|
| |
|
Слаботочка Книги зовать выключение (сброс) устройства (рис. 4.6,6) по электрической цепи. Эффективное ускорение переходных процессов, сопровождающих переключение фототранзистора, достигает- ; ся в устройстве [8] по оригинальной схеме рис. 4.6,6. Фототранзистор взаимодействует с транзистором Т1, потенциал базы которого фиксирован (см. подобные схемы на рис. 4.5,а и б). При освещении фотоприемника разность потенциалов на эмиттерных р-«-переходах кремниевых фототранзисторов и Т1 должна измениться на 0,5 ... 0,7 В, что связано с достаточно длительной перезарядкой барьерных емкостей транзисторов. Развитие переходных процессов переключения удается форсиро- : вать, обеспечивая положительную обратную связь по цепям с конденсаторами С1 или С2 (рис. 4.6,s). Согласно рекомендациям [8] глубина положительной обратной связи должна строго ограничиваться, чтобы избежать самовозбуждения переключателя. Оптимальное развитие переходных процессов в схеме рис. 4.6,s достигается при условии, что потенциал коллектора транзистора Т1 изменяется так же, как разность потенциалов на эмиттерных р-«-переходах транзисторов ФТ и Т1. Для этого в коллекторную цепь транзистора Т1 введены транзисторы Т2 ... Т4 (в диодном включении). По экспериментальным данным [8], два транзистора {ТЗ и Т4) создают сигнал обратной связи по цепи с С\= =0,001 мкФ, недостаточный для полной компенса11ии. Более эффективная компенсация обеспечивается по каналу с конденсатором С2 небольшой емкости (10 ... ... 40 пФ). О целесообразности введения «следящих» обратных связей можно судить по следующим показателям [8]: при /?н=100 Ом устройство (рис. 4.6,б) без обратных связей переключается за 18 мкс; компенсация по цепи с конденсатором С1 уменьшает длительность переключения до 5 мкс; лучшее быстродействие (3 мкс) достигается с организацией обратной связи через конденсатор С2. Выделяя быстродействующие оптоэлектронные переключатели с положительными обратными связями (рис. 4.6), следует специально подчеркнуть, что регенеративные устройства (триггеры, генераторы) с оптическим управлением имеют важное самостоятельное значение и детально рассматриваются ниже (в § 4.4). 4.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Применение оптронов дает возможность несложными схемными средствами реализовать основные логические функции элементов цифровой техники. Цифровые элементы, построенные на транзисторных оптронах (рис. 4.7), моделируют логические функции двух независимых переменных Xi и Х2 [13]. Если переменная х принимает значение О, то соответствующий фототранзистор не освещен и закрыт. В состоянии, когда переменная х достигает значения 1, фототранзистор освещен и насыщен. Если выходной потенциал оптоэлектронного ключа фиксирован на низком уровне, то логическая функция у переменных х\ и Х2 равна 0; при относительно высоком выходном потенциале функция у имеет значение 1. Логические операции, выполняемые цифровыми оптоэлектронными схемами (рис. 4.7), объединены в табл. 4.1. Таблица 4.1 Логические функции оптоэлектронных элементов
Рассматривая схемные особенности логических оптоэлектронных элементов, отметим, что управляющие оптопары светодиод -фототранзистор и источники тока ir, возбуждающие светодиоды, полностью показаны лишь на рис. 4.7,а. На других рисунках (4.7,6 -з), как и в со-.  Рис. 4.7. Логические оптоэлектронные элементы общении [13], представлены только фотоприемные части оптронов - фототранзисторы. Оптоэлектронный элемент, выполняющий логическое умножение (рис. 4.7,а), поддерживает выходной потенциал на высоком уровне, близком к напряжению Е, если оба фототранзистора (и ФТ1 и ФТ2) освещены и насыщены. В цифровой схеме (рис. 4.7,6), моделирующей логическую функцию И-НЕ (штрих Шеффера), нормально высокий выходной потенциал существенно снижается лишь при одновременном насыщении фототранзисторов ФТ1 и ФТ2. Оптоэлектронный элемент, показанный на рис. 4.7,в, обеспечивает логическое сложение переменных Xi и Хг, потенциал на выходе элемента резко возрастает при насыщении любого фототранзистора (ФГ/ и ФТ2). В цифровой схеме (рис. 4.7,г), моделирующей логическую функцию ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), выходной потенциал фиксируется на низком уровне, если фототранзисторы