1. Квантрон – базисний елемент оптоелектронної схемотехніки
Квантрон – це мікромодуль, що містить певну кількість напівпровідникових світло- і фотоелектричних елементів, які розміщені в твердому тілі і зв’язані звортніми оптичними зв’язками. Сукупність квантронів створює напівпровідникову оптоелектронну мікросхему. Прикладом елементарного квантрона може слугувати оптоелектронна пара (рис.)
Рис. Схема елементарного квантрона
1 – фотоприймач з двомафоточутливими поверхнями; 2 – світловипромінювач з трьома розділеними світловипромінюючими поверхнями; 3 – комутатор (підсилювач струму), що узгоджує енергетичні характеристики фотоприймача і світловипромінювача; VD – напівпровідниковий діод.
При одночасній дії на квантрон променистого потоку збудження ФВХ і напруги засвічення UЗ на вхід модулятора UM фотоелемент 1 пропускає на комутатор 3 струм, який є достатнім для переходу комутатора з закритого стану у відкритий. У відкритому стані комутатор пропускає струм, який проходить через світловипромінювач 2. При цьому електрична енергія частково перетворюється в променисту і розподіляється в декількох напрямках. Засвічення світловипромінювача 2 відбувається за час τ, що відповідає за швидкодію квантрона. При закритому комутаторі струм через світловипромінювач не проходить.
Коли світловипромінювач 2 випромінює енергію, квантрон знаходиться в стані збудження. По закінченню часу τ зовнішній променистий потік ФВХ припиняється, напруга модуляції UM зменшується і приймає постійне значення UФ (напруга фіксації). Але квантрон залишається в збудженому стані, оскільки світлоелемент, що утворює позитивний зворотній зв’язок, дозволяє комутатору пропускати достатній для світіння струм. В стані збудження квантрон знаходиться доти, поки через діод VD не подадуть імпульс скиду UС з тривалістю τ, при цьому комутатор закривається і світловипромінювач 2 гасне.
Розділення променистої енергії можливе при безпосередній реалізації світловипромінювача або з допомогою волоконної оптики, що дає можливість передавати інформацію від одного квантрона до іншого. Фактично квантрон виконує функції активного елемента пам’яті, тобто звичайного тригера, але з двома відмінностями: 1) тригер не може будуватися на одному транзисторі; 2) в тригері необхідні два зворотні зв’язки.
Тому, квантрон являється функціонально повним базисним елементом оптоелектронної схемотехніки.
Основні вимоги до квантронів:
1. Квантрон повинен володіти здатністю „запам’ятовувати” вхідний світловий (чи електричний) сигнал до поступання зовнішнього імпульса скиду.
2. Для забезпечення нормального режима роботи в логіко-часових пристроях квантрон повинен видавати світловий (чи електричний) сигнал на виході через певний інтервал часу, що дорівнює затримці розповсюдження (τ = const).
3. Квантрон повинен збуджуватися тільки при співпаданні вхідного світлового сигналу і верхнього рівня модульованої напруги, після чого він підтримується в збудженому стані навіть при низькому рівні напруги модуляції.
4. Квантрон повинен випромінювати світлову енергію на виході і декількох напрямках для збудження інших квантронів і для візуальної індикації.