235392

союз Советских Социалистических РеспубликИ АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ от авт. свидетельства Ле7,Х 1.1967 (Ле 1197336/18-24 Зависимо Заявлено л 42 п 1 а, 7/ОО21 ат. Зб/18 21 д, 29,10 присоединением заявок ЛЮе 1197334/18-24 1197335/18 24 1197337/8-24,1,К 621.374 33 681 325 .65:621.383 (088.8) Приоритет Ъбгиитет по угол изобретений и отк при Соеете Мини СССР.1969. Бюллетсггь .6 бликовано 1 ытно-конструкторское бюро Ленинградского политехниче института им, М. И. Калининавите,ТО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕН Предл и.тики и в троники,Известны опто-электронные логические элементы, содержащие приемники света, источники света, резисторы и транзисторы.Предложенный логггческггйг элемент отличается тем, что для повышения быстродействия, точности и расширения функцггональныхвозможностей в нем фотоприемники, например фстодиоды, включены в плечи мста,одной диагонали которого подсоединен источник питания, а к другой - эмиттерно-базовыйпереход согласующего транзистора усилителя(нагрузкой усилителя служит фотоизлучатель, например инжекционный светодиод).Кроме того, логический элемент отличаетсятем, что для реализации логических функцийКанал, Запрет и обратных функции НЕ,Антизапрет фотоприемники включены в двасмежных плеча моста; для реализации логических функций ИЛИ, И и обратныхфункции НЕ - ИЛИ, НЕ - И фотоприемники включены в два г,ротивсположных плеча моста, а также тем, гтс для реализации лсгических функций ИЛИ - И, НЕ ИЛИ -1.Е И с динамигсским управлением фсгсприемники включены в три плеча моста, причем фотсприемник второго плеча связан оптически с источником управляющих сигналов. ожение относится к соласт;г автом ычислительиой техники и оптоэлек оД,и реализации операции выбора одногоиз двух каналов передачи информации фотоприепгик включен в одно плечо моста, а к диагонали подкгиочены эмиттерно-базовые ие реходы р - г - р и гг - р - гг согласующих транзисторов усилителей. С целью реализации опе.рации распределения ггнформа.циг по четырем каналам, мост выполнен в виде сдвоенного, а в два его общих плеча включены ссответст венно фотоприемннк и ксмпсггсир ющий резистор. Второй фотоприемник Включен В смежное плечо, третий - в прстивополоячгое плечо, причем второй и третий фотоприемнггюг связаны с синхронными гсточниками светово го излучения, а первый фотоприемник - систочником управляющего излучения, два других плеча содержат компенсирующие резисторы, необщие плеч моста соединены с помощью фиксирующего резистора, эмиттерио базовые переходы четырех /г - и - р и и - р - исогласующих транзисто.ов подсоединены и соответствующим диагоналям моста.В зависимости от вида моста, от того, в каоса вглгочены фотонггемггигчг, 25 какгге и В каком колггчсстве псдг:,лючены транзисторы усилителей к диагоналям моста, логический элемент может выполнягь те ил г иные операцгш.На фггг. 1 ггзооражена схема опто-элегтрсн ного логического элемеггта, реализугощего235392 60 65 функции Канал, Запрет либо одну из обратных функций НЕ, Автизапрет; на фиг.2 - схема, реализующая функции И ИЛИ. либо НЕ - И, НЕ - ИЛИ; на фиг. 3 - схема, реализующая функции ИЛИ - И, НЕ ИЛИ - НЕ И с динамическим управлением; на фпг. 4 в схе для реализации операции выбора одного из двух каналов передачи информации; на фиг, 5 - схема реализац и операции распределения информации по четырем каналам.Логический элемент содержит фотоприемники 1 и 2, например фотодиоды, резисторы 3 и 4, источник питания 6, согласующий транзистор 6 усилителя, ключевой транзистор 7 усилителя, нагрузку усилителя - излучатель 8 света, например инжекционный светодиод; низко. вольтный источник питгния 9, фотоприемник 10, например фотодиод. Буквами а, Ь, с и 1 обозначают узловые точки моста.При реализации функций Канал и НЕ (см. фиг. 1) на фотоприемник 2 световой сигнал не поступает, он без ущерба может быть заменен резистором, равным темновому сопротивлению фотоприемника.