Оптоэлектронный модуль

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалнстнчвскнкРеспублик и 957437 4(22) Заявлено 06.02. 81 (21) 3251373/18-21 Р 1 М К з Н 03 К 23/12 с присоединением заявки М -Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийОпубликовано 070982, Бюллетень МЗЗДата опубликования описания 070982 В.П.Кожемяко, В.А.Подорожнюк, А.В.Грабчак, Л.И.Тимченко и В.С.Стратиенко(54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ 1Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах дискретнойавтоматикиИзвестно оптоэлектронное устройство, содержащее резисторы, светодиоды, фототранзисторы 13.Недостатками являются низкая надежность и разнородность элементной базы.Известен оптоэлектронный модуль, содержащий в каждом разряде источник света, транзистор, фотоприемники 2.Недостатки - ограниченные функциональные возможности, так как невозможны режимы записи и сдвига любой информации, и невысокая достоверность функционирования, поскольку при поступлении очередного импульса возможно переключение нескольких регенеративных.оптронов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение достоверности функционирования,Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный модуль, содержащий в каждом 1-ом разряде источник света, транзистор, первый фотоприемник, второй и третттй фотоприемники в последовательном включении, пер 2вые выводы которых подключены к базетранзистора, коллектор которого через источник света соединен с шинойисточника питания, а эмиттер - собщей шиной, источник света предыдущего разряда связан с вторым фотоприемником последующего разряда,источник. света которого связан стретьим фотоприемником предыдущего 10 разряда, источник света каждого разряда связан с первым фотоприемникомтого же разряда, введены счетныйтриггер, переключатель и в каждыйразряд четвертый фотоприемник, причем выход генератора импульсов соединен со счетным входом триггера,прямой выход которого подключен кпереключающему контакту первой группы переключателя, а инверсный - кпереключающему контакту второй группы переключателя, второй вывод второго фотоприемника 1-го разрядаподключен к второму выводу первогофотоприемника 1-1-го разряда, квторому выводу первого фотоприемника 1+1-го разряда и к размыкающему контакту первой группы переключателя, второй вывод второго фотоприемника 1+1-,го разряда подключен.к второму выводу первого фотоприем,ника 1-го .разряда, к второму выводупервого Фотоприемника 1+2-го разряда и к размыкающему контакту второйгруппы переключателя, второй выводтретьего Фотоприемника 1-го разряда подключен к второму выводучетвертого Фотоприемника 1-1-го разряда, к второму выводу четвертогоФотоприемника 1+1-го разряда и кзамыкающему контакту второй группыпереключателя, первый вывод четвертого Фотоприемника 1-го разряда подключен к базе транзистора, второй 10 вывод третьего Фотоприемника 1+1-го.разряда подключен к второму выводучетвертого фотоприемника 1-го разряда, к второму выводу четвертого фотофотоприемников подключены к базе транзистора 2, коллектор которого черезисточник 1 света соединен с шиной бисточника питания, а эмиттер - с общей шиной, источник 1 света предыдущего разряда связан со вторым Фотоприемником 4 последующего разряда,источник 1 света которого связан стретьим фотоприемником 5 предыдущего разряда, источник 1 света каждого разряда связан с первым фотоприемником 3 того же разряда, выход ге 40 нератора 7 импульсов соединен со счетным входом триггера 8, снабженноговходом 9 установки в "единичное"состояние и входом 10 сброса в "нулевое" состояние, прямой выход которого подключен к переключающему контакту 11 переключателя 12, а инверсный выход - к переключающему контакту 13, второй вывод второго Фотоприемника 4 з.-го разряда подключен ковторому выводу. первого фотоприемника 3 1-1-го разряда, ко второму выводу первого фотоприемника 3 1+1-горазряда и к размыкающему контакту 14 50 переключателя 12, а второй вывод второго фотоприемника 4 1+1-го разряда подключен ко второму выводу первого Фотоприемника 3 1-го разряда, ко второму выводу первого фотоприемника 3.1+2-го разряда и к раэмыкающе 60 му контакту 15 переключателя 12, второй вывод третьего фотоприемника 51-го разряда подключен ко второмувыводу четвертого фотоприемника 16 приемника 1+2-го разряда и к размыкающему контакту первой группы переключателя, а источник света каждого разряда связан с четвертым фото- . приемником того же разряда. 