ФТ1 и ФТ2 раздельно или совместно освещены и насыщены. \, Биполярный транзистор в оптоэлектронной схеме рис. 4.7,д закрыт и поддерживает высокий выходной потенциал при условии, что один из фототранзисторов (ФТ1 и ФТ2) не освещен. Если оба фототранзистора освещены и насыщены, то биполярный транзистор переключается в состояние насыщения по каналу E-Ri. При этом выходной потенциал ключа резко снижается. Таким образом, элемент рис. 4.7,д моделирует функцию И-НЕ (штрих Шеффера). Биполярный транзистор, действующий на выходе логического оптоэлектронного элемента (рис. 4.7,е), закрыт и сохраняет высокий коллекторный потенциал в трех возможных ситуациях: если фототранзисторы ФТ1 и ФТ2 одновременно закрыты или насыщены, а также если фототранзистор ФТ1 закрыт, а ФТ2 насыщен. Лишь в единственном случае, когда фототранзистор ФТ1 освещен и насыщен, а фототранзистор ФТ2 закрыт и не шунтирует базовую цепь транзистора, выходной ключ переходит в режим насыщения и коллекторный потенциал транзистора снижается. Такой логический эле-1еит выполняет функцию «импликация». Транзистор в логической оптоэлектронной схеме (рис. 4.7,ж) насыщен и фиксирует выходной потенциал на высоком уровне только когда фототранзистор ФТ2 освещен и создает в цепи резистора RI заметный ток, а фототранзистор ФТ} закрыт. В других возможных ситуациях транзистор закрыт, и выходной потенциал ключа невелик. Рассматриваемый логический элемент выполняет функцию «запрет». Эмиттерные цепи биполярных транзисторов Т/ и Т2 в оптоэлектронном переключателе на рис. 4.7,з соединены с шиной нулевого потенциала через фототранзисторы ФТ} и ФТ2. Если фототранзисторы не освещены. Вых.1 -£ о гИ<} \дых.2 с/п ФТ/] ОДн фт„ Рис. 4.8. Матричные оптронные переключатели ТО эмиттеры транзисторов Т1 и Т2 не имеют низкоомных электрических связей. В таком режиме транзисторы закрыты, а выходной потенциал ключа фиксирован на высоком уровне. В любой другой ситуации по меньш(2Й мере один из фототранзисторов освещен и насыщен, corj 176 ! единенный с ним по эмиттерной цепи биполярный тран зистор также насыщен, выходной потенциал ключа относительно невелик. Такой оптоэлектронный элемент моделирует логическую функцию ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса). В развитии цифровых оптронных микросхем прослеживается тенденция, свойственная микроэлектронике в целом, - повышение степени интеграции. Иллюстрируя особенности использования оптронных микросхем повышенной интеграции, представим в качестве примера многоканальный переключатель на диодных оптронах (рис. 4.8,а). Транзисторный каскад фиксирует неизменным ток In, питающий светодиоды СД1-CДv. Эмиттерный потенциал светодиода СДо стабилизирован на уровне Ео-Распределение тока /д в цепях со светодиодами зависит от соотношения управляющих потенциалов ei-ejv и напряжения Ео. Если уровень Ео выше любого из управляющих потенциалов на 0,3 ... 0,5 В, то в этом случае ток /п ответвляется в цепь светодиода СДо и на эмиттере фотодиода ФДо возникает напряжение Ubuxz KiIaRii- В цепи, соединяющей невозбужденные фотодиоды ФД1-ФДя, заметного напряжения практически нет (f/sbixiO). Если управляющий потенциал на эмиттере одного из светодиодов СД1-СДм превышает уровень Ео на 0,3 ... 0,5 В, ток /п переключается в цепь этого светодиода и на эмиттерах объединенных фотодиодов формируется положительный перепад напряжения LsbixisKi/nH. Потенциал С/выхг при этом спадает-до нуля. Многоканальный оптоэлектронный переключатель,, показанный на рис. 4.8,а, действует, по существу, подобно транзисторному логическому элементу с эмиттерными связями, но в отличие от транзисторной схемы обеспе- чивает эффективную гальваническую развязку цепей управления и нагрузки. Еще один схемный вариант матричного оптоэлектрон--ного переключателя - фрагмента многоканального аналого-цифрового преобразователя [14]-представлен на. рис. 4.8,6. В каждом из N каналов преобразователя действует транзисторный оптрон. Аналоговые сигналы. «1 ... Un подаются на коллекторы фототранзисторов--ФТ1 ... ФТм. Светодиоды СД1 ... СДт попеременно возбуждаются сигналами ei ... е. В процессе преобразова-12-767 177- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [28] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |