Оптоэлектронный модуль

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и цифровых вычислительных машинах Цель изобретения - повышение надежности - достигается путем уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования. Оптоэлектронный модуль в каждом разряде содержит диод и регенеративный оптрон, состоящий из источника света, трех фотоприемников и транзистора, кроме того в первом разряде дополнительно содержит фотоприемник и диод, а во втором разряде - фотоприемник. Оптоэлектронный модуль работает в q-й системе счисления и фиксирует количество импульсов в режимах суммирования и вычитания в разрядах, количество которых определено ак q/2 (когда q четная) или q+1/2 (когда ц нечетная ). 2 ил. 1 табл.

СОЮЗ . СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 03 К 23/78

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4638245/21 (22) 16,01,89 (46) 15,01.91, Бюл. ¹ 2 (71) Грузинский политехнический институт им. В.И,Ленина (72) О.Г Натрошвили, Л,Ш.Имнаишвили, 3,К,Кобесашвили и Т.М.Гиоргобиани (53) 621,374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 947973, кл. Н 03 К 23/78, 1980, Авторское свидетельство СССР № 978359, кл, Н 03 К 23/78, 1982. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и цифровых вычислиИзобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в устройствах автоматики и цифровых вычислительных машинах.

Цель изобретения — повышение надежности за счет уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования.

На фиг.1 представлена схема оптоэлектронного модуля; на фиг,2 — временные диаграммы его функционирования.

Оптоэлектронный модуль 1 в каждом разряде 2.1, 2,2, „... 2.п содержит регенеративный оптрон, состоящий из источника 3 света, первого 4, второго 5 и третьего 6 фотоприемников и транзистора 7, а также первый диод 8, кроме того, в первом разряде — четвертый фотоприемник 9 и второи диод 10, а во втором разряде — четвертый фотоприемник 11. Оптоэлектронный модуль снабжен оптическим информационным вхо„„. Ж„„1621171 А1 тельных машинах. Цель изобретения — повышение надежности — достигается путем уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования. Оптоэлектронный модуль в каждом разряде содержит диод и регенеративный оптрон, состоящий из источника света, трех фотоприемников и транзистора, кроме того в первом разряде. дополнительно содержит фотоприемник и диод, а во втором разряде— фотоприемник, Оптоэлектронный модуль работает в q.-й системе счисления и фиксирует количество импульсов B режимах суммирования и вычитания в ра.=рядах. количество которых определено как q/2 . (когда q четная) или ц+1/2 (когда ц нечетная). 2 ил, 1 табл, дом 12, первой 13 и второй 14 управляющими шинами; цепью 15 начальной установки, шиной 16 питания и общей шиной 17. В каждом разряде коллектор транзистора 7 через источник 3 света соединен с шиной

16 питания оптоэлектронного модуля 1, общая шина которого соединена с эмиттером транзистора 7, база которого соединена с объединенными выводами первого 4, второго 5 и третьего 6 фотоприемников. Первый фотоприемник 4 другим выводом соединен с шиной 16 питания и оптически связан с источником 3 света. Второй фотоприемник 5 в каждом разряде, кроме первого разряда 2.1, соединен с первой управляющей шиной 13 оптоэлектронного модуля 1, вторая управляющая шина 14 которого соединена с выводом третьего фотоприемника 6, который в каждом разряде, кроме первого 2.1, и последнего 2.п, оптически связан с источником 3 света последую1621171 щего разряда. Второй фотоприемник 5 каждого разряда, кроме первого 2.1 и второго

2.2, оптически связан с источником 3 света предыдущего разряда. Кроме того, в каждом разряде первый вывод первого диода 8 соединен с базой транзистора 7 регенеративного оптрона, а второй вывод — с цепью

15 начальной установки оптоэлектронного модуля 1, во втором разряде 2.2 четвертый фотоприемник 11 первым выводом соединен с базой транзистора 7 данного разряда, а вторым выводом — с первой управляющей шиной 13 оптоэлектронного модуля 1 и оптически связан с источником 3 света последнего. разряда 2.п, третий фотоприемник 6 которого опт11чески cB5I3BH c NGTQ IHIAKDM 3 света второго разряда 2.2, второй фотоприемник 5 которого оптически связан с оптическим входом 12 оптоэлектронного модуля

1, первая управляющая шина 13 которого в первом разряде 2,1 соединена с первыми выводами четвертого фотоприемника 9 и второго диода 10, вторые выводы которых соединены с вторым выводом второго фотоприемника 5 данного разряда 2,1, второй 6 и четвертый 9 фотоприемники первого разряда 2,1 оптически связаны с источниками 3 света соответственно предпоследнего 2,п-1 и последнего 2.п разрядов. Оптические выходы всех разрядов

2.1 — 2.n — 1, кроме последнего 2.п, являются оптическими информационными выходами оптоэлектронного модуля 1, при этом первый разряд 2.1 предназначен для записи признака кода, а остальные 2.2 — 2.п-1 — для записи мантиссы кода цифры.