20На фиг.1 представлена функциональная схема оптоэЛектронного модуля, на фиг.2 - временные диаграммы его работы в режиме сдвига информации.25Оптроэлектронный модуль содержит в каждом 1-ом разряде источник 1 света, транзистор 2, первый Фотоприемник 3, второй и третий последовательно включенные Фотоприемники 4 и 5 соответственно, причем первые выводы 1-1-го разряда, ко второму выводу четвертого Фотоприемника 16 1+1-го разряда и к замыкающему контакту 17 переключателя 12, первый вывод четвертого фотоприемника 16 1-го разряда подключен к базе транзистора 2, второй вывод третьего Фотоприемника 5 1+1-го разряда подключен ко второму выводу четвертого Фотоприемника 16 1-го разряда, ко второму выводу четвертого фотоприемника 16 1+1-го разряда и к замыкающему контакту 18 переключателя 12, источник 1 света каждого разряда связан с четвертым Фотоприемником 16 того же разряда.На фиг.2 показаны эпюры напряжения Ццтна выходе генератора 7 импульсов, У 1 на контакте 11 переключателя 12, соединенном с прямым выходом триггера 8, 04 на контакте 13 переключателя 12, соединенном с инверсным выходом триггера 8, а также форма оптических сигналов на входах и выходах соответствующих разрядов.Оптоэлектронный модуль функционирует следующим образом.При подаче питания на шину б оптоэлектронный модуль готов к записи информации. Счетный триггер 8 устанавливается в "нулевое" состояние.В режиме суммирующего счетчика переключатель 12 переводится в положение, при котором контакты 11,14 и 13,15 оказываются замкнутыми. В данном режиме световой сигнал на второй фотоприемник 1-2-го разряда подается постоянно. При подаче первого импульса счетный триггер 8 переводится в "единичное" состояние, после чего 1-2-й разряд переходит в возбужденное состояние, при этом 1-1-ый разряд не может перейти в возбужденное состояние в данном такте, так как его второй фотоприемник 4 через переключатель 12 подключен к инверсному выходу триггера 8. При подаче второго импульса счетный триггер 8 переводится в "нулевое" состояние, следовательно, на его инверсном выходе присутствует высокий потенциал, а на прямом выходе - низкий, а записанная единица информации в предыдущем такте заносится в память д-го разряда, а в данном такте пеореходит в возбужденное состояние1-1-ый разряд.Таким образом, в каждом последующем такте происходит запись в память единицы информации в предыдущий разряд и возбуждение последующего разряда.В режиме вычитающего счетчика переключатель 12 переводится в положе, ние, при котором его контакты 11,17 и 13,18 замкнуты.Пре положим, что в возбужденном состоянии находится 1+3-й разрядразряда (световой сигнал на второйфотоприемник 4 1-2-го разряда в течение третьего такта и в последующиетакты уже не подается . С подачейчетвертого импульса счетный триггер8 устанавливается в "нулевое" состояние, переходит в возбужденное состояние основной 1+1-ый разряд, единица информации, записанная в предыдущем такте, заносится в память 1-горазряда, обнуляется 1-1-ый разряд.Следовательно, за два такта произошел сдвиг вправо в модуле записанной единицы информации на однуразрядную ячейку. Дальнейший сдвигвправо в модуле записанной единицыинформации происходит аналогичнымобразом, т.е., с приходом каждых двухимпульсов сдвиг осуществляется наодну разрядную ячейку,В режиме сдвига влево единицы информации в оптоэлектронном модулепереключатель 12 переводится в положение, при котором контакты 11,17 и13,18 замкнуты. В режиме сдвига влевопара разрядов 1+1-ый, 1-ый считаемразрядной ячейкой модуля, причемвнешняя индикация берется с источника 1 света 1-го разряда, начиная споследнего, и 1+1-ый разряд считаемвспомогательным, 1-ый - основным.Предположим, что в возбужденномсостоянии находятся 1+3-ый и 1+2-ойразряды.При подаче первого импульса счетный триггер 8 устанавливается в "единичное" состояние, вспомогательный1+1-ый разряд переходит в возбужденное состояние, а 1+3-й разряд обнуляется. С подачей второго импульсасчетный триггер 8 устанавливаетсяв "нулевое" состояние, основной 1-ыйразряд переходит в возбужденное состояние, единица информации заносится в память 1+1-го разряда, 1+2-йразряд обнуляется.