В исходном состоянии разбаланс моста достигается (прп равных величинах темповых сопротивлений фотоприемников) за счет уменьшения сопротивления резистора 3 для всех элементов, кроме элементов, осуществляющих функции И и НЕ - И, а для этих двух операций за счет уменьшения сопротивления обоих резисторов 3 и 4. В соответствии с этим напряжение разбаланса, действующее в измерительной диагонали, оказывается прилокенным более высоким потенциалом к точке Ь, Степень темнового разбаланса выбирается такой, чтобы величина действующего в измерительной диагонали напряжения была не менее той, какая необходима для надежного запирания переключательного транзистора 7 в том случае, когда эмиттерный переход транзистора 6 подключен к измерительной диагонали в запорном направлении, и той, какая необходима для приведения транзистора 7 в насыщенное состояние. Выголненпе этого условия в сочетании с достаточными интенсивностями засветки фотоприемников позволяет переходить от реализации прямой логической операции к обратной на том яе элементе без применения специального пнвертора путем простого изменения полярности подключения к измерительной диагонали эмпттерного перехода транзистора 6. При реализации функции Канал, Запрет, ИЛИ и обратных операций достаточнымп являются такие интенсив. ности, которые при темновом разбалансе, характеризующемся количественно величинойт1 = - , обеспечивают изменение сопротивлеРзз ния фотоприемника в отношении= - ,св Иными словами, требуется соблюдение усло. вия где Я - сопротивление резистора 3, Р, й Й - соответственно величины темнового и светового сопротивлений фотоприемника.Для надежной реализгции функций Ии НЕ - И на одном и том ке элементе требуется при тех же интенсивностях засветки фотоприемника введение темнового разбаланса по обоим резисторам 3 и 4 несколько большей величины по каждому, чем разбаланс при 10 реализации других схем. Практически величина требуемого разбалгнса определяется напряжением исгочника питания решающей части элемента и параметрами согласующего транзистора. Такая конструкция решающей 15 части элемента позволяет выводить на исполнительное устройство результат логической операции в двоичной форме (соответственно двум направлениям разбаланса). Предлож иный элемент можно использовать также и в 20 режиме непрерывной обработки пнформаци ,где применение реактивных связей недопустимо.Реализация логических функций Канал иЗапрет с помощью элемента, изображенного на фиг. 1, происходит следующим образом,В исходном состоянии сопротивления фотоприемников 1 и 2 и резистора 4 равны темновому сопротивлению фотоприемника; величина сопротивления резистора 3 понияена, вследствие чего на эм;птерный переход транзистора 6 действует напряжение разбаланса, запирающее надежно транзистор, подключенный к выходным излучателям При реализации функции Канал световой сигнал от предыдущего элемента приходит на фотоприемник 1, вызывая понижение сопротивления этого плеча в такой мере, что коэффициент деления делителя, образованного фотоприемником 1 и резистором 3, изменяется на обрат О ный. Вследствие эт го полярность напряжения, приложенного к эмиттерному переходу согласующего транзистора 6. изменяется на обратную, открывая транзистор 7 дэ насыщения и зажигая выходные излучатели, воздей ствующие на фотоприемники последующихэлементов. При реализации функций Запрет действие сигнала, приходящего на фотоприемник 1, аналогично предьдущему случаю; если одновременно поступает световой сигнал на фотоприемник 2, то изменяется также и коэффициент деления делителя, образованного фотоприемником 2 и резистором 4, вследствие чего мост остается в состоянии, весьма близком к исходному (темновому) разбалансу, и переключательный транзистор 7 не открываети ся; если, наконец, световои сигнал приходит только на фотоприемник 2, то это приводит лишь к углублению состояния исходного разбаланса, и транзистор 7 через согласующий транзистор 6 будет заперт еще большим напряжением. Обратные функции НЕ и Антизапрет будут реализованы, если в схемах,реализующих функции Канал и Запрет,изменять полярность подключения эмиттерного переход транзистора 6 к диагонали моста.