Применение оптронов для выполнения логических функций

Использование оптронов (прежде всего – диодных и тран­зисторных) в цифровых и импульсных устройствах связано с возможностью их быстрого переключения из состояния с низким уровнем сигнала на выходе в состояние с высоким уровнем, или наоборот. В качестве примера можно привести оптоэлектронные элементы, позволяющие реализовать основ­ные логические функции в устройствах цифровых систем. Так, схема, представленная на рис. 8.7, а, моделирует операцию логического умножения (И), а схема на рис. 8.7, б – операцию логического сложения (ИЛИ). В первом случае выходное напряжение U_вых поддерживается на высоком уровне, близком к напряжению U_вх, только если оба фототранзистора ФТ1 и ФТ2 включены и через них идет ток, близкий к насыщению, а во втором – при выходе на насыщение вольтамперной характеристики любого из фототранзисторов ФТ1 или ФТ2. Оптроны могут также с успехом применяться для моделирования и других логических операций, в частности, операций И-НЕ (рис. 8.7в) и ИЛИ-НЕ (рис. 8.7г).

в) г)

Рис. 8.7. Логические оптоэлектронные элементы для выполнения операций: а) – И; б) – ИЛИ; в) – И-НЕ; г) – ИЛИ-НЕ

Еще одним примером использования оптронов в цифровых устройствах может служить оптоэлектронная микросхема серии 249ЛП1, схема которой изображена на рис. 8.8. При протекании по цепи арсенид-галлиевого светодиода номинального входного тока в цепи фотоприемника (кремниевого фотодиода) возникает фототок, одновременно являющийся базовым для транзистора VT1; этот ток достаточен для отпирания транзистора. Эмиттерный ток транзистора VТ1 поступает в базу транзистора VТЗ и переводит его в режим насыщения. При этом напряжение на выходе микросхемы оказывается равным падению напряжения на насыщенном транзисторе (примерно 0,3 В). Если же входной ток оптрона меньше номинального, то через его фотоприемник течет лишь малый темновой ток и транзистор VТ1 остается запертым. В этом случае через резистор R2 течет базовый ток транзистора VТ2, причем его значение таково, что VТ2 находится в режиме насыщения. В результате напряжение на выходе оптопары является разностью напряжения U_п, базового напряжения транзистора VТ2 и напряжения на диоде VД3. Для микросхемы такого типа это (2,5÷3,5) В. Это соответствует потенциалу логической «1».

Рис. 8.8. Логические оптоэлектронные элементы для выполнения операций а – И-НЕ; б – ИЛИ-НЕ