Таким образом, за два такту происходит в модуле сдвиг влево записанной единицы информацйи на одну разрядную ячейку. Дальнейший сдвиг влево в модуле записанной единицы инфор- .мации происходит аналогичным образом,т.е. с приходом каждых двух импульсовсдвиг осуществляется на одну разрядную ячейку.В режиме записи и сдвига любойинформации переключатель 12 устанавливается в положение, при которомконтакты 11,14 и 13,15 замкнуты. Вданном режиме в модуль можно записать последовательно любую информацию и осуществить ее сдвиг. В режимезаписи и сдвига вправо любой информации визуализацию необходимо осуществлять через один разряд, начиная совторого. Пару разрядов, например1-ый и 1+1-ый, считаем разряднойячейкой модуля, причем внешняя инди все предыдущие разряды. Тогда приподаче первого импульса счетный триггер 8 переводится в "единичное" состояние, т,е. на его первом выходе высокий уровень потенциала, соответствующий уровню логической ед,ницы, 5В данном такте обнуляется 1+3-йразряд, так как на инверсном выходетриггера 8 низкий уровень потенциала, соответствующий уровню логического нуля, ток утечки данного разряда 0достаточный для его обнуления,При подаче каждого последующегоимпульса происходит обнуление каждого предыдущего разряда.Таким образом, в данных режимах 15оптоэлектронный модуль функционирует в единично-нормальном коде, т.е.количество возбужденных разрядов вмодуле соответствует весу записаннойцифры. Индикация информации осущест Овляется от светоизлучателей 1 каждого разряда.В рениме сдвига визуализацию егонеобходимо осуществлять через одинразряд начиная со второго, т.е. вэтом случае пара разрядов, например1-ый и 1+1-ый, .считается разряднойячейкой модуля, внешняя индикация.берется с источника 1 света +1-горазряда, которий называется основным, и 1-ый разряд - дополнительным.В указанном режиме количество разрядных ячеек щ = и/2, где п - количество разрядов модуля.В режиме сдвига вправо счетныйтриггер 8 устанавливается в "нулевое" состояние, переключатель 12переводится в положение, при которомего контакты 11, 14 и 13,15 замкнуты.На второй фотоприемник 4 1-2-го разряда подается световой сигнал длительностью Т й2 Т, где Т - периодследования входных импульсов. Приподаче первого импульса счетныйтриггер 8 устанавливается в "единичное" состояние, переходит в возбужденное состояние дополнительный 1-2 ой разряд. С подачей второго импульсасчетный триггер 8 устанавливается в"нулевое" состояние, срабатывает первый фотоприемник 3 1-2-го разряда, 5 Оединица информации заносится в память 1-го разряда, кроме этого, вданном такте происходит срабатывание второго фотоприемника 4 основного 1-1-го разряда и возбуждение дан,ного разряда.Таким образом, за два такта происходит запись единицы информациив разрядную ячейку модуля. При подаче третьего импульса триггер устанав- одивается в "единичное" состояние,срабатывает второй фотоприемник 4дополнительного 1-го разряда и происходит возбуждение данного разряда,единица информации заносится в память 1-го разряда, обнуляется 1-2-го957437 Запишем, например, код 0110. Для чего счетный триггер устанавливается в "нулевое" состояние. Яа второй фотоприемник 4 вспомогательного 1-2-го разряда подается световой сигнал. При подаче первого импульса счетный триг гер 8 устанавливается в "единичноей состояние, 1-2-й разряд переходит в возбужденное состояние. С подачей второго импульса счетный триггер 8 устанавливается в "нулевое" состояние, 15 основной 1-1-ый разряд переходит в возбужденное состояние, а единица информации заносится в память 1-2-го разряда. При подаче последующих четырех импульсов аналогичным образом переходит в возбужденное состояние 1-ый и 1+1-ый, 1+2-й.и 1+3-ый разряды, Причем с приходом пятого импульса световой сигнал на второй фотоприемник 4- 1-2-го разряда уже не подается, этот разряд обнуляется, а при подаче шестого имПульса обнуляется Таблица 1 Разряды 1-2 1-1 1+1 1ЗаписанныйкодПосле первого тактасдвига 0 0 1 1 После . второго тактасдвига 0 0 0 1 Фподачу, а затем опять подать свето,вой сигнал в течение 2 к тактов. Причем (Й разрядов + (и-Е) разрядов= и разрядов ), где и - количестворазрядов в модуле.