Последний разряд 2.п оптоэлектронного модуля 1 является вспомогательным и его наличие в схеме необходимо для нормального функционирования модуля, Оптлческий вход третьего фотоприемника 6 первого разряда 2,1 используется при применении модуля в схеме многоразрядного операционного устройства; например сумматора, и предназначен для обнуления первого разряда 2,1 во время межразрядного переноса;

Оптоэлектронный модуль работает следующим образом.

В устройстве используется кодирование, которое заключается в разбиении.разрядов унитарного кода цифры на две группы двоичных знаков и присвоении одной группе веса, равного половине оСновы системы счисления, и представлении другой группы в унитарном коде, В применяемом новом виде кодирования цифры числовой информации представляются следующим образом: а,91Pz...Д где а — признак цифры, принимающей значение 0 или 1; В1P2... Ьп — мантисса цифры

5 ф (0,1, i — порядковый номер двоичного знака мантиссы );

n — количество двоичных знаков мантиссы цифры, которое зависит от величины основы системы счисления и определяетСя как

n = 2 — 1, если q четная; — если q нечетная;

15 где q — основа системы счисления.

Признак и мантисса цифры для системы счисления с основой q, когда q четная, определяются следующим. образом.

20 Все цифры в количестве q распределены в двух группах, Первая группа охватывает цифры от О до q/2 — 1, а вторая группа — от

q/2 до ц — 1, Мантисса р1 /3 ...p каждой цифры иэ

25 первой группы представляется в унитарном коде, где п = q/2 — 1, т.е. если /3 = 1, то

Д =О, где j = 1,п, j A i.

Следовательно, порядковый номер !-го знака Р" определяет вес записанной цифрь; из первой группы, Когда эта цлфра равна нулю, /3; =Î, где i = Г,п. Для цифр первой группы признак а=О, Таким образом, каждая цифра первой группы представляется мантиссой — знаками в количестве и, один.из которых равен единице, порядковый номер которой определяется весом цифры, а остальные равны нулю. При этом признак цифры равен нулю.

Мантисса каждой цифры второй группы также представляется в унитарном коде знаками в количестве и, где n =- q/2 — i, т.е„ если PI = 1, ф =О, где j = 1,n, j Ф i, однако п.1рядковый номер 1-го знака PI определяет вес записанной цифры второй группы, уменьшенный на q/2. Когда цифра равна ц/=, pI,= О где i = 1,п. Для цифр второй группы признак Q=1 и ему соответственно присвоен вес q/2.

Таким образом, каждая цифра второй группы представляется мантиссой — знаками в количестве и, один из которых равен единице, порядковый номер которой определяется весом цифры, уменьшенным на ц/2, а остальные равны нулю, и признаком цифры, который равен единице и соответствует весу q/2.

Представление числовой информации в новом аиде кодирования рассмотрим на примере цифр десятичной системы счисле1621171

1.0 ния. Следовательно, десятичные цифры закодированы следующим образом (см. табли-цу)..

В начале работы устройства происходит установка модуля в исходное (нулевое) состояние, С этой целью в цепь 15 начальной устаноэки подается импульс отрицательной полярности, который в каждом разряде.через первый диод 8 поступает на базу трэнзистора 7. При этом потенциал на базах транзисторов 7 всех регенеративных оптронов.уменьшается до уровня потенциала цепи 15 начальной установки, Транзисторы 7 закрываются, и источники 3 света гаснут.

