Оптоэлектронный кольцевой счетчик импульсов

ЯО, 129 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИ 23 7(51 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ЗОБРЕТЕНИ ИСА РСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ ЭЛЕКТРОННЬППУЛЬСОВ ОЛЬЦЕВО осится к импул быть использов отехнич ретение о ке и може кии ин иствах вычисли ичных устрехники и аия - расинстройства В. ожемяконицкий оматики. Целние области ол изобрет менения а счет спосо ать как оптические, ские импульсы, расна длительностивхо ширени ап тичедляЭлек е за счет повы и и расширения ых импульсов, а т ения чу иапазон вительно номенклаУстройствкий 1 иэл Уль апряженийный оптиче ЛИПУ(56) Свидзинский. ральные коммутатор оптической связи. промьппленность, 19 Авторское свиде Р 1026317, кл. Н 0(54) ОПТО СЧЕТЧИК И 1 (57) Изоб ной техни но в разл тельной т ности подсчить так и электрич уры питающих содержит счетектрический 21292178 входы,триггерные ячейки 2. - 12.п .Для достижения поставленной цели вустройство введены фотоприемник 6,нагрузочный резистор 7, входной Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах вычислительной техники и автоматикиЦель изобретения - расширение области применения устройства за счет способности подсчитывать как оптические так и электрические импульсы, расширения диапазона длительности входных импульсов, а также за счет повьшения чувствительности и расширения диапазона и номенклатуры питающих напряжений.На Фиг,1 представлена схема устройства; на Фиг.2 - оптический волноводный переключатель; на фиг.3 схема оптического переключателя на оптоэлектронных затворах,Устройство содержит первый счетный оптический вход 1,второй счет ный электрический вход 2, шину 3 питания, вход 4 установки в начальное состояние, вход 5 выбора направления счета, фотоприемник 6, нагрузочный резистор 7, входной блок 8, состоящий из источника 9 света, и двух оптических переключателей 10 и 11, а также триггерные ячейки12.1-12.п, состоящие из двух фоточувствительных элементов 3 и 14, трех оптоэлектронных затворов 15-17, двух. резисторов 18 и 19, оптического переключателя 20, при этом оптические переключатели 20 всех ячеек 12.1-12,п и входного блока 8 имеют оптический вход 21 и два выхода 22 и 23 и управляющие электроды 24 и 25, каждая ячейка 12,1-12. и имеет электрический выход 26, оптический выход 27 и оптические связи 28, причем оптический вход 1 соединен с оптическим входом Фотоприемника 6, один из выводов которого соединен с шиной 3 питания, а второй - с электрическим входом 2 с управляющим электродом 24 оптичесблок 8, состоящий из источника света 9 и двух оптических переключателей 10, 11, 2 з,п, Ф-лы, 3 ил. 2кого переключателя 10 и через нагрузочный резистор 7 - с общей шиной,вход 4 сброса в исходное состояниесоединен с электродом 24 оптическогопереключателя 11, выход источника 9света соединен с входом 21 оптического переключателя 11, выход 23 которого оптически связан с Фоточувствительным элементом 13 ячейки 12.1, а 1 О выход 22 соединен с входом 21 оптического переключателя 1 О и с оптическим входом оптоэлектронного затвора 16 каждой ячейки, оптическийвыход которого является оптическимвыходом 27 соответствующей ячейки,выход 22 оптического переключателя10 оптически связан через оптоэлектронный затвор 15 с Фоточувствительным элементом 13 и входом 21 оптического переключателя 20 каждой ячейки, выход 23 оптического переключателя О оптически связан через оптоэлектронный затвор 17 с фоточувствительными элементами 13 и 14 каждой .25ячейки, в ячейках 12,1-12. и первыевыводы фоточувствительных элементов13 и 14 и оптоэлектронных затворов15-17 подключены к шине 3 питания, ЗОвторой вывод элемента 13 соединен свторыми выводами затворов 15 и 16, содним из выводов резистора 19 и сэлектрическим выходом ячейки 26,второй вывод элемента 14 соединен свторым выводом затвора 17 и с одЗ ним из выводов резистора 18, вторыевыводы резисторов 18 и 19 соединеныс общей шиной, выход 23 переключателей 20 ячеек 12.2-12.