Исходное состояние схемы, реализующей функцию ИЛИ (см. фиг. 2), аналогично исходному состоянию элементов, осуществляющих функции Канал и Запрет, т. е. выходные излучатели не горят. Вследствие включения фотоприемников 1 и 2 в противоположные плечи моста освещение фотоприемника 2 вызывает такую же реакцию, что и освещение фотоприемника 1, т. е. при приходе светового сигнала на любой из фотоприемников элемент, осуществляющий функцию ИЛИ, ведет себя подобно элементу, осуществляющему функцию Канал, если же световые сигналы от двух предыдущих элементов поступают на оба фотоприемника одновременно, то состояние светового разбаланса лишь усугубляется, но это не сказывается на состоянии выходных излучателей, так как переключательный транзистор 7 переходит в режим насыщения уже при поступлении светового сигнала хотя бы на один фотоприемник. В схемах, реализующих функцию И, в исходном (темновом) состоянии устанавливается более глубокий разбаланс за счет одновременного снижения сопротивлений резисторов 3 и 4 по сравнению с темновым сопротивлением фотоприемников на большую величину, чем в схемах уже описанных элементов. Поступление светового сигнала только на один из двух фотоприемников лишь уменьшает степень темнового разбаланса до величины, характеризующей темновой разбаланс в схемах, реализующих функции Канал, Запрет и ИЛИ, и только при поступлении световых сигналов от предыдущих элементов сразу на оба фотоприемника полярность разбаланса изменятся на обратную, и зажигаются выходные излучатели света. Обратные функции НЕ - ИЛИ и НЕ - И реализуются на элементах, осуществляющих функции ИЛИ и И с помощью того же приема, что и функции НЕ и Антизапрет, на элементах осущсствчяющих функ сии Канал и Запрет.В схеме (см. фи. 3) величины темновых сопротивлений фотоприемников 1, 2 и 10, резистора 3, а также интенсивности поступающих на фотоприемники световых сигналов выбираются таким образом, что при любой комбинации фаз световых сигналов по всем трем фотоприемникам величина напряжения разбаланса (той или другой полярности), действующего в диагонали вывода, достаточна для жесткой фиксации переключательного транзистора либо в закрытом состоянии, либо в насыщении.В исходном темновом состоянии необходимая величина разбаланса достигается за счет выбора номинала резистора 3, меньшим темнового сопротивления фотоприемников, с таким расчетом, что в диагонали а - Ь обеспечивается напряжение, достаточное для фиксации переключательного транзистора 7 в одном из крайних состояний, но что поступление светового сигнала хотя бы на один из операционных фотоприемников 1 и 2 производит пере- разбалансировку моста, изменение полярности 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 напряжения в диагонали а - Ь и фиксацию транзистора 7 в другом крайнем состоянии. Это соответствует случаю реализации функции ИЛИ либо функции НЕ - ИЛИ в зависимости от полярности подключения эмпттерного перехода согласующего транзистора 6 к диагонали вывода.Прп поступлении светового сигнала на управляющий фотоприемник 10 величина разбаланса (в отсутствие входных сигналов на операционных фотоприемниках 1 и 2) углубляется настолько, что поступление светового сигнала только на один из фотоприемников 1 и 2 хотя и уменьшает степень разбаланса, но не приводит к перебалансировке моста, и состояние переключательного транзистора 7 не изменяется. Поступление световых сигналов сразу на оба фотоприемника 1 и 2 приводит к перебалансировке моста, изменению полярности напряжения, действующего в диагонали а - Ь, и инвертированию состояния переключатель- ного транзистора и выходных излучателей. Это соответствует случаю функции И либо функции НЕ - И в зависимости от полярности подключения согласующего транизстора б к диагонали а - Ь вывода результата,Отличительной особенностью двухканальной схемы (см. фиг. 4) является то, что соответствующие транзисторы в первом и во втором канале имеют противоположные типы проводимости, а их источники питания подключены к общей точке а противоположными полюсами. Эмиттерные переходы согласующих транзисторов б, и б включены в диагональ а - Ь решающей части элемента параллельно с эмиттерами к общей точке а. Поскольку согласующие транзисторы имеют противоположные типы проводимости, то один пз переходов всегда открыт, а другой закрыт действующим в диагонали напряжением разбаланса. Соответственно выходные излучатели одного канала горят, а другого - не горят.