При подаче на первую управляющую шину 13 импульсов положительной полярности, на вторую управляющую шину 14— потенциала отрицательной полярности и нз информационный оптический вход 12 — светового сигнала оптоэлектронный модуль 1 работает в режиме суммирования, При этом второй фотаприемник 5 второго разряда 2.2 оказывается засвеченным и при подаче первого входного-импульса нз шину 13 транзистор 7 второго разряда 2.2 открывается, через источник 3 света проходит ток, достаточный для его све ения, срабатывает полож>лтельная аптичеcêàft связь между источником 3 света и первым >Е>0->оприемни— ком 4 данного рззрядз, .т.е. сазбзтывзет первый фатоприемник 4 и транзистор 7 00ддерживается в Открытом состоянии дз>ке после прекращения" деиствия вкаднага импульса. Таким образом, второй рззряд 2.2 оказывается в возбужденном состоянии.

Саатветствен на, в оп таэлек тра>! на»л модуле будет записан кад 01000.. Тэк как вгорой разряд 2.2 находится в возбужден !ам состоя нии, второй фОТОп рие ми ик 5 посл .. ду>0щего разряда 2.3 оказывается ззсве е!:Ным и при подаче второго импульса аналогич-. ным образом возбуждается данныи рззряд

2.3. Тэк как третий разряд 2.3 нзходится в возбужденном состоянии, третий фотоприемник б второго разряда 2.2 оказывается засвеченным и после прекращения второго импульса, т.е. в паузе между импульсами, транзистор 7 второго разряда 2.2 закрывается, так кэк сопротивление фотоприемника б падает настолько, чта аи шунтирует переход баэз — эмиттер транзистора 7, и происходит выключение источника 3 света разряда 2.3, т.е. обнуление данного рээаяд;2,2. В оптоэлектронном модуле будем иметь код 00100. Таким образом. при подаче очередных импульсов аналогичным образам последовательно возбуждаются I-й, (i ;)-й и т.д. разряды, а соответственно обнуляются (I — 1)-й, I-й и т.д., кроме первого разряда 2.1.

>0

Если предпоследний разряд 2,п — 1 находится в возбужденном состоянии, т.е„когда имеем код 00001, второй фотоприемник 5 последнего разряда 2.п и второй фотоприемник 5 первого разряда 2,1 одновременно оказываются засвеченными и при подаче очередного и лпульса аналогичным образом одновременно возбуждаются разряды 2.п и

2.1 (в первом разряде 2,1 входной импульс через второй диод 10 и фотоприемник 5 поступает на базу транзистора 7). После прекращения входного импульса, т.е. в паузе между импульсами, последний разряд 2,п способствует обнулению предпоследнего разряда 2.п-1,.так как засвеченным оказывается третий фатоприемник б данного разряда 2.п-1. Соответственно, будем иметь код 10000. При этом с помощью последнего раэрядз 2.п четвертый фатоприемник 11 второго разряда 2.2 оказывается засвеченным и при подаче очереднога импульса, катарый через этот фотоприемник 11 поступает на базу транзистора 7, воэбуждается второй разряд 2.2, который после прекращения входного импульса, т.е. в паузе между импульсами, способствует абнулению последнего разряда 2,п;

l Ез данном этап;. в P .збужде Iilам cocTQ ян!1и tt "t KOQOTC >) Ojl,t!0B (:o tf .I! tip l)C t)BL4il 2 1 k второи 2.2 рззря,>:,i, т.е. имеем код 11000, В даль»c t>tвем tip!I llодз !> /)че!)Од»ь>х >«мпуль сОв мОду/ ь Е)зба) зе. т 3! lзlio. >1 lii м1 !)зза ", При подаче нз fit.pfi /í) >; Оз:.. ющу а шин>>/ 1 > 00 i ен !!>1<) лз ) f I»1цз) вiil ioii 00 .Я О

tt0cTlr1 и !) BTO>() у >О > !1>:, > -.> :: ч >> ц)/io/ lii .1ну 1«

ИМПУЛЬСОВ П )ЛО К:1) C > и ПОЛ .-:.->О,.-. . !1 С. >f0 /If t, pod-It!ü и мсд ::: Е р /: "л/ в рсж!1ме. вьгчитз,t »;а.

Г!редпо/ожим, пс в воэ()у>к," -»ttoM со тая!.и!> «ахвдятся рз:)рядь> 2.1 l1 с.п -Е, т.е.