п оптическисвязан с фоточувствительным элементом 14 предыдущей ячейки, а выход23 переключателя 20 ячейки 12.1 оптически связан с элементом 14 ячейки 12.и, выход 22 переключателей 20ячеек 12,1-12,п -1 оптически свя- "5 зан с элементом 14 последующейячейки, выход 22 переключателя 201292 ячейки 12. ь оптически связан сэлементом 14 ячейки 12.1, электроды 24 переключателей 20 всех ячеек 12.1-12.1 соединены с входом 5 выбора направления счета, а электро-, ды 25 переключателей 20 всех ячеек 12.1-12.П и переключателей 1 О и 11 соединены с общей шиной.Устройство работает. следующим образом. 0После включения питания необходимо счетчик установить в исходноесостояние путем подачи импульса высокого потенциала на вход 4 сброса.При этом оптический переключатель 15.11 переключится, соединив вход 21 свыходом 23, и свет от источникасвета будет воздействовать толькона фоточувствительный элемент 13ячейки 12.1, его сопротивление умень шится, вследствие чего на затворах15 и 16 падение напряжения будетблизко к нулю и они будут прозрачны длясвета, а по окончании импульса в пере.ключателе 11 вход 21 будет соединяться с выходом 22 и свет будет воздействовать через затвор 15 на элемент 13 ячейки 12.1, поддерживая егов проводящем состоянии, и через затвор 16 появится на оптическом выходе 27 ячейки 12,1, на электрическомвыходе данной ячейки будет напряжение логической единицы, близкое кнапряжению питания. Таким образом, висходном состоянии возбуждена только ячейка 12.1. Входной блок 8 и его оптическиесвязи построены таким образом, чтопосле установки в исходное состояние свет постоянно воздействует назатворы 16 всех ячеек, при отсутствии счетных импульсов свет проходитна затворы 15, а при наличии - на,затворы 17 всех ячеек. Каждая ячейка 45построена по схеме М,элементы 14,17 и 18 составляют основной запоминающий элемент, элементы 13,15,19 -дополнительный, а затвор 16 применяется для согласования во времени 50электрического и оптического сигналов индикации состояния ячейки,Рассмотрим работу. счетчика в режиме суммирования импульсовПриэтом на входе 5 выбора направлениясчета нулевой потенциал, при котором переключатели 20 ячеек 12.112,л соединяют вход 21 с выходом 22,оптический выход затвора 15 ячеек 178 412.1-12.П -1 оказывается связанным с фоточувствительным элементом 14 последующей ячейки, а выход затвора 15 ячейки 12.) оказывается связанным с элементом 14 ячейки 12.1. На фоточувствительный элемент 14 ячейки 12.2 воздействует световой сигнал с выход затвора 15 ячейки 12.1, уменьшая его сопротивление и отпирая затвор 17 ячейки 122. Если теперь подать оптический импульс на вход 1, то сопротивление фотоприемника 6 уменьшится, на электроде 24 переключателя 10 появится напряжение, близкое к напряжению питания, которое приведет к переключению оптического переключателя 10, благодаря чему свет с его выхода 23 через открытыи затвор 17 ячейки 12.2 пройдет ца фоточувствительные элементы 14 ц 13 этой ячейки, что приведет к появлению высокого потенциала на электрическом выходе 26, отпиранию затвора 16, а следовательно, к появлению света ца оптическом выходе 27 ячейки 12.2, элемент 13 ячейки 12.1 окажется затемненным, что приведет к запирациюзатворов 15 и 16, т.е. ячейка 12.1"гаснет", затвор 15 ячейки 12.2 открыт и по окончании счетного импульса свет с выхода 22 переключателя 1 Обудет воздействовать на фотоэлемент13 ячейки 12.2 и фотоэлемент 14 ячейки 12.3. Т.е. состояние счетчика изменилось на единицу. По второму счетному импульсу ячейка 12.2 "гаснет",а ячейка 12.3 "зажигается" и т.д.,по и -му импульсу ячейка 12. "гаснет", а ячейка 12.1 "зажигается",т.е. коэффицйент пересчета равенколичеству ячеек. Работа счетчика от электрических импульсов аналогична описанной за исключением того,. что электрические импульсы, подаваемые на вход 2, непосредственно воздействуют на управляющий электрод 24 переключателя 10, управляя его переключением.Для работы в режиме вычитания импульсов необходимо ца вход 5 направления счета подать высокий потенциал, который приведет к переключению оптических переключателей 20 всех ячеек Г 2.1-12.