8.3 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

8.4 Применение оптронов как аналогов электрорадиокомпонентов

Применение оптронов характеризуется их внедрением во все новые области электроники, вычислительной техники, автоматики, электроники.

Элементарные оптроны и ОЭИС широко используют­ся в цифровых устройствах для связи блоков, выполнен­ных на различной основе (например, для сопряжения биполярных и МОП-ИС, туннельно-диодных и транзис­торных схем и т.п.); для управления силовыми цепями моторов, и реле переменного и постоянного тока от низ­ковольтных маломощных логических схем; для связи логических схем с периферийным, оборудованием ЭВМ; в качестве элементов развязки от земли в источниках питания; в качестве маломощных реле в электролюми­несцентных системах отображения информации; в кон­трольно-измерительных устройствах, непосредственно подключаемых к сильноточным цепям переменного тока.

Оптроны, пригодные для передачи аналоговых сигна­лов, находят все более широкое применение в качестве коммутирующих элементов в линиях телефонной связи; в цепях связи различных датчиков с ЭВМ; в медицин­ской электронике.

Оптоизоляторы и оптроны с гибким световодом при­меняются в аппаратуре контроля высоковольтных линий электропередач; в измерительных системах, предназна­ченных для работы в условиях сильных помех (СВЧ наводки, искрение и т.п.); в устройствах управления и контроля высоковольтных электровакуумных приборов (клистроны, ЭЛТ, ЭОП и т.п.); в технике физического эксперимента.

Таблица 8.1 – Оптрон как аналог электрорадиокомпонентов

Электрорадиокомпонент		Оптронный аналог
Наименование	Схема	Наименование	Схема
Импульсный трансформатор		Транзисторный и диодный оптроны
Переключатель		Тиристорный, резисторный и транзисторный оптроны
Переменный резистор		Резисторный оптрон
Потенциометр		Сдвоенный резисторный оптрон
Переменный конденсатор		Оптрон с варикапом
Разъем		Оптоэлектронный разъем
Линия связи		Оптрон с гибким световодом
Батарея		Изолированный источник питания
Радиолампа		Оптрон с управляемым оптическим каналом

Оптроны с открытым оптическим каналом (оптопрерыватели и отражательные оптроны) незаменимы в устройствах считывания информации с перфоносителей при ее вводе в ЭВМ, в качестве индикаторов поло­жения объектов и состояния их поверхностей, в качестве датчиков вибрации, заполнения объемов жидкостью и т. п.

Широта функциональных возможностей оптронов обусловлена тем, что они являются схемотехническими аналогами многих традиционных электрорадиокомпонентов, деталей, устройств (таблица 8.1).

Следует в заключение отметить важную роль оптро­нов в исследовании новых видов излучателей и фотоприемников. Опробование согласованных пар для оптических линий связи проще всего предварительно провести в оптронах. Исследовать временную деграда­цию, радиационную стойкость, термостабильность, инер­ционность нового вида излучателя удобнее всего, исполь­зуя этот излучатель в оптроне с фотоприемником, соот­ветствующие свойства которого хорошо изучены. Оптронные конструкции удобны и для исследования све­топередачи в различных оптических средах.