|
| |
|
Слаботочка Книги выходной потенциал на высоком уровне (близком к Е). Оптронная микросхема (рис. 4.11,в), обладающая четко выраженными ключевыми свойствами и достаточными энергетическими ресурсами, безотказно взаимодействует с элементами ТТЛ. Связь с оптронами, функционирующими в отдален-1 ных помещениях или объектах, осуществляется с по- мощью длинных электрических линий. В качестве примера рассмотрим схему электросвязи (рис. 4.12) с napa-l метрами Е5 В, Ri=l кОм, /?2=330 Ом, /?з=2,2 кОм [19]. Управляющие сигналы поступают на светодиод по кабелю, выполненному в виде экранированной скручен-! ной пары проводов. Линия длиной более 1500 м эффек-  Ряс. 4.12. Схема переключения диодного оптрона по линии элек- тросвязи тивно возбуждается стандартными ТТЛ-элементами.:! Согласование элементов управления и нагрузки осу- ществляется с помощью несложного каскада, соедииен-1 ного со светодиодом. Конденсатор и диод к тому же1 ускоряют развитие переходных процессов в линии связи.1 По данным [19], задержка распространения сигнала! " в схеме, не содержащей конденсатора и диода, соста- вила 2 ... 5 мкс при включении оптоэлектронного эле-1 мента и 25 мкс при его выключении. Введение диода и конденсатора с емкостью С0,002 мкФ позволило cuij" зить аналогичные временные показатели до 2 и 7 мкс. Детально вопросы управления оптронами по длинным линиям электросвязи рассматриваются в монографии [9]. Полезно и эффективно используются в цифровых микроэлектронных устройствах оптопары с волоконно-оптическими световодами значительной длины (так называемые «длинные» оптроны). Схемотехника сопряжения таких оптронов и интегральных ЛЭ разрабатЫ- вается в основном по стандартным рекомендациям, характерным для цифровых микросхем с элементарными диодными и транзисторными оптронами. Учитывается, однако, что коэффициент передачи тока Ki в «длинных» оптронах может быть весьма небольшим (0,1% и менее). На рис. 4.13 представлены схемы передачи сигналов по волоконно-оптическим световодам в цифровой вычислительной системе [21]. Излучатель управляется ЛЭ по типовой схеме (см. рис. 4.9,а). Напряжение питания £1=5 В обеспечивает в цепи с сопротивлением Ri- Входы  -световод- Входы - -Ег-д)  Рис. 4.13. Схемы каскадов с «длинными» оптронами =33 Ом ток возбуждения светодиода ПО мА. В схеме с фототранзистором (рис. 4.13,а) скорость передачи информации не превышает 20 кбит/с. Использование .малоинерционного р-г-и-фотодиода в сочетании с высокочастотными усилителями У/ и У2 повысило быстродействие схемы (рис. 4.13,6) до 10 Мбит/с. 4.4. ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА С ОПТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ Использование оптических каналов для управления спусковыми полупроводниковыми устройствами различного типа и назначения практикуется широко и эффек- тивно [22-27]. Введение оптронов в цепи запуска быстродействующих низковольтных микроэлектронных устройств резко повышает их устойчивость к действию электрических помех и наводок. Технически несложным, но эффективным оказывается оптическое управление параметрами импульсных сигналов, формируемых мультивибраторами, генераторами линейно изменяющегося напряжения, блокинг-генераторами. Триггеры на тиристорных оптронах успешно используются для бесконтактного управления высоковольтными, сильноточными преобразователями электрической энергии. Полезным оказывается введение оптических каналов управления и связей в схемы с ограниченными функциональными возможностями. Например, компактные, быстродействующие импульсные схемы, построенные на туннельных диодах, нашли относительно небольшое применение из-за существенных недостатков, связанных с невысокой нагрузочной способностью, отсутствием раздельных цепей входа и выхода, слабой помехоустойчивостью. Рациональным оказывается объединение технических достоинств малоинерционных оптронов и туннельных диодов [3]. Благодаря оптическим связям в несложных схемных комбинациях достигается надежное помехоустойчивое взаимодействие туннельно-диод-ных каскадов с интегральными элементами цифровой и импульсной техники. И в других практических случаях введение малоинерционных оптронов делает принципиально несложным сопряжение импульсных элементов и узлов, построенных на разнотипных компонентах (полевых и биполярных транзисторах, тиристорах, приборах вакуумной электроники)-, действующих в весьма различных электрических режимах и условиях. Рассматривая принципы построения и схемные варианты импульсных устройств с оптическим управлением, обратимся в первую очередь к спусковым транзисторным устройствам - триггерам и ждущим