Бұл мақалада оптоэлектрондық көпарналы коммутаторларды эксперименттік зерттеу жүргізу арқылы коммутаторларды қолдану тиімділігіне талдау жасалды. Оптоэлектрониканың басты артықшылықтарының бірі-оны жасау мүмкіндігі, жоғары өнімді және сенімді түйіндердің, блоктардың және радиоэлектронды негізде күрделі жағдайларда жұмыс істейтіндігінде болып табылады (әсіресе электромагниттік өрістің әсер ету кезінде). Сондықтан басты проблемалардың бірі жүйелер мен желілердің әзірлеушілер мен дайындаушыларды қажетті деңгейде олардың сапасы мен сенімділігін қамтамасыз ету.
В данной статье проведен анализ эффективности использования коммутаторов путем проведения экспериментального исследования оптоэлектронных многоканальных коммутаторов. Одним из главных преимуществ оптоэлектроники является возможность ее изготовления благодаря высокопроизводительным и надежным узлам, блокам и работе в сложных условиях на радиоэлектронной основе (особенно при воздействии электромагнитного поля). Поэтому одной из главных проблем является обеспечение разработчиками и изготовителями систем и сетей их качества и надежности на необходимом уровне.
Кіріспе. Өндіріс жағдайында оптоэлектрондық көпарналы коммутаторлар қолдану процесінде үлкен маңызы бар аспаптар мен жүйелер бақылауға беріледі. Оптоэлектрондық көпарналы коммутаторлар параметрлер жүйесіндегі(жаңа функционалды топтар) аспаптарда болатын физикалық процестерді талдауға негізделуі тиіс, әр түрлі схемалар мен жүйелерде қолданылады. Физикалық интерпретация құрылғыны қолданудың нақты жағдайларында ғана сипаттайтын және оның параметрлері туралы дұрыс түсінік бермейтін параметрлерді жүйеге енгізу мүмкіндігін жоққа шығарады. Сонымен қатар, параметрлерді өлшеудің электрлік және температуралық режимдерін таңдау оптоэлектрондық көпарналы коммутаторлардағы физикалық процестерді зерттеу нәтижелеріне негізделуі керек.
Схемалық және жүйелік пайдалану принциптерінде коммутаторлардың функционалдық мүмкіндіктері бар, бірақ іс жүзінде өндіріс технологиясының жағдайына және құрылғының жұмыс физикасына байланысты қосымша шектеулер бар. Мысалы, өзінің функционалдық мүмкіндіктеріне сәйкес, оптоэлектрондық көпарналы коммутаторлардағы әртүрлі функционалды және аналогты құрылғыларды құру үшін күшейткіш элемент ретінде пайдаланылуы мүмкін. Алайда, оптоэлектрондық көпарналы коммутаторлар өндірісінің өнеркәсіптік технологиясы қазіргі уақытта әр түрлі жұмыс әсерлерінде жоғары және тұрақты ток беру коэффициенті бар сызықтық оптопаралар мен оптоэлектрондық чиптермен қамтамасыз етуге мүмкіндік бермейді. Бұл негізінен сандық тізбектердегі қиылысу элементі ретінде қолдануды анықтайды.
Бұл мақаланың мақсаты осы талдау жүргізу арқылы, жобалау мен өндіру уақытын қысқартуға мүмкіндік беретін оптоэлектронды көпканалды коммутаторлар параметрлерін есептеу әдістерін құру. Қойылған мақсатқа қол жеткізу үшін қажетті шешімнің негізгі міндеттері оптоэлектрондық көп арналы коммутаторларға қойылатын талаптарды әзірлеу, түрлі операциялық жүйелерде оптоэлектронды көпканалды коммутаторлар жұмысының математикалық модельдерін әзірлеу болып табылады.
