DE1269174B

DE1269174B - Electro-optical switch with two stable states

Info

Publication number: DE1269174B
Application number: DE19631269174
Authority: DE
Inventors: Werner Schmidt; Dipl-Ing Hans-Norber Toussaint
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-04-03
Filing date: 1963-04-03
Publication date: 1968-05-30

Description

Elektrooptischer Schalter mit zwei stabilen Zuständen Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Schaltung mit zwei stabilen Zuständen, bestehend aus der elektrischen Reihenschaltung einer Strahlungsquelle und eines strahlungsempfindlichen Elements, bei der als Strahlungsquelle eine Emissionsdiode dient und jeweils zwischen Emissionsdiode und strahlungsempfindlichem Element Mittel vorgesehen sind, die zwischen beiden wenigstens nahezu optische Anpassung herstellen.Electro-optical switch with two stable states. The invention relates to an electro-optical circuit with two stable states, consisting of the electrical series connection of a radiation source and a radiation-sensitive one Element in which an emission diode is used as the radiation source and between Emission diode and radiation-sensitive element means are provided between both produce at least almost optical adaptation.

Es sind Schaltungen in der Ausführung bekannt, daß, wie in der F i g.1 angedeutet, als Strahlungsquelle eine Elektrolumineszenzplatte 1 vorgesehen ist, deren Strahlung auf das in seinem Widerstandswert abhängige Element 2 gerichtet ist. Die Speisung der elektrischen Reihenschaltung erfolgt über eine Wechselspannungsquelle 3, weil eine solche zum Betrieb elektrolumineszenter Strahlungsquellen erforderlich ist. Stellt man sich die gesamte Einrichtung als im dunklen oder strahlungsarmen Raum befindlich vor, so sind beim Anlegen der Wechselspannung zunächst die Strahlungsquellen dunkel und das Ladungsträger in Abhängigkeit von der auftretenden Strahlung abgebende Element hochohinig. Dies ist der eine stabile Zustand der Schaltung. Bringt man nun in dieses System eine Strahlung ein, beispielsweise indem man eine äußere Strahlung dem erwähnten Element zuführt, so werden in diesem Ladungsträger ausgelöst, die eine Erniedrigung seines Widerstandes zur Folge haben. Damit verringert sich der Spannungsabfall an dem Element und vergrößert sich an der eigentlichen Strahlungsquelle, die bei richtiger Dimensionierung der Schaltung dann Strahlung abgibt und das Element bestrahlt. Der optische Rückkopplungsweg der Schaltung ist damit wirksam, die Strahlungsquelle strahlt nun ständig, und das strahlungsempfindliche Element bleibt entsprechend niederohmig. Dies ist der zweite stabile Zustand. Dieser Zustand besteht also auch nach Wegfall der äußeren Strahlung weiter. Will man die Schaltung in ihren ersten stabilen Zustand zurückführen, so ist es erforderlich, entweder den optischen Rückkopplungsweg zu unterbrechen oder eine elektrische Abschaltung vorzunehmen.Circuits are known in the embodiment that, as shown in FIG indicated in g.1, an electroluminescent plate 1 is provided as the radiation source whose radiation is directed to the element 2, which is dependent on its resistance value is. The electrical series connection is supplied via an alternating voltage source 3, because such a device is required for the operation of electroluminescent radiation sources is. Imagine the entire facility as being in the dark or with little radiation When the alternating voltage is applied, the radiation sources are the first to be found in the room dark and the charge carrier emits depending on the radiation occurring Element high-purity. This is the one stable state of the circuit. One brings Now a radiation into this system, for example by adding an external radiation supplies the mentioned element, the charge carriers are triggered in this result in a lowering of his resistance. This reduces the Voltage drop on the element and increases at the actual radiation source, which, if the circuit is correctly dimensioned, then emits radiation and the element irradiated. The optical feedback path of the circuit is thus effective, the radiation source now shines constantly, and the radiation-sensitive element remains accordingly low resistance. This is the second stable state. So this condition also exists continue after the external radiation has ceased. Want to get the circuit in its first return stable state, it is necessary to use either the optical feedback path to interrupt or to make an electrical shutdown.

