Счетчик оптических импульсов Советский патент 1983 года по МПК H03K23/12 

103259

динен с шиной счетных импульсов, первого и второго оптических излучаего первый и второй выходы соедина- телей, вторые выводы которых соедины соответственно с первыми выводами иены с общей шиной.

СЧЕТЧИК ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий первый оптический излучатель, шину счетных импульсов и триггерные ячейки, в каждой из которых первые выводы нагрузочного фоточувствительного элемента ,лямбда-ди0да и первого жидкокристаллического затвора подключены к электрическому выходу ячейки, второй вывод лямбда-диода подключен к общей шине, вторые выводы нагрузочного фоточувствительного элемента и первого жидкокристаллического затвора подключены к шине питания, причем оптический выход первого излучателя связан с нагрузочным фоточувствительным элементом первой триггерной ячейки непосредственно и через первый жидкокристаллический затвор предыдущей триггерной ячейки связан с нагрузочным фоточувствительным элементом последующей триггерной ячейки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей в него дополнителвно введены прерыватель тока с управляющим входом, токовые выводы которо го подключены соответственно к шине питания и к клемме источников питания, двухпозиционныи ключ, второй оптический излучатель, постоянный и оптический излучатели и в каждую ячейку- второй и третий жидкокристаллические затворы, сбросовый и установочный фоточувствительные .элементы, причем в каждой ячейке сбросовый фоточувствительный элемент и второй жидкокристаллический затвор подключены параллельно лямбда-диоду,а установочный фоточувствительный элемент и третий жидкокристаллический затвор подключены параллельно нагрузочному фоточувствительному элементу и первому жидкокристаллическому затвору, оптический выход первого оптичес(У) кого излучателя является суммируюС щим оптическим входом счетчика и связан с управляющим входом прерывателя тока, через первый жидкокристаллический затвор последней ячейки оптический выход второго оптического излучателя, являющийся оптическим .вычитающим входом счетЧ. чика, связан со сбросовым фоточувствительным элементом последней К ячейки непосредственно и со сбросоСП вымуфоточувствительными элементами со 4 остальных ячеек через вторые жидкокристаллические затворы последующих за ними ячеек, а также с установочными фоточувствительными элементами всех ячеек через второй жидкокристаллический затвор первой ячейки, кроме того, оптический выход постоянного оптического излучателя связан с оптическими выходами счетчика через соответствующие третьи жидкокристаллические затворы ячеек, вход двухпозиционного ключа сое

1

Изобретение относится к импульснрй технике и может быть использовано в различных устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известен суммирующий счетчик, сод8рн ащий оптоэлектронные триггерные ячейки X

Недостатками данного счетчика являются низкая надежность и быстродействие.

Известен также суммирующий счетчик, содержащий триггерные ячейки,. в состав которых входят лямбда-диод фоточувствительный нагрузочный элемент, жидкокристаллический затвор 2

Недостатками известного счетчика являются ограниченные функциональные возможности , так как он способен работать только в режиме суммирования только оптических счетных импульсов.

Цель изобрегения - расширение функциональных возможностей, т.е. обеспечение работы в режиме вычитания наряду с режимом суммирования, как оптических, так и электрических счетных импульсов.

Поставленная, цель достигается тем, что в.счетчик оптических импулсов, содержащий первый оптический излучатель, шину счетных импульсов и Триггерные ячейки, в каждой из которых, первые выводы нагрузочного фotoчyвcтвитeльнoгo элемента, лямбда-диода и первого жидкокристаллического затвора подключены к электрическому выходу ячейки, второй вывод лямбда-диода подключен к об щей шине, а вторые выводы нагрузочного фоточувствительного элемента и первого жидкокристаллического 3atBopa подключены к шине питания, причем оптический выход первого излучателя связан с нагрузочным фоточувствительным элементом первой триггерной ячейки непосредственно и через первый жидкокристаллический затвор предыдущей триггерной ячейки связан с нагрузочным фоточувствительным элементом последующей триггерной ячейки, дополнительно

введены прерыватель тока с управляющим входом, токовые выводы которого подключены соответственно к шине питания и к клемме источника питания, двухпозиционный ключ, второй оптический излучатель, постоянный и оптический излучатели и в каждую ячейку второй и третий жидкокристаллические затворы , сбросовый и установочный фоточувствительные элементы, причем в

5 каждой ячейке сбросовый фоточувствительный элемент i второй жидкокристаллический затвор подключены параллельно лямбда-диоду, а установочный фоточувствительный элемент и третий

0 жидкокристаллический затвор подключены параллельно нагрузочному фото . чувствительному элементу и первому жидкокристаллическому затвору,оптический выход первого оптического излучателя является суммирующим оптическим входом счетчика и оптически связан с управляющим входом прерывателя тока, через первый жидкокристаллический затвор последней

