Приведено описание принципов построения и работы одноразрядного цифрового компаратора и аналитического цифрового компаратора-дешифратора, выполненных с использованием оптронных пар.
Цифровые компараторы относятся к логическим элементам сравнения двух двоичных чисел. Одноразрядные цифровые компараторы имеют два входа А и В и три выхода, сигнал «лог. 1» на которых появляется при условии А = В, А > В и А < В, соответственно.
Достаточно простой одноразрядный цифровой компаратор может быть создан с использованием средств оптоэлектроники, Рисунок 1. Рассмотрим далее работу этого компаратора.
 |
||
| Рисунок 1. | Оптоэлектронный цифровой компаратор. | |
Допустим, что сигналы на входах А и В отсутствуют. Светодиоды оптопар обесточены. Фотодиоды находятся в токонепроводящем состоянии. На выходе А = В присутствует напряжение высокого уровня.
Подадим на вход А сигнал уровня «лог. 1», а на вход В – «лог. 0». Ток протекает через резистор R1, светодиод оптрона DA1.1 и резистор R3. Фотодиоды DA1.2 и DA1.3 переключаются в токопроводящее состояние. На выходе А = В устанавливается «лог. 0», на выходе А > В – «лог. 1».
При подаче на вход А «лог. 0», а на вход В «лог. 1» ток протекает через резистор R2, светодиод оптрона DA2.1, резистор R4. Соответственно, на выходе А < В появляется «лог. 1», на всех остальных выходах присутствует «лог. 0».
Наконец, при подаче на оба входа А и В сигналов уровня «лог. 1» оба светодиода оптронных пар не излучают световой поток, поскольку они включены в диагональ сбалансированного резистивного моста R1–R4, и напряжение на них равно нулю. Соответственно все фотодиоды находятся в непроводящем ток состоянии, на выходе А = В появляется уровень «лог. 1»; на всех остальных уровнях присутствует «лог. 0».
На Рисунке 2 приведена диаграмма электрических процессов, наблюдаемых во входных и выходных цепях цифрового компаратора, а также таблица истинности.
 |
||
| Рисунок 2. | Диаграмма электрических процессов в цепях цифрового компаратора, а также его таблица истинности. |
|
Последовательно c резисторами R1 и R2 рекомендуется включить диоды катодом в сторону светодиодов оптопар. Это исключит вероятность взаимошунтирования резисторов в случае, если один из входов в процессе работы устройства будет соединяться напрямую с общей шиной.
Как нетрудно убедиться из анализа таблицы истинности, цифровой компаратор не в состоянии различить, каково состояние логических уровней на его входах: А = В = 0 или А = В = 1. Решить эту проблему можно за счет усложнения схемы цифрового компаратора, Рисунок 3.
 |
||
| Рисунок 3. | Оптоэлектронный аналитический цифровой компаратор-дешифратор с таблицей истинности. | |
В связи с расширением функциональных возможностей цифрового компаратора, а именно, обеспечения возможности расширенного анализа состояния логических уровней на его входах, назовем устройство, Рисунок 3, аналитическим цифровым компаратором.
Рассмотрим случай А = В = 0. Все светодиоды оптопар обесточены, все их фотодиоды не проводят ток. Следовательно, на выходе А = В = 0 присутствует напряжение высокого уровня. На всех остальных выходах присутствует «лог. 0».
В случае А = В = 1 светодиоды оптопар DA1.1 и DA4.1 излучают свет, светодиоды оптопар DA2.1 и DA3.1 зашунтированы транзисторами VT1 и VT2, и свет не излучают, фотодиоды оптопар DA1.2, DA1.3, DA4.2 и DA4.3 проводят ток. В итоге напряжение на выходе А = В = 0 равно нулю; на выходе А = В = 1 – «лог. 1».
Для случаев А = 1, В = 0 или А = 0, В = 1 светится один из соответствующих светодиодов оптопар, DA2.1 или DA3.1, что вызывает появление уровней «лог. 1» на выходах A > B или A < B, соответственно.
Таблица истинности аналитического цифрового компаратора приведена на Рисунке 3. Следует отметить, что эта таблица истинности совпадает с таблицей истинности, справедливой для дешифратора (декодера) – логического устройства, предназначенного для преобразования n-разрядного позиционного двоичного кода в единичный выходной сигнал на одном из его 2n выходов. В рассматриваемом случае n = 2, дешифратор имеет два входа и четыре выхода.