п, В этом случае оптический выход затвора 15 ячеек 12.1-12. ц будет оптически связан через переключатель 20 данной ячейки с элементом 14 предыдущей ячейки, а выход затвора12915 ячейки 121 будет связан с элементом 14 ячейки 12.и. Если счетчик в исходном состоянии, то первый счетный импульс приведет к гашению ячейки 12.1 и возбуждению ячейки 12.п, второй импульс погасит ячейку 12.п и возбудит ячейку 12,п -1 и т,д.На основе данного счетчика можно строить многоразрядные пересчетные схемы, работающие в системе счисления с любым натуральным основанием, в частности с основанием 10, В ,этом случае сигнал переноса необходимо снимать с выхода 22 переключателя 20 ячейки 12. н одного разряда и подавать на элемент 14 ячейки 12.1 следующего разряда а сигнал заема - с выхода 23 переключателя 20 ячейки 12.1 одного разряда на элемент 14 ячейки 12.л предыдущего разряда. В этом случае входной блок 8 будет общим для всех разрядов.В качестве оптических переключателей и оптоэлектронных затворов можно использовать волноводные переключатели с любым эффектом, в частности Брэгговский волноводный переключатель с временем переключения 30-100 пс и пороговым напряжением переключения 5 В (фиг.2). Брэгговский переключатель имеет оптический вход 21, два оптических выхода 22 и 23 и управляющие электроды 24 и 25. При использовании Брэгговского волноводного переключателя в качестве оптоэлектронного затвора оптическим входом затвора будет вход 21 переключателя, авыходом - выход 22, выход 23 не будет использоваться. В этом случае при низком напряжении между электродами 24 и 25 свет с входа 21 будет поступать на выход 22, а при высоком падении напряжения на выходе 22 свет будет отсутствовать. Быстродействие элементов Брэгга на порядок выше быстродействия фоточувствительного элемента 13,14, что гарантирует надежную работу устройства. В этом случае быстродействие (время регистрации счетчика на электрическом выходе 26) по оптическому входу будет равно6С - быстродейств.ле фотоэлемен 3та 13,а по электрическому входу время ре- гистрации 2 78(2) Ограничение на максимальнуюдлительность счетных: импульсовотсутствует, Полярность напряжения ,О питания может быть отличной от указанной на фиг.1. Кроме того, предлагаемое устройство можнопитать переменным напряжением, отсутствуютстрогие требования к амплитуде и 45 стабильности напряжения питания. Формула изобретения 1,Оптоэлектронный кольцевой счет чик импульсов, содержащий первый ивторой счетные входы, вход установки в начальное состояние, шину питания, общую шину и триггерные ячейки, каждая из которых состоит из двух фота чувствительных элементов и двух оптоэлектронных затворов, первые выводы которых и первый вывод первого фоточувствительного элемента подключены к электрическому выходу ячейки, втоТаким образом, счетчик имеет достаточно высокое быстродействие.Время паузы между соседними оптическими импульсами определяется поформуле (1, а между электрическими - по формуле (2).В качестве оптоэлектронных затворов и оптических переключателейможно также использовать жидкокристаллические или другие затворы.Схема оптического переключателя сиспользованием оптоэлектронных затворов показана на фиг.3. Этот переключатель состоит из затворов 29и 30 и имеет оптический вход 21,два оптических выхода 22 и 23 и двауправляющих электрода 24,25, В случае использования жидкокристаллических затворов временные характеристики счетчика будут намного хуже из-занизкого быстродействия жидкокристаллических затворов, чем в случае применения оптических волноводных перек-.