Фазовая селекция канала передачи происходит следующим образом.В исходном состоянии подбором номинала резистора 3 устанавливается темновой разбаланс моста таким образом, что в диагонали а - Ь действует темновое напряжение, запирающее переключательный транзистор 7, в то время как транзистор 7 открыт до насыщения, Поэтому горят выходные излучатели первого канала.;управляющий световой сигнал, приходящий на фотоприемнпк 1, производит инверсию разбаланса моста, причем полярность напряжения в диагонали а - Ь изменяется на обратную: транзистор 7, при этом закрывается, и выходные излучатели 8, в его коллекторной цепи гаснут, а транзистор 7. открывается до насыщения и зажигает выходные излучатели 8. второго канала. Таким образом, каждая фаза входного сигнала О либо 1, поступающего на фотопрпемник 1, соответствует передаче светового управляющего сигнала по одному пз двух каналов прохождения.Устройство (см. фиг. 5) состоит из сдвоенного четырехплечевого моста на фотоприемниках 1, 2 и 10, компенсирующих резисторах 3, 4 и 11 и фиксирующих резисторах 12 и 13. Питание решающей части осуществляется от низковольтного источника 6, подключенного к общей для обоих мостов диагонали а - Ь. Испол. - нительная часть состоит из согласующих транзисторов б, переключательных транизсторов 7, к коллекторам которых подкгночены выходные излучатели 8 светового сигнала данного канала. Идентичными являются пары усилителей подключенных к точкам 4 либо 4 и к точкам е, либо е. Одна пара отличается от другой только противоположностью типа проводимости соответствующих транзисторов, Каждая пара идентичных усилителей питается от собственного источника питания 9, либо 9, причем источники имеют общую точку с, являющуюся общей точкой четырех каналов вывода выходного управляющего сигнала, Источник питания 9, подключен к точке с минусовым зажимом, а источник питания 9 - плюсовым. Вывод результата логической операции осуществляется с помощью эмиттерных переходов согласующих транзисторов б всех четырех каналов, подключенных эмиттерами к общей точке с, а базами соответственно к точкам д, либо с 4 и е, либо е, лежащим на концах псевдодиагоналей с - 4, с - 4, с - ес - е,.Для реализации четырехканального распределения четырем комбинациям фаз двух входных сигналов сопоставляется четыре существенно различных состояний моста, каждое из которых приводит в действие один канал вывода результата, причем любой комбинации фаз одной и той же пары входных сигналов соответствует состояние 1 только одного из этих двух элементов, реализующих операции типа ЛИБО и 1-1 Е - ЛИБО, и нет ни одной комбинации фаз, которой бы не сопоставлялось состояние 1 хотя бы одного из двух элементов, Сдвоенный мост реализует операции типа ЛИБО и 11 Е - ЛИБО. Действие схемы рассматривается при условном разделении сдвоенного моста на два отдельных моста А и В, причем плечи, включающие фотопрнемник 10 и резистор 11, являются общим для обоих мостов, а фотоприемники 1 и 2 связаны спнфазностью светового сигнала, т. е. на оба фотоприемника 1 и 2 поступает световой сигнал от выходных излучателей одного и того яе элемента, находящихся в любой момент времени в одинаковом состоянии, Мост Л решает логическую операцию типа ЛИБО, мост В - типа НЕ - ЛИБО.