Оптоэлектронное устройство Советский патент 1993 года по МПК H03K19/14 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике, в частности к оптоэлектронной технике, и может быть использовано в счетных машинах, дискретной автоматике и телемеханике, в телеизмерении.

Целью изобретения является расширение области применения за счет расширения диапазона регулирования частоты генераций при работе устройства в режиме релаксационного генератора.

На чертеже представлена принципиальная схема оптоэлектронного устройства.

Оптоэлектронное у ройство состоит из первого управляющего источника излучения - светодиода 13, воздействующего световым потоком на первый приемник излучения - фоторезистор 14 и на кристалл люминофора 15, оптически связанный с источником инфракрасного излучения - свето- диодом 16. Фоторезистор 14 шунтирует источник излучения -светодйод 17, который с приемником излучения - фоторезистором 18 образует оптрон с положительной обратной связью.

На второй приемник излучения - фоторезистор 19 воздействует световой поток от второго управляющего источника излучения - светодиода 2Q..

Канал запаздывающей обратной связи реализуется через источник излучения - светодйод 21, приемник излучения - фоторезистор 22, источник излучения - светодйод 23, приемник излучения - фоторезистор 24, светодйод 1.3.

Для подачи напряжения питания, входных сигналов и снятия выходных сигналов предназначены шины 1...12. Шина 1 подключается к аноду светодиода 13; шина 2 - к катоду светодиода 13 и к фоторезистору 24; шина 3 - к фоторезистору 24; шина 4 - к аноду светодиода 23; шина 5 - к фоторезистору 22; шина 6 - к аноду светодиода 21; шина 7 - к фоторезистору 18. шина 8 - к фоторезистору 19; шина 9 - к аноду светодиода 20, шина 10 - к катоду еветодиода 20, шина 11 - к аноду инфракрасного источника излучения 16; шина 12- к катоду инфракрасного источника излучения 16.В качестве кристалла люминофора 15 может быть использован кристаллофосфор2пЗ-Си, Со, CI.

NJ

8 качестве источника инфракрасного излучения 16 - инфракрасный светодиод.

В режиме усиления постоянного напряжения устройство работает следующим образом. К шинам 2-3, 4-5, 6-8 подключается постоянное напряжение; входное усиливаемое напряжение подается на светодиод 20 через шины 9-10. При увеличении входного напряжения увеличивается световой поток светодиода 20, сопротивление фоторезистора 19 уменьшается, ток в цепи первого каскада увеличивается, следовательно, увеличивается световой поток светодиода 21, который воздействует на фоторезистор 22. Ток второго каскада возрастает, вызывая увеличение светового потока светодиода 23 и благодаря уменьшению сопротивления фоторезистора 24 увеличение тока выходного каскада.

В режиме усиления переменного напряжения во входной каскад включается допол- нительный источник смешения для создания рабочей точки, относительно которой меняется входное напряжение. Переменный сигнал с выходного каскада можно снять через разделительный конденсатор, который на схеме не показан.

В режиме триггера устройство работает следующим образом. Управляющие импульсы поступают на светодиод 13 (через шины 1-2) и светодиод 20 (через шины 9-10). На шины 6-7 (причем шины 7 и 8 закорачиваются) подается постоянное напряжение питания. На шины 11-12 подается постоянное напряжение, соответствующее максимальной интенсивности излучения источника инфракрасного излучения 16, благодаря чему влияние кристалла люминофора 15 на фоторезистор 14 практически исключается и инерционность кристалла люминофора 15 не оказывает влияния на быстродействие схемы. Выходной сигнал триггера (состояние О - ток регенеративного оптрона имеет минимальное значение; состояние 1 - максимальное значение) снимается со светодиода 21, воздействующего на фоторезистор 22. Схема может занимать одно из устойчивых состояний О или 1.

Допустим, что схема находится в состоянии О, т.е. ток через светодиод 21 практически не протекает вследствие очень большого темнового сопротивления фоторезисторов 18 и 19. При подаче импульса на шины 9-10 зажигается светодиод 20, который, воздействуя световым потоком на фоторезистор 19, уменьшает величину его сопротивления, при этом ток через светодиод 17 увеличивается, А так как световой поток светодиода 17 воздействует на фоторезистор 18, последовательно с ним соединенный, то уменьшение сопротивления фоторезистора 18 влечет за собой новое увеличение тока через светодиод 17. Процесс нарастания тока происходит лавинообразно до тех пор, пока в схеме не установится максимальный ток, определяемый световым сопротивлением фоторезистора 18. Схема занимает новое устойчивое положение, которое сохраняется сколь угодно долго и поеле окончания управляющего импульса на шинах 9-10.

Для того, чтобы схему перевести в состояние О, необходимо воздействовать управляющим импульсом на светодиод 13

(через шины 1-2). При этом светодиод 13 воздействует на фоторезистор 14 - происходит шунтирование светодиода 17. Ток через него уменьшается, что приводит к увеличению сопротивления фоторезистора 18 и, как

следствие, - к дальнейшему уменьшению тока светодиода 17. Этот процесс происхо-. дит лавинообразно до тех пор, пока ток в цепи регенеративного оптрона не буде равен минимальному значению, определяемому темновым сопротивлением фоторезисторов 18 и 19. Это состояние схема сохраняет до тех пор, пока на шины 9-10 не воздействует управляющее напряжение. Выходное состояние триггера может определяться или оптическим сигналом (световой поток светодиода 21), или электрическим (падение напряжения на светодиоде 21), или через каскад усиления фоторезистор 22 - светодиод 23 (падение

напряжения в цепи фоторезистора 24).

