Оптоэлектронные логические элементы 3XOR/3XNOR

Приведена схема и описание работы трехвходовых оптоэлектронных логических элементов «3Исключающее ИЛИ» и «3Исключающее ИЛИ-НЕ» (3XOR/3XNOR).

Логический элемент «Исключающее ИЛИ» (XOR) представляет собой цифровое устройство, имеющее не менее чем два входа и один выход, уровень «лог. 1» на котором появляется при условии, что уровень «лог. 1» присутствует только на одном из его входов. Соответственно логический элемент «Исключающее ИЛИ-НЕ» (XNOR) при выполнении тех же условий имеет на выходе уровень «лог. 0».

Синтез двухвходовых оптоэлектронных логических элементов «2Исключающее ИЛИ» и «2Исключающее ИЛИ-НЕ» не представляет затруднений [1–3]. Ситуация осложняется при условии, что такие элементы имеют по меньшей мере три входа.

На Рисунке 1 представлен один из вариантов схем трехвходовых оптоэлектронных логических элементов «3Исключающее ИЛИ»/«3Исключающее ИЛИ-НЕ» (3XOR/3XNOR).

Рисунок 1.	Электрическая схема трехвходового оптоэлектронного логического элемента «Исключающее ИЛИ» и «Исключающее ИЛИ-НЕ» (3XOR/3XNOR).

Устройство имеет 3 одинаковых входных узла Х1, Х2, Х3, а также выходной узел и работает следующим образом. Входные узлы Х1–Х3 выполнены на полевых транзисторах, работающих на переключение светодиодов оптронных пар DA1–DA3. Для наглядности и упрощения описания работы логического элемента в Рисунках 1 и 2 использована цветовая окраска, относящаяся к его равнозначным входам.

При отсутствии входного сигнала на входе Х1 транзистор VT1 не проводит ток, следовательно, светодиод оптопары DA1.1 не активен. Ток протекает через цепочку из резистора R2 и светодиодов оптопар DA2.1 и DA3.1. Соответственно свечению светодиодов оптопар DA2.1 и DA3.1 на приемной стороне входа Х1 фотодиоды оптопар DA2.2 и DA3.2, показанные черным цветом, будут проводить ток. Фотодиод оптопары DA1.2, отвечающий этому входу, ток не проводит.

При подаче на вход Х1 сигнала уровня «лог. 1» транзистор VT1 открывается, светодиод оптрона DA1.1 шунтирует цепочку из светодиодов оптронов DA2.1 и DA3.1 и переводит фотодиод оптрона DA1.2 в токопроводящее состояние. Фотодиоды оптронов DA2.2 и DA3.2, отвечающие входу Х1, переходят в выключенное состояние.

Аналогичные процессы происходят во входных и выходных цепях логических элементов, соответствующих входам Х2 и Х3 при подаче/отключении управляющих сигналов (элементы этих цепей выделены соответственно зеленым и красным цветом).

Упрощенный эквивалент схемы коммутации выходных цепей логического элемента при подаче/отключении управляющих сигналов Х1–Х3 показан на Рисунке 2. Положение переключателей соответствует уровням «лог. 0» на всех его входах. В зависимости от положения переключателя S1 на выходе логического элемента можно получить сигналы инвертированного или неинвертированного уровней и реализовать тем самым функции «3Исключающее ИЛИ»/«3Исключающее ИЛИ-НЕ» (3XOR/3XNOR). Переключатель S1 на схеме условен, его можно заменить перемычкой, шунтирующей резистор R3 или R4.

Рисунок 2.	Эквивалентная схема выходной части логического элемента «3Исключающее ИЛИ»/ «3Исключающее ИЛИ-НЕ» (3XOR/3XNOR) и его таблица истинности.

Таблица истинности логических элементов «3Исключающее ИЛИ»/«3Исключающее ИЛИ-НЕ» (3XOR/3XNOR) приведена на Рисунке 2.

Литература

1. Функциональные элементы и устройства оптоэлектроники / В.П. Кожемяко, Л.И. Тимченко, Г.Л. Лысенко, Ю.Ф. Кутаев. – Киев: УМК ВО, 1990. – 251 с.
2. Шустов М.А. Оптоэлектронная логика.
3. Шустов М.А. Универсальные оптоэлектронные логические элементы переменного и постоянного тока.

Материалы по теме

1. Datasheet Microchip 2N7000