0 ячейки оптический выход второго оптического излучателя, являющийся оптическим вычитающим входом счетчика, связан со сбросовым фоточувствительным элементом последней ячейки непосредственно и со сбросовыми фотоэлементами остальных ячеек через вторые жидкокристаллические затворы последующих за ними ячеек, а также с установочными фоточувствительными

0 элементами всех ячеек через второй жидкокристаллический затвор первой ячейки, кроме того, оптический выход постоянного оптического излучателя связан с оптическими выходами счетчика через соответствующие третьи жидкокристаллические затворы ячеек, вход двухпозиционного ключа .соединен с шиной счетных импульсов. его первый и второй выходы соединен соответственно с первыми выходами первого и второго оптических излучателей, вторые выводы которых соединены с общей шиной. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2типичная вольт-амперная характеристика лямбда-диода с нагрузочными прямыми, соответствующими двум сопротивлениям (темновому и освещенному ) нагрузочного элемента . Счетчик содержит триггерные ячей ки , которые состоят из лямб да-диода 2, первого , второго и третьего жидкокристаллических затворов, фоточувствительног нагрузочного элемента , сбросового фоточувствительного элемента 5, уст новочного фоточувствительного элеме та 6, прерывателя 7 тока с управляю щим входом 8, клемму 9 источника пи тания, шину 10 счетиых импульсов,дву позиционный ключ 11, первый оптичес кий излучатель 12, второй оптический излучатель 13 и постоянный опти ский излучатель 14, оптические выхо ды и электрические выходы счетчика, оптические ,связи 17, оптические суммирующий 18 вычитающий 19 входы , причем ячейки состоят из параллельно соединенных первого и третьего жидкокристаллических затворов, нагрузочного А и установочного 6 фоточувствительных элементов, которые со единены с параллельно соединенными лямбда-диодом 2, вторым жидкокристаллическим затвором и сбросовым фоточувствительным элементом 5, а также с электрическими выходами , постоянный излучатель 1 оптически связан через жидкокристаллические затворы с оптическими выходами , суммирующий оптический вход 18 связан v оптически с выходом излучателя 12, подключенного к первому выходу двухпозиционного ключа 11,вход которого соединен с шиной 10 счётных импульсов, с входом нагрузочных фотоэлементов 4 непосредственно и через первые жидкокристаллические затворы . предыдущих ячеек с управляющим входом 8 прерывателя 7 тока , вычитающий оптический вход 19 оптически связан с выходом второго оптического излучателя 13, соединенного с V шиной 10 счетных импульсов через двухпозиционный ключ 11, со сбросовыми фоточувствительными элементами 5 непосредственно и через вторые жидкокристалличес15а е затворы последующих ячеек и через второй жидкокристаллический затвор первой ячейки 1 1 -с установочными фото-., чувствительными элементами 6 всех ячеек . Устройство работает следующим образом. 8 исходном состоянии на входе 10 импульсы отсутствуют.Отсутствуют также оптические импульсы на оптических входах 18 и 19 от внешних источников оптических импульсов. Подавая напряжение питания через прерыватель 7 тока на ячейки , поспедние устанавливаются в устойчивое состояние, соответствующее точке А (фиг.2) ,благодаря низкому наклону нагрузочной прямой А, т.е. большому темновому сопротивлению фоточувствительных элементов t и 6. Через лямбда-диоды 2 и фоточуветвительные элементы 4 и 6 текут незначительные токи, величина которых зависит от напряжения питания ЕПИТ и темнового сопротивления фоточувствительных элементов.Напряжение и2д на лямбда-диодах 2 примерно рав- . но нулю, вследствие чего напряжение на оптических жидкокристаллических затворах и всех ячеек равно примерно напряжению питания ЕПИТ,З на затворах напряжение равно нулю. Если .величина Ер Быбрана больше порогового напряжения, то все затворы и будут непрозрачными для проходящего излучения (закрытыми ) , а затворы - открытыми, т.е. на оптических выходах счетчика будут оптические логические нули, излучение от постоянного оптического излучателя 14 не проходит через закрытые затворы и имеются электрические логические нули на электрических выходах ячеек. Для того, чтобы перевести ячейку в единичное состояние необходимо подать оптический импульс на его нагрузочный фотоЧувствительный элемент 4 или на установочный фоточувствительный элемент 6, При этом, ввиду уменьшения сопротивления элементов 4 или 6, ток через лямбда-диод 2 растет и рабочая точка по вольт-ампериой характерист ке двигается вверх пока модуль дифференциального отрицательного сопро тивления на падающем участке станет равным значению сопротивления фоточувствительного элемента или 6, который освещается, шунтирование его .