Предположим, что в мостовой схеме типа ЛИБО (мост А па фиг. 5) нет фиксирующего резистора 18, тогда точки д, и е, совпадают и сливаются с точкойусловно привязанной к середине фиксирующего резистора. Вывод результата логической операции типа ЛИБО осуществляется при этом в диагонали с - , моста А, В темновом состоянии мост А сбалансирован, и напряжение в диагонали с - , с 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 некоторой точностью равно нулю. С приходом светового сигнала на один из фотоприемников 2 и 10 мост разбалансируется, причем полярность напряжения разбаланса, действующего в диагонали с -зависит от того, на какой именно из двух фотоприемников поступил световой сигнал. При поступлении световых сигналов на оба фотоприемника 2 и 10 баланс моста А оказывается с некоторой точностью восстановленным, и напряжение разбаланса в диагонали с - , уменьшается до нуля. Таким образом, двум состояниям 1 на выходе моста А соответствуют два напряжения разбаланса противоположных полярностей. Эти напряжения выводятся из диагонали с - эмиттерными переходами двух согласующих транзисторов бгд и 6 , подключенных эмиттерами к общей точке с, Для вывода напряжений разбаланса противоположных полярностей используются согласующие транзисторы би 6 а различных типов проводимости, при этом закрытому состоянию одного из них соответствует открытое состояние другого, т. е. в зависимости от того, на какой из фотоприемников 2 - 10 поступил световой сигнал, загорается только одна группа выходных излучателей 8 ья либо 8 т . В темновом состоянии при поступлении световых сигналов сразу на оба фотоприемника напряжение в диагонали с - ь должно быть равно нулю и ни одна группа выходных излучателей не должна гореть. Однако, практически точный баланс моста трудно осуществим, поэтому велика вероятность, что в двух последних случаях в диагонали с - , моста А будет действовать напряжение той или иной полярности, и одна из групп выходных излучателей может оказаться в ложном состоянии горит. Для повышения надежности логического селектора в мост А вводится фиксируюгций резистор 18, Это приводит к тому, что точки 4 и е к которым подключаются базы согласующих транзисторов бти 6 оказываются разнесенными относительно точки , на половину падения напряжения на фиксирующем резисторе И, Поскольку к точке 4 подключена база согласующего транзистора типа и - и - р, а к точке е - транзистора типа г - 0 - и, то в состоянии баланса моста эмиттерпые переходы обоих согласующих транзисторов бд и 6 надежно закрыты соответствующими фиксирующими напряжениями, действующими в псевдодиагоналях с - 4 и с - е,. Имеетсл в виду баланс относительно условной диагопали с - (, (диагонали с -для моста В).Итак, в тсмновом состоянии мост А сбалансирован и эмиттерные переходы согласующих транзисторов бд и 6 двух каналов вывода, подключенные к псевдодпагоналям с - 4 и с - е надежно заперты фиксирующими напряжениями. При поступлении светового сигнала на фотоприемник 10 потенциал точки с повышается (вследствие уменьшения сопротивления фотоприемника 10) относительно точек 4 и е,. Прп этом согласующий транзистор 6 я закрывается еще глубже, а согласующий трапзистор 61,2 открывается, переключательный транзистор 71, переходит в состояние насыщения, и выходные излучатели 8 г,а передают на последующие логические элементы, фотоприемники которых привязаны к данному каналу выводя, управляющий световой сигнал. При поступлении светового сигнала только на фотоприемник 2 моста А разбаланс моста происходит в обратную сторону, т. е. потенциалы тдчек гг и е, стацогятся выше потецццала точки с, согласующий трянизистор 6булет глубоко закрыт, а согласующий транзистор 61,1 открывается, переводит в состояние насыщения цереклгочательный транзистор 71,1, и управляющий световой сигнал будет поступать с выходных излучателей 81на фотоприемники последующих элементов, привязанных к этому каналу управления. При поступлении световых с гцалов сразу на оба фотоприемника 10 и 2 моста А мост остается в состоянии, близком к темцовому балансу, и оба выходных канала будут закрыты фиксиру гощихги цяпрягкени 51 ми.