ФАЗО-ИМПУЛЬСНЫЙ МНОГОУСТОЙЧИВЫЙ ЭЛЕМЕНТ — Советский патент 1967 года по МПК G11C11/42 

Известны фазо-импульсные многоустойчивые элементы, содержащие накопительный счетчик импульсов, диодный компаратор и заторможенный блокинг-генератор.

Предлагаемый элемент отличается тем, что в нем фотодиэлектрический конденсатор включен последовательно с фотосопротивлением в цепь источника питания, точка соединения фотосопротивления с фотодиэлектрическим конденсатором подключена к сеточной обмотке трансформатора, а параллельно анодной обмотке трансформатора включен электрический вход электрооптической ячейки, управляющей световыми импульсами, поступающими на фотосопротивление. Это позволяет увеличить быстродействие и повысить надежность селекции состояний.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого элемента; на фиг. 2 (а-г) временные диаграммы процессов, происходящих в различных участках схемы.

Прибор состоит из блокинг-генератора на лампе / (либо полупроводниковом приборе), трансформаторе обратной связи 2, фотодиэлектрическом конденсаторе 3, шунтированном стабилитроном 4, и фотосопротивлении 5, а также из поляризатора 6, электрооптической ячейки Поккельса (или Керра) 7 и анализатора 8. Па вход электрооптической ячейки подаются короткие световые импульсы.

например световой меандр, изображенный на фиг. 2, а. Работа блокинг-генератора задается таким образом, что период колебаний в нем в десять раз больше периода следования световых импульсов входной последовательности (для десятичных элементов), причем электрические импульсы, вырабатываемые генератором, определенным образом совпадают во времени воздействия на затвор каждого десятого светового импульса входной последовательности. В отсутствие электрического поля, приложенного к электродам ячейки 7, электрооптический затвор является непрозрачным для световых импульсов, поступающих на его

вход. Поэтому на выходе затвора может выделяться только каждый десятый световой импульс из состава входной последовательности, причем длительность световых импульсов на выходе затвора (то есть выходе прибора) несколько меньше заданной длительности световых импульсов на входе. Длительность генерируемых блокинг-генератором электрических импульсов выбирают равной длительности входных световых импульсов,

поэтому длительность выходных световых импульсов определяется степенью рассогласования фаз последовательностей входных световых импульсов и генерируемых импульсов в блокинг-генераторе (то есть величиной

генератора и каждого десятого светового импульса на входе затвора). Среднее значение величины фотосопротивления определяется средней интенсивностью светового потока, падающего на него с выхода электрооптического затвора. Так как период следования световых импульсов является постоянным, то средняя величина светового потока, облучающего фотосопротивление, а следовательно, и средняя величина его значения, определяется величиной длительности выходных импульсов света. Изменение длительиости выходных импульсов света приводит к изменению средней величины фотосопротивления 5, то есть к изменению длительности периода автоколебаний блокинг-генератора, что, в свою очередь, приводит к соответствующему сдвигу фазы между последовательностями соответствующих входных световых импульсов и импульсов блокинг-генератора. Таким образом, имеется связь в системе: изменение длительности выходных световых импульсов приводит снова к соответствующему изменению этой величины длительности. Такая замкнутая система автоматического регулирования может находиться в устойчивом положении равновесия, и описываемое устройство может рассматриваться как автоподстраиваемый делитель частоты световых импульсов, например, на десять.

Для запуска прибора используется явление фотодиэлектрического эффекта. Запуск производят световыми импульсами, фазируемыми в соответствии с тем номером состояния равновесия, в который л :елательно перевести прибор. Так, на фиг. 2, б пунктиром показан запуск прибора (находящегося в первом состоянии) в шестое состояние равновесия.

Технически прибор запускают подачей короткого светового импульса необходимой интенсивности на мозаику фотодиэлектрического конденсатора 3 (одна из обкладок этого конденсатора выполнена полупрозрачной из тончайшего слоя серебра, нанесенного на мозаику - диэлектрик конденсатора, например, методом испарения в вакууме). Момент подачи этого импульса света должен быть синфазирован с соответствующим импульсом света на входе прибора (с опережением по фазе относительно переднего фронта этого импульса на / или несколько раньше, учитывая инерционные свойства фотодиэлектрика, его постоянную релаксации) для получения перевода прибора в требуемое состояние равновесия. При освещении конденсатора величина его емкости скачком увеличивается (с малой постоянной времени). Так как величина заряда в конденсаторе не может измениться скачком, то по закону сохранения энергии напряжение на обкладках конденсатора скачком уменьшается по абсолютной величине и быстро достигает уровня, при котором возникает блокинг-процесс. При этом в блокинг-генераторе вырабатывается электрический импульс, и на выходе электрооптического затвора появляется импульс света от условно шестого входного импульса света, то есть прибор переводится в шестое положение равновесия. В остальном работа прибора остается прежней. Увеличение емкости при запуске приводит к увеличению общего заряда в ней нри первом блокинг-процессе (отсчитывая от момента запуска прибора). Восстаиовление стационарного значения емкости конденсатора 3 заканчивается к окончанию блокинг-процесса (для этого соответственно выбирают длительность запускающего импульса света и постоянную релаксации фотодиэлектрика), поэтому в отсутствие стабилитрона напряжение на конденсаторе к концу первого блокинг-процесса оказалось бы существенно больше по абсолютной величине, чем напряжение, до которого заряжается этот

конденсатор в стационарном режиме работы прибора (в одном из возможных пололсений равновесия). При этом период времени до второго блокинг-процесса существенно возрос бы, что привело бы к сбою состояния равновесия с заданным номером.

Применение стабилитрона существенно для режима запуска, так как нормализует уровень напряжения, до которого может зарядиться конденсатор: при превышении уровня

стабилитрон открывается (пробивается) и через него стекает избыточный заряд конденсатора (который в отсутствие стабилитрона мог бы увеличить разность потенциалов на обкладках конденсатора).

Предложенная схема запуска прибора не является единственно возможной. Так, при использовании в качестве запускающих электрических импульсов, конденсатор может быть обычной конструкции (например, со

слюдяным диэлектриком). При этом запускающие электрические импульсы подаются, например, на анод лампы. В случае использования световых запускающих импульсов в качестве проводников для них могут быть использованы световоды на основе волокнистой оптики. Это позволяет создавать компактные фазимиотроны, предназначенные для их объединения в «матрицы с одной общей освещаемой стороной (от источника входных светоБых импульсов). Фотосопротивление, поляризатор, анализатор и полупрозрачные проводящие электроды электрооптической ячейки Поккельса могут быть пленочными, наносимые в указанном порядке (фиг. 1) на кристалл АДП или КДП (соответственно дигидрофосфата аммония или калия) ячейки 7. Это увеличивает надежность, жесткость и долговечность конструкции и ее малые габариты. Релаксация ячейки Поккельса столь

ничтожна, что допускает увеличение быстродействия прибора вплоть до частот следования световых импульсов на входе прибора около 5-10 Ггц (для меандра). По-видимому такое высокое быстродействие не может

создания блокинг-генераторов на частоты соответственно (для десятичных фазимнотронов) 0,5-1,0 Ггц. Во всяком случае, наибольшая величина быстродействия прибора практически лимитируется только возможностями технической реализации миллимикросекундпых релаксационных генераторов и в настоящее время оценивается величиной в несколько мегагерц {до 10-20 Мгц).

Данный прибор также позволяет получить число состояний равновесия, кратное целой степени при основании 10, например 100 состояний равновесия, что увеличивает информационную емкость прибора. В отличие от фазо-импульсных миогоустойчивых элементов радиодиапазона, в которых увеличение числа состояний равновесия лимитировалось величиной асинфазности выходной последовательности электрических импульсов по отношению к опорной последовательности (так, увеличение числа состояний приводило бы к сбоям в надежности правильного отсчета состояний равновесия из-за асинфазности), в описываемом приборе увеличение числа состояний равновесия не приводит к ошибкам в отсчете номера состояния прибора, так как в нем обеспечивается строгая синфазность выходной и опорной последовательностей импульсов.

Предлагаемый прибор позволяет увеличить число состояний равновесия по сравнению со своим ближайшим прототипом. Нетрудно показать, что наибольшее значение коэффициента деления определяется скважностью о следования входных световых импульсов и относительной стабильностью автоколебаний в блокинг-генераторе, согласно выражению

К

« 2а8

где о - относительная стабильность частоты автоколебаний в релаксационном генераторе.

Для получения ста устойчивых положений равновесия в фазимнотроне (/(100) в случае меандра входных световых импульсов () необходимо, чтобы относительная стабильность блокинг-генератора была бы равна 6 2,, которая является достижимой. Для дальнейшего увеличения числа состояний равновесия (например, при /(100) следует использовать высокостабильные управляемые генераторы гармонических колебаний с импульсными преобразователями вместо блокинг-генераторов.

Для увеличения надежности работы прибора с большим числом положений равновесия следует выбирать параметры прибора так.

чтобы разность фаз фк . соответствующая устойчивому положению равновесия, была бы

равна фк - . Для этого можно проkb

вести подбор элементов 5 и 5 схемы (фиг. 1), однако наиболее простым решением вопроса является установка последовательно с фотосопротивлением подбираемого при регулировке сопротивления (либо шунтированием

конденсатора 3 соответствующим подстроечным конденсатором, либо изменением интенсивности света у выходных импульсов, либо изменением питающего напряжения и т. д.). При этом импульсы блокинг-генератора оказываются сдвинутыми влево относительно соответствующих входных световых импульсов на половину длительности последних, а длительность световых импульсов на выходе прибора сокращается вдвое, по сравнению с

длительностью импульсов на входе.

Постоянная релаксации фотосопротивления должна быть (л елательно) различной для уменьшения фотосопротивления при его облучении светом (TI) и для его увеличения

при снятии облучения (та). Причем, следует выбирать фотосопротивления, у которых TI TC и т TC . Для получения таких фотосопротивлений можно рекомендовать, в частности, применять в составе фотослоя люминофоров с относительно длительным послесвечением и малой постоянной времени их возбуждения. Прибор является работоспособным при использовании фотосопротивлений с мало отличающимися постоянными релаксации ti и Та, хотя в этом случае уменьшаетdR + ср ся величина -- , определяющая чувd c

ствительность прибора к изменениям длительности выходных световых импульсов.

Предмет изобретения

Фазо-импульсный многоустойчивый элемент, содержащий релаксационный генератор на трансформаторе, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и повыщения надежности селекции состояний, в нем фотодиэлектрический конденсатор включен последовательно с фотосопротивлением в цепь источника питания, точка соединения фотосопротивлеиия с фотодиэлектрическим конденсатором подключена к сеточной обмотке трансформатора, а параллельно анодной обмотке трансформатора включен электрический вход электрооптической ячейки, управляющей световыми импульсами, поступающими на фотосопротивление.

By///Л

8 5

- /xj l-W1

ВыходЗапуск

L