лючателей. Надежность работы будетобеспечиваться тем, что быстродействие жидкокристаллических затворовна порядок хуже быстродействия фоточувствительных элементов.35рые выводы первого и второго оптоэлектронных затворов и второй нынадпервого фоточувствительного элементаподключены к шине питания, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения области применения устройства, в него введены вход выборанаправления счета, фотоприемник,нагрузочный резистор, входной блок,состоящий из источника света двух 10оптических переключателей с оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами, а н каждую триггерную ячейкувведено два резистора, третий оптоэтектранный затвор и оптическии переключатель с оптическим входом,двумя оптическими выходами и двумяуправляющими электродами, причем нячейках первые выводы обоих резисторов подключены к общей шине, второй вывод первого резистора подключен к второму выводу второго фоточувствительного элемента и к одному из выводов третьего оптоэлектронного затвора, второй вывод которого и второй нынад второго фоточувствительного элемента подключены к шине питания, второй вывод второго резистора соединен с электрическим ныходам ячейки, перньпл управляющийэлектрод оптического переключателяподключен к общей шине, а второйуправляющий электрод - к входу выбора направления счета, во входном 35блоке оптический вьгхад источникасвета оптически связан с входам первого оптического переключателя,первый выход которого оптически связан с входом второго оптического 40переключателя и с оптическими входами вторых оптоэлектронных затнароввсех триггерных ячеек, второй оптический выход первого оптическогопереключателя связан с первым фатачувствительным элементом первойячейки, а один из его управляющихэлектродов является входом сбросасчетчика в исходное состояние, перньпл оптический выход второгоаптического переключателя соединен,с оптическими входами первых оптоэлектронных затворов всех ячеек; оптическийвыход первого оптоэлектронного затвора каждой ячейки оптически связан 55с первым фоточувствительньпл элементоми входом оптического переключателя данной ячейки, второй выход второго оптического переключателя связан с оптическим входом третьего оптоэлектронного затвора каждой ячейки," выход которого оптически связан с первым, вторым фоточувствительными элементами соответствующей ячейки, первый выход оптического переключателя каждой ячейки, кроме последней, оптически связан с вторым фоточувствительным элементом последующей ячейки, первый оптический выход оптического переключателя последней ячейки оптически связан с вторым фоточувствительным элементом первой ячейки, второй выход оптического переключателя каждой ячейки оптически связан с вторым фоточувствительным элементам предыдущей ячейки, первый счетный вход счетчика соединен с первым выводом сЪотоприемнтлка, с одним из управляющих электродов второго оптического переключателя входного блока и через пагрузочный резистор - с общей шиной, второй вывод фотоприемника соединен с шиной питашюя, второй счетный вход устройства связан с оптическим входам фотоприемника, а оптические выходы вторых оп-, тоэлектронных затворов каждой трит - гернай ячейки являются оптическими выходами устройства.2. Счетчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что оптические переключатели с одним оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами и оптоэлектронные затворы выполнены в ниде оптических валнонадных переключателей.3. Счетчик па и.1, о т л,и ч а ющ и й с я тем, что оптические переключатели с оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами состоят из двух оптоэлектронных затноран, причем первый вывод первого затвора соединен с шиной питания, а второй ньснод соединен с первым выводом второго затвора и с первым управляющим электродом, второй нынад второго затвора янляется нторым управляющим электродом, опттлческтлй вход связан с оптическим входом первого и второго затноран, опттьческтнт выход первого затвора является первым выходам перекюпочателя, а оптичсский выход ьторого затвора янляетсп вторым выходом оптического переклтсчателя.1292178 22 Составитель П.Бестемьяноехред И.Попович Редактор С,Пека Корректор М,Демчи Заказ 286 58 Тираж 902ВНИИПИ Государственного комитета СССпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб.,одписное 5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул. Проект