Оптоэлектронные элементы «Исключающее ИЛИ (НЕ)»

Михаил Шустов, г. Томск

Приведены варианты схем выполнения двухвходовых оптоэлектронных логических элементов «Исключающее ИЛИ» и «Исключающее ИЛИ-НЕ».

Оптоэлектронные логические элементы «Исключающее ИЛИ» и «Исключающее ИЛИ-НЕ» и их электрические схемы до последнего времени не были известны читателям технических изданий, посвященных вопросам радиоэлектроники, хотя надобность в практическом применений подобных элементов достаточно очевидна. Напомним формулировки, характеризующие принцип работы классических логических элементов «Исключающее ИЛИ» и «Исключающее ИЛИ-НЕ» [1, 2].

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (EXCLUDING OR, XOR) – логический элемент, для двухвходового варианта которого выходной сигнал принимает значение логического нуля, если уровни входных сигналов совпадают (оба логических нуля или обе логические единицы). Стоит нарушить это условие, сигнал на выходе элемента примет значение логической единицы.

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ (EXCLUDING NOR, XNOR) – логический элемент, для двухвходового варианта которого выходной сигнал принимает значение логической единицы, если уровни входных сигналов совпадают (оба логических нуля или обе логические единицы). Стоит нарушить это условие, сигнал на выходе элемента примет значение логического нуля.

На Рисунке 1 представлены возможные варианты построения оптоэлектронных логических элементов «Исключающее ИЛИ» и «Исключающее ИЛИ-НЕ». Как следует из анализа этих схем, логические элементы, основанные на использовании оптоэлектронных приборов, отличаются предельной простотой и, как следствие, повышенной надежностью.

Рисунок 1.	Электрические схемы вариантов выполнения оптоэлектронных логических элементов «Исключающее ИЛИ» и «Исключающее ИЛИ-НЕ»: а) с диодными входными цепями; б) с резистивными входными цепями; в) с перекрестным транзисторным шунтированием входных цепей; г) с диодным мостом для питания светодиода.

На Рисунках 1а и 1б приведены схемы наиболее простых вариантов выполнения логических элементов подобного назначения. Принцип их работы достаточно прозрачен. В отсутствие входных сигналов светодиоды оптопар не светятся, соответственно не проводят ток и фотодиоды. Заземлив вывод 5 (выход OUT2) и снимая выходной сигнал с вывода 4 (выход OUT1), получим логический элемент «Исключающее ИЛИ-НЕ».

При подаче напряжения питания на вывод 4 (выход OUT1) и съеме выходного сигнала с вывода 5 (выход OUT2) получим логический элемент «Исключающее ИЛИ».

Оптоэлектронный логический элемент, Рисунок 1в, построен по иной схеме. При подаче на любой из его входов управляющего сигнала ток протекает через соответствующий светодиод, переключая тем самым состояние ему отвечающего фотодиода. Цепь питания второго светодиода при этом шунтируется транзистором. При одновременной подаче на входы логического элемента управляющих сигналов высокого уровня оба светоизлучающих диода оптопар шунтируются транзисторами VT1 и VT2, светодиоды не излучают свет, фотодиоды приемной стороны не проводят электрический ток.

Вариант оптоэлектронного логического элемента, Рисунок 1г, содержит всего одну оптоэлектронную пару DA1, светодиод которой включен в диагональ диодного моста VD3–VD6. В свою очередь, диодный мост включен в диагональ диодно-резистивного моста VD1, VD2, R1, R2. В отсутствие входных сигналов светодиод оптопары не излучает свет, фотодиод оптопары ток не проводит. При подаче на один из входов сигнала уровня логической единицы, а на другой – логического нуля, ток протекает через светодиод оптопары, фотодиод начинает проводить ток, выходной сигнал логического элемента меняет свой уровень.

Если на оба входа логического элемента подаются сигналы уровня логической единицы, мост переходит в состояние равновесия, ток через светодиод и фотодиод оптронной пары DA1 не протекает.

Литература