Оптоэлектрондық коммутаторлардың параметрлер жүйесі. Көпарналы коммутаторлардың жұмысы электрлік және оптикалық қасиеттерге негізделген жартылай өткізгіш материалдар мен диэлектриктер, аспаптарды жасау және өндіру кезінде электрлік және оптикалық параметрлерді де, түрлендіру параметрлерін де өлшеу қажет. Жіктелуіне келетін болсақ:
— Компоненттер арасындағы ішкі оптикалық өзара әрекеттесуі бар құрылғылар: оптопара элементтері, электрондық микросхемалар. Олардың негізінде арнайы функционалдық мақсаттағы бұйымдарды жасауға арналған ашық оптикалық арнасы бар оптоэлектронды көпарналы коммутатор;
— Сәуле шығаратын және фотодетектор (сәуле шығаратын диодтары, p-i-n фотодиодтар, фототранзисторлар және т. б.);
— Электрлік (Вольт-Ампердің тікелей және кері тармақтары), электр тізбегіндегі көпарналы коммутатордың жұмысын сипаттауға мүмкіндік беру;
— Спектрофотометриялық, радиациялық энергияны сипаттайтын, оның спектрлік құрамы және кеңістіктегі сәулеленудің таралуы, арасындағы байланыс орнататын сәуле шығаратын диодтар мен фотодетекторларға арналған электрлік және спектрофотометриялық параметрлер.
Оптоэлектрондық көпарналы коммутаторлар үшін радиациялық диодтардың параметрлер жүйесіне келер болсақ, жоғары тиімділікке байланысты жартылай өткізгіш сәуле диодтары, кремний негізіндегі фотодетекторлармен сәулелену спектрі бойынша жылдамдық, беріктік, сенімділік, үйлесімділік және микросхемалармен қоректену параметрлері бойынша олар оптоэлектрондық көпарналы коммутаторларда кеңінен қолданылады. Мақсаты бойынша сәулелі диодтарды үш топқа бөлуге болады:
— әр түрлі оптоэлектрондарда қолдануға арналған сәуле диодтары ашық оптикалық каналы бар құрылғылар, мысалы, құрылғыларда позициялық-сезімтал құрылғылардағы перфокарт пен перфоленттен ақпаратты оқу;
— оптоэлектрондық чиптерге арналған сәуле диодтары;
— кеңейтілген оптоэлектрондық құрылғыларға арналған сәулелі диодтар оптикалық арна (волстронов), оптоэлектрондық арналар.
Оптоэлектрондық коммутаторларға арналған фотодетекторлардың параметрлер жүйесі. Кез-келген оптоэлектронды көпарналы коммутаторлар үшін фотодетекторлы радиациялық энергияны түрлендіргіш ретінде ең маңызды элементі болып табылады. Бұл негізгі шығыс параметрлерін анықтайтын ток, коммутацияланған кернеу, жылдамдық және т. б. Сонымен қатар, оптоэлектронды көпарналы коммутаторларда фотодетекторларды қолдану шарттары сыртқы сәулелену көздерімен жұмыс істейтін фотодетекторлардың қолдану шарттарынан (мысалы, IR техникасында, түнгі көру құрылғыларында және т. б.) ерекшеленеді. Әдетте электр жүйелерінде оптоэлектронды көпарналы коммутаторлардың қалыпты жұмыс істеу режимдерде сәулелі диодтың қуатты қабылдау шарттары болатындай етіп орнатылады. Оптоэлектронды көпарналы коммутаторлар үшін фотодетекторлардың қасиеттерін толық сипаттауға болатын сигнал деңгейлері мен шығу шуының тәуелділігін білдіретін параметрлер жүйесі әр түрлі факторлардан, яғни сәулелену күші, өзгеру жылдамдығы әсер ететін сәулелену, қоршаған орта температурасы, қуат кернеуі және т. б.
Оптоэлектронды көпарналы коммутаторлар үшін фотодетектордың негізгі сипаттамалары:
— Фототок қоздырғыш сәулелену ағынының деңгейіне тәуелділігін анықтайтын амплитуда (энергетикалық немесе жарықтық);
— Шығу сигналының сәулелену ағынының өзгеру жылдамдығына тәуелділігін анықтайтын уақыт;
— Шу қуатының спектрлік тығыздығының жиілікке тәуелділігін анықтайтын шу;
— Қабылдағыш арқылы жалпы токтың тәуелділігін анықтайтын Вольт-Ампер (фототок және күңгірт ток) қолданылатын кернеулердің мәндері.