Для сдвига влево переключатель12 переводится в положение, при котором его контакты 11,17 й 13,18 замкнуты. Процесс сдвига влево осуществляется аналогичным образом.При параллельной записи информации вмодуль переключатель 12 устанавливается в положение как в режиме "сдвиг вправо", причемс приходом 60 входного импульса счетный триггер 8устанавливается в единичное" состояние, а с подачей положительного потенциала в соответствующие базы транзисторов в возбужденное состояние 65 переходят соответствующие дополникация берется с источника 1 света1-го разряда, а 1+1-ый разряд считаем вспомогательным, 1-ый - основно так как информационным выходом является каждый 1-ый, начиная с последнего, разряд, сдвинутый код будет 0011.Таким образом, для записи кода 011111необходимо на второй Феитоприемник 4 подать световой сигнал в течение 2(п) тактов, где и - количество разрядов модуля, а на после.дующих двух тактах этот световой сигнал должен отсутствовать. Для эа 0)писк нона 1 1 11 0 1 11 1и- световой сигнал на второй фотоприемник 4 .-2-го разряда необходимо псдать в течение 2(п-1) тактов, в течение двух тактов прерывать его 1-1-ый разряд. Таким образом, в модуле записывается информация 0110.Записанную в модуль информациюможно сдвинуть на любое количестворазрядных ячеек. Для сдвига вправоили влево на и разрядов необходимоподать на счетный вход триггера 2и входных импульсов,Для нашего примера для сдвигавправо записанной информации 0110 наодну разрядную ячейку необходимо подать два импульса. При подаче седьмого импульса счетный триггер 8 устанавливается в "единичное" состояние,возбуждается 1+4-ый разряд, единицаинформации заносится в .память 1+3-горазряда, обнуляется 1-ый разряд,таккак на инверсном выходе счетного.триггера 8 присутствует низкий уровень потенциала,С подачей восьмого импульса счетный триггер 8 устанавливается в"нулевое" состояние, возбуждается1+5-й разряд, единица информациизаносится в память 1+4-го разряда,обнуляется 1+1-ый разряд.В табл.1 изображен процесс сдвигазаписанной информации. 1+2 1+3 1+4 1+51 О 957437 тельные разряды модуля. При подаЧе второго импульса триггер 8 переходит в "нулевое" состояние, единица информации заносится в память соответ- . ствующих основных разрядов, Таким образом, запоминание и индикация записанной информации в разрядной ячейке . модуля происходит эа два такта.Рассмотрим сдвиг любой записанной информации в модулеПусть в модуле записан код 11010, его необ ходимо сдвинуть вправо. Сдвиг информации на одну разрядную ячейку происходит эа два такта, т.е. имеет место двухтактный сдвиговый регистр, функционирующий следующим образом. 15 За первый такт сдвига счетный триггер 8 устанавливается в "единичное" состояние и высокий уровень потенциала присутствует на вторых выводах фотоприемников 4 всех дополнительных разрядов и фотоприемников 3 всех основных разрядов разрядных ячеек модуля. Так как на Фотоприемнике 4 1-2-, -го дополнительного разряда отсутствует световой сигнал, он обнуляется, единица информации заносится в память 1-1-го разряда за счет положительной обратной связи между фотоприемником 3 и источником 1 света этого разряда, а 1+2-й разряд переходит в возбужденное состояние, так как на фотоприемнике 4 этого разряда присутствует высокий уровень потенциала и световой сигнал источника 1 света основного 1+1-го разряда, 1+3-й разряд не возбуждается, так как на его фотоприемнике 4 одновременно не присутствуют высокий уровень. потенциала и световой сигнал, 1+4-ый разряд обнуляется, единица информации заносится в память 1+5-го разря да, возбуждается 1+б-й разряд, поскольку на его фотоприемнике 4 приТаблица 2 2 3 4 5 1. Разряды Записанный кодв разрядах 1 1 1 1 О О 1 1 О О за первыйтакт О 1 1 1 1 О О 1 1 О за второйтакт О О 11 1 1 О О 1 1 эа третийтактза четвертыйтакт О О О О О 1 1 О О 1 1 1 О О 1 1 1 1 О О за пятыйтакт О О О О О 1 1 1 1 О Разрядные ячейки 1 сутствует высокий уровень потенциа-ла и световой сигнал, поступающий с выхода 1+5-го разряда, а +7-й разряд остается в невоэбужденном состоянии.