другими неосвещенными фоточувствительными элементами, а также сбросовым фоточувствительным элементом 5 пренебрежительно мало. В этот, момент происходит переключение ячейки и рабочая точка скачком по нагрузочной прямой cf перемещается из т.С в т.В (фиг.2). После прекращения оптического импул са ячейка будет сохранять свое состояние. В этом состоянии (т.В), напряжение лямбда-диоде 2 при мерно равно , т.е. на электрическом выходе появляется логическая единица. Ввиду перераспределения напряжений затворы и открываются, а затвор закрывается, тем самым излучение от излучателя 1 проходит на оптический выход ячейки через открывшийся затвор . Обратное переключение ячейки из т.В в т,А может произ ти лишь тогда, когда напряжение на лямбда-диоде 2 уменьшится до напряжения отсечки VQ-J, а это возможно, если подать оптический импульс на сбросовый фоточувствительный элемент 5, который зашунтирует лямбдадиод 2. При этом снова затворы и закроются, а затвор - отк роется, на электрическом и опт ческом 15«1 выходах снова появятся логические нули. Таким образом в ис ходном состоянии все ячейки 1 Н1 в нулевом состоянии. Для обеспечени режима суммирования счетных импульс надо подавать оптические импульсы на суммирующий оптический вход 18. Ключ 11 должен находиться в состоянии, когда светоизлучатель 12 подключен к шине 10 счетных кмпульсов. Первый оптический импульс на входе либо от внешнего источника, либо от светоизлучатвля 12, возбужденного первым электрическим импульсом на шине 10, воздействуя на нагрузоч ный фоточувствительный элемент U Первой ячейки , переключает ее в единичное состояние. Благодаря задержке переключения затвора З первый импульс не проходит через зат вор первой ячейки на вход фоточувствительного элемента 4 .второй ячейки и через закрытые затворы остальных ячеек . При появлении второго счетного импульса на входе 18 переключается вторая ячейка в единичное состояние, так как второй импульс проходит через открывшийся затвор пррвой ячейки на вход фотоэлемента Ц второй ячейки . Состояние счетчика отображает в нарастающем единичном коде число поступающих импульсов. При поступлении (п+1 ) счетного импульса последний проходит через открывшийся после п-го импульса затвор ячейки на управляющий вход 8 прерывателя 7 тока, благодаря чему последний размыкается на некоторое время и снимает питание с ячеек. Это приводит к обнулению счетчика, т.е. он устанавливается в исходное нулевое состояние. Дальше процесс счета повторяется. Счетный (п+2 )-ой импульс переключает в единичное состояние ячейку и т.д. В режиме вычитания работает следующим образом. Если счетчик находится в нулевом состоянии, то затврры открыты, а поэтому первый счетный импульс на оптическом вычитающем входе 19 , пройдя через затвор первой ячейки на установочные фоточувствителвные элементы 6 всех ячеек, переведет все ячейки в единичное состояние. Для того, чтобы оптические импульсы, проходящие через открытые также затворы остальных ячеек и воздейству|зщие на сбросовые фоточувствительные элементы 5 не мешали переключению в единичное состояние, сопротивление установочных фоточувствительных элементов 6 в освещенном режиме выбирается на порядок меньше светового сопротивления сбросовых фоточувс витальных элементов 3 После первого «считающего импульса все ячейки . устанавливаются в единичное состояние, а затворы закрываются. Поэтому второй импульс на входе 1.5, воздействуя лишь на фоточувствйтельный элемент 5 ячейки , сбросит ее в нулевое состояние и откроет затвор ячейки п. Следующий импульс сбросит в нулевое состояние ячейку 1-(п-1 ) через открывшийся вторым импульсом затвор ячейки . Таким образом после поступления каждого счетного импульса на входе 19 состояние счетчи ка уменьшается на единицу. Если число ячеек выбрать равным девяти, то счетчик фактически будет являться одним десятичным разрядом. На базе таких счетчиков легко реализовать счетчики с любым основа нием счета и работающих в режиме суммирования и вычитания , что позволяет строить различные арифметические устройства. Функциональные возможности устройства расширены благодаря наличию режима вычитания наряду с суммирова нием, наличию не .только импульсных, но и потенциальных оптических выходов. Счетчик может считать как опВмпим жп. тинеские так и электрические импульсы. Регулируя силу излучения постоянного светоизлучателя можно менять яркость на оптических выходах. Кроме того, преимуществами счетчиков на Этаких ячейках с лямбда-диодами являются низкая потребляемая мощность, помехозащищенность, конструктивная простота , т.ехнологичность изготовления, возможность реализации в интегральном исполнении. Быстродействие счетчика ограничивается быстродействием оптических затворов на жидком кристалле. В качестве затворов можно использовать и более быстродействующие (десятые доли микросекунды и меньше) сегнетокерамические модуляторы света, что позволит достичь большого быстродействия счетчиков.