В режиме релаксационного генератора устройство работает следующим образом.

Постоянное напряжение подводится к

шинам 1-3, 4-5, 6-7, причем величина напряжения на шинах 6-7 выбирается таким образом, что при подаче данного напряжения на регенеративный оптрон схема занимает неустойчивое положение, из которого

мгновенно переходит в устойчивое состояние, при котором ток в схеме регенеративного оптрона имеет максимальное значение. Следовательно, фоторезистор 22 высвечивается максимальным световым потоком светодиода 21. К шинам 11-12 подводится управляющее напряжение, величина которого определяет интенсивность свечения инфракрасного источника излучения 16, гасящего свечение кристалла люминофора

15, возбуждаемое светодиодом 13. Спустя некоторое время t3an (время запаздывания), обусловленное разностью световых потоков светодиода 13 и инфракрасного источника излучения 16, кристалл люминофора 15 гаснет и происходит шунтирование

светодиода 17. Ток в цепи регенеративного оптрона уменьшается.

Световой поток светодиода 21 при этом равен нулю, а сопротивление фоторезистора 22 максимальное. Происходит гашение светодиода 23 и, спустя некоторое время запаздывания, определяемое временем гашения кристалла люминофора 15, происходит восстановление сопротивления 14. Сопротивление фоторезистора становится максимальным (до 0,5 МОм), светодиод 17 не шунтируется. В схеме возникает новый скачок тока..

Процесс генерации, таким образом, начинается сначала. Время задержки обуслов- лёно временем гашения кристалла люминофора 15, которое определяется интенсивностью его облучения инфракрасным световым потоком источника излучения 16. Регулируя напряжение на шинах 11-12, можно изменять интенсивность свечения инфракрасного источника излучения 16, изменяя тем самым время гашения кристалла люминофора 15, определяющее частоту генерации.

При использовании в качестве источника излучения люминесцентных конденсаторов возможно, получение не только видеоимпульсов, но и радиоимпульсов. Частота заполнения импульсов соответствует частоте питающего напряжения (на шинах 6-7). При этом питание каскадов обратной запаздывающей связи (шины 1-3,4-5) в случае релаксационного генератора радиоимпульсов может осуществляться как постоянным, так и переменным напряжением.

. Рассмотрим технико-экономическую эффективность заявляемого устройства. Сравним нижние границы диапазона частот следования импульсов, генерируемых опто- злектронным устройством при работе в режиме релаксационного генератора. Период следования импульсов определяется временем запаздывания т.зап, которое в прототипе обусловлено инерционностью фоторезисторов 24 и 14, постоянная времени которых для различных фоторезисторов составляет 10 ...10 с. Для конкретного типа фоторезистора диапазон регулирования периода следования импульсов не превышает одного порядка. В заявляемом устройстве период следования импульсов определяется временем гашения кристалла люминофора, управляемым интенсивностью свечения инфракрасного источника излучения, которое в свою очередь регулируется напряжением на шинах 11-12. При отсутствии напряжения это время соответствует собственному времени свечения кристалла люминофора и

может составлять 10 с. При подаче напряжения на инфракрасный источник излучения время горения может составлять 10 с. Таким образом, диапазон регулирования 5 периода следования импульсоз достигает 3 порядков, то есть по отношению к прототипу расширяется на 2 порядка.

Формула изобретения Оптоэлектронное устройство, содержа0 щее первый и второй управляющие источники излучения, первый и второй приемники их излучения, источник и приемник излучения оптрона с положительной обратной связью, первый и второй источники излуче5 ния канала запаздывающей обратной связи, первый и второй приемники излучения канала запаздывающей обратной связи, первую - десятую шины, первый и второй управляющие источники излучения оптиче0 ски связаны с первым и вторым приемниками излучения соответственно, источник излучения оптрона с положительной обратной связью оптически связан с приемником излучения оптрона с положительной обрат5 ной связью, первый и второй источники излучения канала запаздывающей обратной связи оптически связаны с первым м вторым приемниками излучения канала запаздывающей обратной связи соответственно, анод

0 первого управляющего источника излучения подключен к первой шине, а катод - к второй шине и через первый приемник излучения канала запаздывающей обратной связи- к третьей шине, катод и анод второго

5 управляющего источника излучения под- . ключейы соответственно к девятой и десятой шинам, первый и второй выводы первого приемника излучения соединены соответственно с анодом и катодом источ0 ника излучения оптрона с положительной обратной связью, катод которого соединен с анодом второго источника излучения канала запаздывающей обратной связи, а анод - с седьмой и восьмой шинами через прием5 ник излучения оптрона с положительной обратной вязью и второй приемник излучения соответственно, катод второго источника излучения канала запаздывающей обратной связи соединен с шестой шиной, анод

0 первого источника излучения канала запаздывающей обратной связи через второй приемник излучения канала запаздывающей обратной связи - с пятой шиной, катод первого источника излучения канала запаз5 дывающей обратной связи подключен к чет- чвертой шине, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет расширения диапазона регулирования частоты генерации, введены одиннадцатая и двенадцатая шипы, инфракрасный

источник излучения и кристалл люминофора, который оптически связан с первым управляющим источником излучений, первым

приемником излучения и инфракрасным источником излучения, который подключен к одиннадцатой и двенадцатой шинам.

Использование: изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в счетных машинах, дискретной автоматике и телемеханике, в телеизмерении. Устройство содержит десять шин, два управляющих источника излучения, два приемника излучения, источник и приемник излучения оптрона с положительной обратной связью, два источника излучения и два приемника излучения канала запаздывающей обратной связи, инфракрасный источник излучения, люминофор. 1 ил.