考慮了創(chuàng)建無(wú)源和有源光電邏輯元件同時(shí)執(zhí)行AND，NAND，OR，NOR，XOR，XNOR功能的可能性。與有源邏輯元件不同，無(wú)源邏輯元件沒(méi)有自己的電源，由輸入控制信號(hào)供電。光電子手段的使用允許輸入和輸出電路的可靠電氣隔離，包括使用開(kāi)放式光通信通道。此外，光電邏輯元件比數(shù)字邏輯的通常元件簡(jiǎn)單得多。

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　　無(wú)源光電邏輯元件

　　圖1 顯示了通用的無(wú)源光電邏輯元件電路之一的示例。這樣的元件同時(shí)執(zhí)行AND，NAND，OR，NOR，XOR，XNOR的功能，僅包含4個(gè)光電對(duì)U1-U4，并具有9個(gè)輸出;其中6個(gè)具有高(Y1和Y2)和3個(gè)具有低(Y0)負(fù)載能力。請(qǐng)注意，為了盡可能簡(jiǎn)化邏輯元件，可以將晶體管及其隨附的電阻排除在外，只能使用負(fù)載能力低(Y0)的輸出。

　　圖1 通用的無(wú)源輸入光電邏輯元件，具有高(Y1和Y2)和低(Y0)負(fù)載能力。

　　考慮邏輯元素的操作。如果沒(méi)有對(duì)輸入X1和X2施加控制信號(hào)，則電流不會(huì)流過(guò)光耦合器對(duì)U1.1、U2.1、U3.1、U4.1的LED。因此，邏輯元件的所有輸出Y0處都將存在高邏輯電平電壓。

　　如果控制信號(hào)的“日志。1“級(jí)別應(yīng)用于輸入 X1，并且”日志。0“到輸入X2，電流將流過(guò)光耦合器U1.1、U3.1的LED。輸出 Y0 NAND 處的電壓不會(huì)變化，在輸出 Y0 NOR 和 Y0 XNOR 處，電壓將降至“Log.0”電平。

　　當(dāng)控制信號(hào)電平為“日志。0“被饋送到輸入 X1 和”日志。1“，在輸入X2處，電流將流過(guò)光耦合器對(duì)U2.1、U4.1的LED。電壓在輸出 Y0 NAND 處也不會(huì)改變，在輸出 Y0 NOR 和 Y0 XNOR 處將有一個(gè)“Log.0".

　　最后，如果將高電平控制信號(hào)同時(shí)施加到輸入X1和X2，電流將流過(guò)光耦合器對(duì)U1.1、U2.1的LED。Y0 NAND 的輸出將具有“日志”級(jí)別。0";Y0 NOR的輸出也將具有“日志”級(jí)別。0";Y0 XNOR的輸出將處于“日志”級(jí)別。1".

　　當(dāng)然，圖1中的光電邏輯元件NAND/AND、NOR/OR或XNOR/XOR可以彼此分開(kāi)使用。

　　無(wú)源光電邏輯元件的優(yōu)缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)。一方面，沒(méi)有外部電源電壓源，另一方面，光耦合器的LED從信號(hào)源消耗足夠高的電流。

　　有源光電邏輯元件

　　接下來(lái)考慮有源光電邏輯元件， 圖2.此類(lèi)元件具有高輸入電阻，但需要電源E1(為此，可以使用接收部分E2的電源)。

　　圖2中光電邏輯元件的工作原理與圖1有些不同，差異相當(dāng)明顯。在沒(méi)有輸入信號(hào)的情況下，電流不會(huì)流過(guò)光耦合器的LED。所有輸出 Y0 和、OR 和 XOR 處均存在低電壓電平，請(qǐng)參見(jiàn) 表1.

　　圖2 通用的有源光電邏輯元件，具有高(Y1和Y2)和低(Y0)負(fù)載能力。

　　表1 通用光電邏輯元件的真值表。

　　當(dāng)電平的控制信號(hào)為“日志。1“應(yīng)用于輸入 X1 和”日志。0“到輸入X2，電流流過(guò)光耦合器對(duì)U2.1和U3.1的LED。輸出 Y0 AND 將具有“日志”級(jí)別。0";輸出 Y0 OR 和 Y0 XOR 將為“日志。1".

　　當(dāng)“日志。0“應(yīng)用于輸入 X1 和”日志。1“到輸入X2，電流流過(guò)光耦合器對(duì)U1.1和U3.1的LED。在輸出 Y0 和將有“日志。0";在輸出 Y0 或和 Y0 XOR 處，將有“日志。1".

　　如果“日志。1“施加于輸入X1和X2，電流將僅流過(guò)光耦合器對(duì)U3.1的LED。在輸出 Y0 和 Y0 OR 處，將有一個(gè)“日志”級(jí)別。1";在輸出 Y0 XOR 處將有“日志。0".

　　帶無(wú)源或有源輸入的光電邏輯元件

　　具有無(wú)源或有源輸入的光電邏輯元件的另一種變體顯示在 圖3.設(shè)備的接收部分基于 單個(gè)晶體管上的通用邏輯元件.

　　圖3 具有無(wú)源(左上)或有源(左下)輸入的通用光電邏輯元件。

　　Michael A. Shustov 是技術(shù)科學(xué)博士、化學(xué)科學(xué)候選人，也是電子、化學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、醫(yī)學(xué)和歷史領(lǐng)域 700 多部印刷作品的作者。