1> >00(> : Гз „K I / >Оследний раэрвд 2.п -1 Ваэбуждв t, Однов:ПЕ".:::; ЗЗсвечвн>!ыми окззывз>атся втор и фптоприBMtttt> 5 послед, е! 0 рззр»)>з> 2.п, второй фатоприемник 5 и".рвого рз-Г.-;дз 2.1 и рет!1 1 !Е;Отапр!)еь!ник 6 ()ззрядз i.f -2, В последнем разряде 2.г ззсгечен:>ый второй фотаприемник 5, сопротивление которого падает, не действует на состояние разряда

2.п, тзк кзк даннь и разряд 2.п . бнулен. В первом разряде?.1 засвеченным оказывается в)срой фатоприс>яник 5, o;)t зка Обнуления дан>:.Ого разряда i npottcKop 1т, ак как пятый фотаприемни! 9, <аторый не засвечен, 0>oct;o)bêó o()>tynett последний раэрял 2 и, >1 втор й1 диод 10 предотвращают запирзние трзнэис)орз 7 и абнулен!)е первого р-.-зряда 2.1. Так как третий фотаприемник 6 разряд" 2,п-2 оказывается засвеченным, при подаче входного импуль1621171

10

Если в возбужденном состоянии находятся одновременно разряды 2.1 и 2,2, т,е. когда имеем код 1100, засвеченным оказывается третий фотоприемник 6 последнего разряда 2,п и при подаче очередного импульса аналогичным образом в возбужденное состояние переходит данный разряд

2.п, а после прекращения входного импульса, т,е. в паузе между импульсами, происходит обнуление второго разряда 2.2, так как засвеченным оказывается его четвертый . фотоприемник 11, Одновременно засвеченным является четвертый фотоприемник 9 первого разряда 2.1, однако он не влияет на внутреннее состояние разряда -2.1, так как одновременно не засвечен в горой фотоприемник 5, поскольку обнулен предпоследний разряд 2,п-1, и обнуление первого разряда

2.1 не происходит. Соответственно, будем иметь код 10000. При подаче очередного импульса в возбужденное состояние переходит предпоследний разряд 2;и — 1, так как засвеченным оказывается третий фотоприемник 6 данного разряда. Так как предпоследний разряд 2,п — 1 в возбужденном сосгоянии, одновременно засвеченными оказываются второй фотаприемник 5 последнего разряда 2,п; второй фотоприемник

5 и четвертый фотоприемник 9 первого разряда 2.1, поскольку в возбужденном состоянии находится последний разряд 2.п. Тогда после прекращения входного импульса; т.е. в паузе между импульсами, происходит одновременное обнуление первого 2.1 и последнего 2,п разрядов. Соответственно, будем иметь код 00001. В дальнейшем при подаче очередных импульсов оптоэлектранHblA модуль работает аналогичным образом. са на шину 14 открывается транзистор 7 разряда 2,п-2 и аналогичным образом данный разряд 2.п — 2 переходит в возбужденное состояние. После прекращения входного импульса, т.е. в паузе между импульсами, транзистор 7 предпоследнего разряда 2,п-1 закрывается, так как фотоприемник 5 данного разряда 2,п-1 оказывается засвеченным, его сопротивление падает настолько, что он шунтирует переход база — эмиттер транзистора 7, и, следова- тельно, происходит гашение источника 3 света, т,е, обнуление данного разряда 2.п — 1.

Соответственна, будем иметь код 10010.

При подаче очередных импульсов аналогичным образом последовательно возбуждаются (i — 1)-й, (i — 2)-й и т.д, разряды, а соответственно обнуля ются 1-й, (i — 1)-й и т.д., кроме первого 2.1 и последнего 2.п разрядов, 25

В предлагаемом оптоэлектронном модуле каждый регенеративный аптрон состоит из транзистора, источника света и фотоприемников, временные характеристики которых определяют время срабатывания — включения твкл. и выключения твыкл. регенеративного оптрона, На основе этих параметров выбирается длительность импульса т„и пауза между импульсами „

Для достоверного функционирования модуля необходимо, чтобы для временныхз параметров входного счетного импульса выполнялись требования;

1вкл хи < 2 твкл, тв||кд — тл

Допустим, подается на управляющей шине 13 первый счетный импульс длительностью ти, следовательно, срабатывает регенеративный оптрон второго разряда 2.2.