Темповое состояние моста В характеризуется разбалансом, достигнутым за счет уменьшения сопротивления резистора 4 по срявценигс с резисторами 11 ц 8, сопротивлецця которых раьны темновым сопротивлениям фотоприемников 10, 2 и 1. При этом потенциалы точек 4 и е 2 выше потенциала точки с, и согласующий транзистор 62,2 надежно закрыт напряжением разбаланса, а согласующий транзистор 621 открыт, переключательный транзистор 72,1 цасьццен, ц выходные излучатели 82, передают световой управляющий сигнал на фотоприемники последующих логических элементов, прцвяза ные к этому (трет ею ) каналу управления. Поступление светового сигнала на один из фэтоприемников 10 и 1 1 ца фотоприемники 2 и 1 световой сигнал поступает сицфазно) вызывает повышение потенциала точки с или поццгкенце потенциалов точек 4 и е в такой мере, что мост оказывается в состоянии, близком к балансу, и на эмцттерные переходы согласугощих транзистордз в псевдодиагоналях ссг и се, действуют только запирающие их фиксирующие напряжения. Если, наконец, световые сигналы поступят ца оба фотоприемника 10 и 1, то потенциал тд:1- ки с оказывается выше потенциалов точек д, и е, согласующий транзистор 62 остается закрытым, а транзистор 622 открывается, переводит в состояние насыщения переключятельный транзистор 722, и передача светового управляющего сигнала будет происходить с выходных излучателей 8 а на соответствующие фотоприемники последующих элементов.Таким образом, каждой комбинации фаз пары входных световых сигналов, из которых один поступает на фотоприемник 10, а другой, синфазно - ца фотоприемники 2 и 1, со 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ответствует прохождение управляющего светового сигнала по одному из четырех каналов, и кажлыи канал служит для передачи; пр 11 В- ляющего сигнала при некоторой комбиггациц фаз входных сигналов. Предмет изобретения1. Опто-электронный логический элемент, выполненный на фотоприемниках, резисторах и транзисторах усилителя, от.гичагощийся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и расширения фуцкццональньх возможцостсй, в нем фотоприемники, например фото- диоды, включены в плс и моста, к одной диагонали которого подсоединен источник пита;Н 51, а к другой - эмцттсрно-базовг 11 переход соглалющего транзистора усилителя, причем нагрузкой усилителя служит фотоизлучатель, напр:. Ср ингкскциоццый свстолцдл.2. Элемент пд п. 1, от.ггяггющиггся тем, что, с целью реализации логических функций Канал, Запрет и обратных функций ИЕ Лнтизяпрет, фотоприемники клюены В Лв смеживх п,е я мэ та.3. Элемент ио п. 1, Ог.гичггюигггися тем, что, с целью реализации логических функций И 1 И, И и обратных функций ИЕ - 1 НИ, 11 Е - И, фотоприемники включены в лвя противоположных плеча моста.4. Элемент по п. 1, от.гичающийся тем, что, с цс,ц:ю реалцзагцги функций И 1 И - И, 1-1 ЕИ 1 И - 11 ЕИ с динамическим управленце 1, (рдтопрцег 11 кц Вклочены В три плеча моста, причем фэтэпрцемнцк второго плеча СВ 51 ЗЯН ОПТ 1 ЕСКИ С ЦСТОЧНИКОМ УПРЯВЛЯЮЩИХ с:гцялов.5. Элемент по п. 1, огчгггцаюцггйся тем, что с цс,тью реализя:иц операции выбэра одногс ;,з двух каналов передачи информации, в нем ф;тэцргемцик вклго 1 ен В олцо плечо моста, а к ;1 цягоцалц полключсны эмцттерно-базовые пе- .1 ЕХОЛЫ Р - гг - Р Ц Л - Р - гг СОГЛаСУЮЩИХ ГРЯН- зцстэров усилителей.6. Элемент по п. 1, сгт.гггчггюгг,гггггся тем, что, с ге-.ыо реализации операции распределения цнфэрмации по четырем канала,мост выполнен в лиде слвдсццого, а в лва его общих плеча включены соответственно фотоприемник и компец(ирующцй резистор, второй фотопрцемцик вкл 10 чсц В сзгежцое плечо, третий - в прот:гвоположное плечо, причем второй и третий фотоприемники связаны с синхронными источниками светового излучения, а первый фото- приемник - с цсточником управляющего излучения, лва других плеча солержат компенсирующие резисторы, необщие плечи моста соелчнецы с помощью фиксирующего резистора, эмцттерно-базовые переходы четырех р - и - р и а - р - гг согласующих транзисторов полсоелцнены к соответствующим диагоналям моста.235392фиг 5Сосгавителв И. ГореловаРедакгор Е. В. Семанова Текред Л. К. Малова Корректор О. Б. ТюринаЗаказ 72816 Тираж 480 Поди "свое 1 НИИПИ Комитета по делам изооретешп 1 и открытии при Совете Министров СССР Москва, Центр, пр. Серова, д. 4 Типография, пр. Сапунова, 2