Оптоэлектрондық коммутаторларды эксперименттік зерттеулер. Көпарналы коммутаторлардың табиғи үлгілерінің статикалық параметрлерін эксперименттік зерттеуді қарастыратын болсақ, 1-суретте келтірілген сызбада оптоэлектрондық диод матрицасының электрлік схемасы келтірілген. Матрицаның негізгі түйіні-11 диодты оптопаралардың желісі, олардың нәтижелері журналдардың кодтық комбинациясына байланысты. 1 немесе журнал. 0 жалпы жүктеме резисторына және лог код комбинациясына сәйкес қосылған. 1 оптопара фотодетекторының фотодиодты жұмыс режиміне және лог код комбинациясына сәйкес келеді. 0-оптопара фотодетекторының фотогальваникалық режимі. Барлық сызықтардағы оптопаралардың саны бірдей болғандықтан және таңдалған және таңдалмаған сызықтар үшін фотодиодты және фотогальваникалық режимдерде жұмыс істейтін оптопаралардың ФД саны бірдей болғандықтан (6; 3 және 5; 8), OMK матрицасының сызғышының статикалық параметрлерін зерттеу ұсынылады. OMK-нің табиғи үлгілері коммутатордың барлық мүмкін кодтық комбинацияларын жасауға мүмкіндік береді, сонымен қатар бір немесе екеуінің жұмыс қабілеттілігі бұзылған кезде ақауларға сәйкес келетін кодтарды біріктіруге мүмкіндік береді.
Сурет 1. Кіріс және шығыс өлшеу тізбектері бар оптоэлектронды көп арналы коммутатордың матрицалық сызғышының схемасы
Матрица сызғышының кіріс тізбектерінің жұмыс режимі ығысу резисторының кедергісін (RCM) таңдау арқылы орнатылады, осылайша резисторларға (RH) жүктелген әрбір оптопараның шығыс тогының мәні бірдей және ±0,5 % — дан аспайтындай болады. Элементтердің ақаулығы болмаған кезде көпарналы коммутаторлар макетінде шығарылған декодтау матрицасының жолдарында шығыс кернеулерін өлшеу нәтижелері келтірілген. Өлшеу нәтижелері бойынша кернеу деңгейлері декодтау матрицасының таңдалмаған жолдарының шығуы таңдалғанға қарағанда бір жарым есе төмен.
Кесте 1
Матрицаға түсетін сигналдардың кодтық комбинациясы
Қорытынды. Бұл жұмыста жүргізілген сынақтар есептеу жүйелері мен желілерінің құрылғыларында қолданылатын электр режимдерінде оптоэлектронды көпарналы коммутатордың заттай үлгілерінің тұрақты жұмысын растады. Қарастырылған коммутатордың айқын кемшілігі-бұл коммутациялық матрицасы диод оптопараларының жиынтығын пайдаланады. Бұл механикалық және климаттық факторлардың әсерін сынау кезінде эксперименттік үлгілерінің істен шығуының сөзсіз себебі болады. Сонымен қатар, осыған байланысты оптоэлектронды көпарналы коммутатордың өлшемдері негізсіз үлкен. Сондықтан жаппай шығару үшін ОЭМК монолитті матрицасын (яғни оптоэлектрондық БИС) құру қажет.
Әдебиет:
- Дмитриев В. П. и Асланиди М. Ю. Optoelectronic sensors for operating «Information Systems,-Information and Telecommunication technologies in Intelligence systems» — Maiorka 2007.C.154–163.
- Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность. — М: Высшая школа, 1986. — 464 с.
- Дмитриев В. П. [и др.] Коммутационные устройства радиоэлектронной аппаратуры. — M: Радио и связь, 1985. — 264 с.
- Горохов В. А., Дмитриев В. П., Носов Ю. Р. Принципы конструирования оптоэлектронных коммутаторов аналоговых сигналов // Микроэлектроника. — М: Сов. Радио, 1975, вып.8. С.47–62.
- Парфианович И. А., Мухачев Ю. С., Татаринов B. C., Электронные свойства широкозонных полупроводников: Учебн. пос. Иркутский гос. ун-т, 1979–95. С. ГОСТ 12.0.003–86 Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.
- Сибаров Ю. Г. [и др.] Охрана труда на ВЦ. M., 1989.