Одновременно допустим, что суммарное время срабатывания фотоприемника 5, транзистора 7 и источника 3 света, т.е. tean. регенеративного оптрона равно ти . Когда источник 3 света второго разряда 2,2 оптически воздействует на фотоприемник 5 разряда 2.3, входной счетный импульс на управляющей шине 13 будет закончен, Следовательно, срабаты вание регенеративного оптрона разряда 2.3 до появления следующего счетного импульса не произойдет. Если тверд < ти то llpl4 оптическом воздействии источника 3 света второго разряда ",2 на втором фотоприемнике 5 разряда 2;3 -,a управляющей шине 13 будет присутствовать импульс длительностью Лt:

Ar =т, — tBK...

При этом ти == т вкл + Л т < 2 твкл . т с. Лт < 1вкл

Таким образом, s этом случае после возбуждения второго разряда 2.2 на управляющей шине 13 будет присутствовать входной импульс длительностью Лг, который через фотоприемник 5 разряда 2.3 поступает на базу транзистора 7, но его длительность недостаточна для переключения регенеративнага оптрона данного разряда 2.3.

Таким образом. За время действия одного входного импульса длител ностью т| срабатывает только один регенеративный

onтрон соответствующего разряда модуля.

В реальных схемах регенеративных апTpoHoB (san «(„.,„тогда Ta < < тл .

На фиг.2 приведена временная диаграмма функционирования оптоэлектронно1621171

10 го модуля в десятичной системе счисления, регенеративные оптроны которого построены на транзисторе КТ 3102Е, светодиоде

АЛ310А, оптроне АОД109Б и для которых

1вкл Ф 18,8 Нс и твыкл = 75,5 Нс.

Таким образом. предлагаемый оптоэлектронный модуль позволяет осуществить как режим сложения, так и режим вычитания поступающей информации. Кроме того, оптоэлектронный модуль может быть использован как рееерсивный сдвиговый регистр и измеритель временных интервалов.

Формула изобретения

Оптоэлектронный модуль, содержащий разрядные ячейки, выход каждой ячейки оптически связан с входом следующей ячейки, а каждая разрядная ячейка состоит из транзистора, источника света и трех фотоприемников, первый вывод источника света соединен с шиной питания оптоэлектронного модуля, общая шина которого соединена с эмиттером транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом источника света, база транзистора соединена с первыми выводами первого. второго и третьего фотоприемников, первый фотоприемник вторым выводом соединен с шиной питания оптоэлектронного модуля и оптически связан с источником света. второй фотоприемник, кроме первого разряда, вторым выводом соединен с. первой управляющей шиной оптоэлектронного модуля, вторая управляющая шина которого соединена с вторым выводом третьего фотоприемника, который в каждом разряде, кроме первого и последнего, оптически связан с источником света последующего разряда, оптический вход второго фотоприемника является входом разрядной ячейки, а оптический выход источника света — выходом разрядной ячейки, отличающийся тем, что. с целью

5 повышения надежности эа счет уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования, введены цепь начальной установки, в каждый разряд — первый диод, в первый разряд — четвертый

10 фотоприемник и второй диод, а во второй разряд — четвертый фотоприемник, в каждом разряде первый вывод первого диода соединен с.базой транзистора регенеративного оптрона, а второй вывод — с цепью

15 начальной установки оптоэлектронного модуля, во втором разряде первый вывод четвертого фотоприемника соединен с базой транзистора данного разряда, а второй вывод — с первой управляющей шиной опто20 электронного модуля и оптически связан с источником света последнего разряда, третий фотоприемник которого оптически связан с источником свста второго разряда, второй фотоприемник которого оптически

25 связан с оптическим информационным входом оптоэлектронного модуля, первая управляющая шина которого в первом разряде соединена с первыми выводами четвертого фотоприемника и второго диода, 30 вторые выводы которых соединены с вторым выводом второго фотоприемника данного разряда. второй и четв-. ртый фотоприемники первого разряда оптr. ески связаны с источниками света соогеетствен35 но предпоследнего и последнегэ разрядов, оптические выходы всех разрядов, кроме последнего, являются оптическими информационными выходами оптоэлектронного модуля.

-й

l с" с »

), jc

il !

1 с с с

I с! сс.. «с с",д — 1

1 с с

I (,„. - ...с !,.t".,(- ,с

i;) с * с

1 " =р--! „ J PJ с ..., } ..., } .!", с 1, ..„, .с,,-; 1с с -. С с-с . с с. " - ., с (1 :-! с r. -4 с с;, r. ь с ( сс с

| .!

1621171

20 нсел, Z1

Редактор А.Лежнина

Заказ 4254 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

2@

Составитель П.Бестемьянов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска