Оптоэлектронный сумматор по модулю два Советский патент 1981 года по МПК G06F7/56 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в автоматике и вычислительной технике. Известны оптические сумматоры по модулю два, содержащие источник постоянного напряжения, один вывод которого соединен с после довательно включенными фотоприемником и источником света, которые оптически связаны с оптическими входами и оптическим выходом сумматора, а другой вывод источника постоянного напряжения соединен с полупроводниковым двухполюсным переключателем Ц Наиболее близким к изобретению является оптоэлектронный сумматор по модулю два, содержащий источник постоянного напряжения один вывод которого соединен с последовательно включенными фотоприемником и источником света, которые оптически связаны соответственно с оптическими входами и оптическим выходом сумматора. Другой вывод источник а постоянного напряжения соединен с полупроводниковым двухполюсным переключателем, выполненным в виде туннельного диска, включенным последовательно с источником света и фотоприемником 2. Однако суммарное значение внутренних сопротивлений источника гогтания, источника излучения и фотоприемника имеет значительную величину, малость зтой величины практически не может быть реализована, что снижает надежность работы сумматора по модулю два в его динамический диапазон работы. Из-за того, что в известной схеме используется туннельный диод из германия, характеристика которого имеет небольшой раствор, то при воздействии на фотоприемннк излучения, величина которого вьщ1е предусмотренного значения, рабочая точка смещается вверх на диффузионной ветви характеристики. Это приводит к увеличению тока туннельного диода и может привести к возбуждению источника света. Поэтому возможны ощибки для случая X У 1. Такой же результат можно получить, если напряжение Е на зажимах источника питання окажется нестабилиэированным и возрастет.

Туннельные диоды из арсенида галлия имеют раствор волыамперной характеристики более широкий. Однако форма таких диодов изменяется при расположении рабочей точки на диффузионной ветви (свойство деградации). Это приводит к произвольному изменению тока впадин и пикового тока, что также может служить причиной ошибок.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона работы и повышение надежное- ю

ти работы сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронном сумматоре по модулю два, содержащем источник постоянного напряжения, первый полюс которого соединен с первым выводом фотоприемника, который оптически связан с оптическими входами сумматора и подключен вторым выводом через полупроводншсовый двухполюсный переключатель к источнику света, электрический выход которого соединен с вторым полюсом источника постоянного напряжения, а оптический выход является выходом сумматора, полупроводниковый двухполюсный переключатель выполнен в виде двух полевых транзисторов, у которых истоки объединены, а сток одного полевого транзистора подключен к затвору другого, причем выводами полупроводникового двухполюсного переключателя являются стоки соответствующих полевых транзисторов.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема оптоэлектронного сумматора; на фиг. 2 - вольтамперная характеристика двухполюсного полупроводникового переключателя.

Сумматор по модулю два содержит фотоприемник 1, полевой транзистор 2 с затвором в виде электронно-дырочного пфехода и каналом р -типа, полевой транзистор 3 с каналом п -типа. Транзисторы 2 и 3 соединены между собой таким образом, что затвор первого из них подключен к стоку другого, а истоки гальванически объединены. Таким образом, транзисторы 2 и 3 образуют полупроводниковый двухполюсный переключатель 4, выводами которого служат стоки транзисторов 2 и 3. Сумматор содержит также источник 5 света и источник 6 постоянного напряжения Б. Входами устройства являются световоды 7 и 8, которые оптически связаны с фотоприемником 1. Выходом является световод 9, оптически связанный с источником света 5. Источником 5 света может служить светодиод. Фотоприемник 1, двухполюсный полупроводниковый переключатель 4, источник света 9 и источник постоянного напряжения 6 включены последовательно.

Сумматор работает следующим образом.

При увеличении разности потенциалов на выводах двухполюсника 4 через него протекает возрастающий ток 3 ввиду того, что при небольших напряжениях на затворах каналы транзисторов 2 и 3 проводят ток. Это соответственно восходящей ветви АС вольтамперной характеристики, как показано на фиг. 2. Дальнейшее увеличение разности потенциалов и приводит к увеличению падения

3, что ведет к увеличению смещения на их затворах и уменьшению тока д . Поэтому ток проходит через максимум (точка С), уменьшается до величины, соответствующей

току транзисторов 2 и 3 в режиме отсечки. Полученная зависимость является характеристикой X -типа (фиг. 2). Поэтому система транзисторов 2 и 3 может служить полупроводниковым двухполюсным переключателем.

Разность потенциалов U на переключателе 4 изменяется под действием фотоприемника 1, на который поступают обе переменные X и У в виде оптических сигналов. При этом информация кодируется следующим образом:

25 наличию излучения соответствует логическая

отсутствию излучения - логический О.

Параметры схемы подбираются так, чтобы при фоновой засветке (X У 0) .нагрузочная прямая, наклон которой зависит от величины сопротивления фотоприемника, заимела положение АЕ (фиг. 2). Этому положению прямой соответствует рабочая точка А с координатами ; , U . Ток J-, является недостаточным для возбуждения источника 5 света, поэтому на выходе 9 сумматора сигнал имеет нулевое значение.

В случаях X 1, У О, У 1, т.е. когда сигнал поступает на один вход 7 или 8, в результате сопротивление фотоприемникао понижается, что соответствует положению нагрузочной прямой. В этом случае рабочая точка В имеет координаты Dij, Uij. Поэтому на выходе 9 сумматора сигнал имеет значение 17 Величина тока С достаточна для возбуждения источника света 5. Если сигна5 лы поступают на оба входа 7 и 8, т.е. в случае X У 1, сопротивление фотоприемника 1 уменьшается дополнительно. Нагрузочная прямая определяет рабочую точку Д с координатами 3 и . Ток О не врзбужда0 ет источник света, выходной сигнал имеет значение О.

Таким образом, выполняется операция Сложение по модулю два.,

Разработанный сумматор не повторяет не5 достатков известных подобных сумматоров. Значения пикового тока и минимального тока (ординаты точек С и Д соответственно на фиг. 2) стабильны. Кроме того, характенапряжения на каждом из транзисторов 2 и