мультивибраторам (рис. 4.14). Переключение триггера с эмиттерной связью дости! гается в схеме рис. 4.14,а по каналу с транзисторны» оптроном. Если оптрон не возбужден, то выходной тран зистор фиксирован в режиме насыщения, что для при-~ бора с коэффициентом усиления базового тока В гарантируется при Ri<BR2. При включении светодиода фото- транзистор отпирается, выходной транзистор переходит в нормальный активный режим и в схеме рис. 4.14,а благодаря положительной обратной связи развивается лавинообразный процесс переключения. В итоге процесса выходной транзистор закрывается, а фототранзистор оказывается в режиме насыщения. По окончании входного сигнала, возбуждающего транзисторный оптрон, триггер (рис. 4.14,а) возвращается в исходное состояние.  Рис. 4.14. Спусковые транзисторные схемы с оптическими каналами управления Спусковая схема, представленная на рис. 4.14,6, состоит из двух оптоэлектронных ключей, охваченных глубокой положительной обратной связью, и действует как симметричный триггер. Предположим, что в исходном состоянии транзистор Т1 насыщен, а транзистор Т2 заперт. Оба фотодиода не освещены. При возбуждении светодиода появляются токи фотоэлектрической проводимости, способствующие отпиранию транзисторов. Заметный эффект, однако, вызывает лишь фотодиод ФД2, соединенный с базой запертого транзистора Т2. При появлении фототока транзистор Т2 отпирается и в схеме развивается лавинообразный процесс переключения. На этой стадии в базовой цепи транзистора Т2 возникает значительный ток, резко повышающий скорость включения фотодиода ФД2. В итоге переходных процессов транзистор Т1 запирается, а транзистор Т2 оказывается в режиме насыщения и прекращает процесс изменения разности потенциалов в цепи фотодиода ФД2. Новая вспышка света, излучаемая светодиодом, начинает процесс быстрого включения фотодиода ФД1 и транзистора Т1. Таким образом, триггер (ряс. 4.14,6) действует как двоичный счетчик импульсов, возбуждаю-.щих светодиод. В значительной степени аналогично функционируют триггеры с оптическими каналами запуска; построенные на транзисторных оптронах [22-24]. Ждущий транзисторный мультивибратор (рис. 4.14,s) переключается кратковременным входным сигналом по цепи с оптроном и формирует положительный импульс четко определенной («стандартной») амплитуды и длительности [23, 24]. В исходном состоянии выходной транзистор насыщен; при выключении он фиксируется в режиме отсечки; поэтому амплитуда выходного перепада напряжения близка по величине к напряжснию питания Е. Длительность импульса, формируемого жду щим мультивибратором (рис. 4.14,s), определяется па- раметрами схемы: Ги=0,7/?2с2. "Отметим также, чт включение фототранзистора начинается по оптическом каналу; в дальнейшем, благодаря действию положительной обратной связи по цепи R4-CI, процесс включения заметно ускоряется. Достаточно быстро развивается и процесс выключения уже неосвещенного фототранзпсто-ра; этот процесс начинается в момент отпирания транзистора, а далее всецело определяется регенерацией сигналов по внутреннему электрическому каналу. Управление спусковыми устройствами на МДП-тран-зисторах по оптическим каналам также неслол<но осуществить с помощью диодных или транзисторных оптронов. На рис. 4.15,а показана схема симрлетричного триггера на МДП-транзисторах с управляющими фотодиодами [25]. Активными компонентами триггера являются транзисторы Т! и Т2, два других транзистора {ТЗ и Т4) включены по схеме с фиксированным потенциалом затвора и действуют в цепях стока как резисторы. При освещении фотодиода в схеме рис. 4.15,а потенциал его анода становится более отрицательным, чем и достигается включение запертого МДП-транзистора. Если закрыт транзистор Т1, то его включение осуществляется по каналу с фотодиодом ФД2; включение транзистора Т2 обеспечивается освещением фотодиода ФД1. В конкретной разработке [25] МДП-триггер с оптическим управлением проектировался как микроопто-электронная запоминающая ячейка. Поэтому в принципиальную схему триггера (рис. 4.15,6), кроме основных транзисторов Т1 ... Т4 (см. такл<е рис. 4.5,а) введены транзисторы Т5 и Т6 (для управления триггером по   п гг \Фдг ТЗ п Уфд/  Т1 тг Рнс. 4.15. Ячейка хранения информации на МДП-транзисторах с оптическим управлением электрическим цепям) и Г7, Т8 (для считывания информации, записанной по оптическим каналам). Запоминающая ячейка (рис. 4.15,6) была выполнена в виде интегрального элемента на кремниевой подложке. По экспериментальным данным [25], длительность цикла записи информации в такую ячейку не превышала 100 не; 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 |