За второй такт сдвига триггер 8 устанавливается в "нулевое" состояние и высокий уровень потенциала присутствует на вторых выводах фотоприемников 3 всех дополнительных разрядов и фотоприемников 4 всех основных разрядов разрядных ячеек модуля. В связи с тем, что на фотоприемнике 4 1-1-го разряда отсутствует световой сигнал, этот разряд обнуляется, единица информации заносится в память 1-го и 1+2-го разряда, 1+1-ый разряд остается в возбужденном состоянии, так как на его фотоприемнике 4 одновременно присутству-ет высокий уровень потенциала и световой сигнал от источника 1 света 1-Го раэрядар 1+3-и разряд переходит в возбужденное состояние, поскольку на его фотоприемнике 4 одновременно присутствует высокий уровень потенциала и световой сигнал от источника 1 света 1+2-го разряда. Остается в невозбужденном состоянии +4-й разряд и обнуляется 1+5-й разряд, так как на его фотоприемнике 4 отсутствует световой сигнал, на втором выводе фотоприемника 3 присутствует низкий уровень потенциала, единица инФормации заносится в память 1+б-го разряда, возбуждается 1+7-й разряд, поскольку на втором выводе фотоприемника 4 присутствует высокий уровень потенциала и световой сигнал от источника 1 света 1+б-го разряда,В табл.2 показан сдвиг в разрядных ячейках в следующих тактах, осуществляющийся аналогичным образом. 1 1 1+2, 1+3 1+4,1+5 +6,1+7Для сдвига записанной информации влево переключатель 12 переводится в положение, при котором его контакты 11,17 и 13,18 замкнуты. Процесс сдвига влево происходит. аналогично .Работа оптоэлектронного модуля в 5 режиме коммутатор аналогична работе модуля в. режиме сдвига вправо, записанной информации (фиг.2). Информационными выходами модуля являются, каждый оптический выход основного 10 разряда разрядной ячейки. Причем режим коммутации осуществляется при подаче каждых двуМ входных импульсов.Оптоэлектронный модуль может быть. использован в устройствах автомати ки и вычислительной техники в качестве реверсивных счетчиков и сдвигаемых регистров, линейки динамического табло, оптоэлектронного коммутатора, преобразователя временного интервала в код и последовательного сумматоравычитателя.Формула изобретенияОптоэлектронный модуль, содержащий в каждом 1-ом разряде источник света, транзистор, первый фотоприемник, второй и третий фотоприемники в последовательном включении, первые выводы которых подключены к базе транзистора, коллектор которого через источниксвета соединен с шиной источника питания, а эмиттер - с общей шиной, источник света предыдущего раз- З 5 ряда связан с вторым Фотоприемником последующего разряда, источник света которого связан с третьим фотоприемником предыдущего разряда, источник света каждого разряда связан 4 О с первым фотоприемником того же разряда, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с, целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности его работы, в него введены 45 счетный триггер, переключатель ив каждый разряд четвертый фотоприеь,ник, .причем выход генератора импульсов соединен со счетным входом триггера, прямой выход которого подключенк переключающему контакту первойгруппы переключателя, а инверсныйк переключающему контакту второйгруппы переключателя, второй выводвторого фотоприемника 1-го разрядаподключен к второму выводу первогофотоприемника 1-1-го разряда, квторому выводу первого фотоприемника 1+1-го разряда и к размыкающемуконтакту первой группы переключателя, второй вывод второго фотоприемника 1+1-го разряда подключен к второму выводу первого фотоприемника1-го разряда, к второму выводу первого Фотоприемника 1+2-го разряда ик размыкающему контакту второй группы переключателя, второй вывод третьего фотоприемника 1-го разряда подключен к второму выводу четвертогоФотоприемника 1-1-го разряда, к второму выводу четвертого Фотоприемника 1+1-го разряда и к замыкающемуконтакту второй группы переключателя, первый вывод четвертого фотоприемника 1-го разряда подключен к базе транзистора, второй вывод третьего фотоприемника 1+1-го разряда подключен к второму выводу четвертогоФотоприемника 1-го разряда, к второму выводу четвертого фотоприемника12-го разряда, к замыкающему контакту первой группы переключателя, аа источник света каждого разряда связан с четвертым фотоприемником тогоже разряда.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Японии Р 48-43470,кл. Н 03 К 23/14, 1973.2 Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2739229/18-21,кл. Н 03 К 23/12, 1979.