлучателя можно менятьяркость на оптических выходах. Кроме того, преимуществами счетчиков натаких ячейках с лямбда-диодами являются низкая потребляемая мощность, помехозащищенность, конструктивная простота , технологич О ность изготовления, возможность реализации в интегральном исполнении.Быстродействие счетчика ограничивается быстродействием оптических затворов на жидком кристалле.15 В качестве затворов можно использовать и более быстродействующие (десятые доли микросекунды и меньше)сегнетокерамические модуляторы света,что позволит достичь большого быст родействия счетчиков., 4/ лиал ПРП "Патент", г. Ужгород, ул. ктнаю,Заказ 5423/60 Тираж 936 ВНИИРИ Государственного комитета С по делам изобретений и открыт 113035, Иосква, Ж"35, Рауаскал наб