Als strahlungsempfindliches Element werden meist Photowiderstände verwendet. Diese geben, insgesamt betrachtet, in der Regel mehr Ladungsträger ab, als sie Photonen von einer Strahlungsquelle her aufnehmen. Damit die optische Rückkopplung in dem System tatsächlich zum Kippen von dem einen stabilen in den anderen stabilen Zustand ausreicht, ist es erforderlich, daß von der Strahlungsquelle wenigstens so viel Photonen abgegeben werden, wie Ladungsträger durch diese Photonen vom Photowiderstand abgegeben werden. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Strahlungssender mit einem Quantenwirkungsgrad von 1000/0 arbeitet, d. h. von jedem den Strahlungssender durchlaufenden Ladungsträger wird ein Photon erzeugt. Ist der Quantenwirkungsgrad kleiner als 100"/" so muß der Photowiderstand bei gleicher Anzahl von absorbierten Photonen entsprechend mehr elektrische Ladungsträger abgeben. Der Faktor, um den die Anzahl der abgegebenen Ladungsträger größer als die der aufgenommenen Photonen ist, ist jedoch proportional der Lebensdauer der Ladungsträger im Photowiderstand. Man muß also in einem derartigen System, um in der Rückkopplungsschleife mit möglichst hoher Verstärkung zu arbeiten, danach trachten, die Strahlung möglichst vollständig dem strahlungsempfindlichen Element zuzuführen.Photoresistors are usually used as the radiation-sensitive element used. Overall, these generally emit more load carriers, when they pick up photons from a radiation source. So the optical feedback in the system actually for tilting from one stable to the other stable Sufficient condition, it is necessary that from the radiation source at least as many photons are emitted as charge carriers are emitted by these photons from the photoresistor be delivered. It is assumed that the radiation transmitter is equipped with a Quantum efficiency of 1000/0 works, i.e. H. from each passing through the emitter Charge carriers, a photon is generated. If the quantum efficiency is less than 100 "/" so the photoresistance must correspond with the same number of absorbed photons give off more electrical charge carriers. The factor by which the number of submitted Charge carrier is larger than that of the recorded photons, but is proportional the lifetime of the charge carriers in the photoresistor. So you have to be in one of these System to work in the feedback loop with the highest possible gain, strive to reduce the radiation as completely as possible to the radiation-sensitive Feed element.

Diesen Schaltungen haftet ein Nachteil vor allem in der Richtung an, daß sie wegen des für die optische Rückkopplung erforderlichen hohen Verstärkungsfaktors im strahlungsempfindlichen Element eine relativ hohe Trägheit haben. So ist es in der Regel mit elektrolumineszenten Platten als Strahlungsquelle und hierzu geeigneten Photowiderständen als strahlungsempfindliches Element schwierig, Schaltfrequenzen zum Kippen von dem einen stabilen Zustand in den anderen stabilen Zustand zu erreichen, die über 10 Hz liegen.These circuits have a disadvantage especially in the direction that they because of the high gain factor required for the optical feedback have a relatively high inertia in the radiation-sensitive element. That's how it is in usually with electroluminescent plates as the radiation source and suitable for this Photoresistors as a radiation-sensitive element difficult to switch frequencies to tilt from one stable state to the other to achieve stable state, which are above 10 Hz.

Bekannt ist weiter ehre Schaltung, bei der an Stelle der Elektrolumineszenzplatte 1 eine Emissionsdiode aus einem Galliumphosphidkristall, als strahlungsempfindliches Element 2 ein Photowiderstand aus Cadmiumsulfid und an Stelle der Wechselspannungsquelle 3 eine Gleichspannungsquelle vorgesehen sind. Die Polarität der Gleichspannungsquelle ist so gewählt, daß die Emissionsdiode in Flußrichtung vorgespannt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung mit zwei stabilen Zuständen der einleitend geschilderten Art vor allem in der Beziehung zu verbessern, daß der Quantenwirkungsgrad nennenswert erhöht werden kann.Another well-known circuit is the one in which the electroluminescent panel is used 1 an emission diode made of a gallium phosphide crystal, as radiation-sensitive Element 2 a photoresistor made of cadmium sulfide and instead of the AC voltage source 3 a DC voltage source are provided. The polarity of the DC voltage source is chosen so that the emission diode is forward biased. Of the The invention is based on the object of a circuit with two stable states of the kind described in the introduction, especially in relation to improving that of the Quantum efficiency can be increased significantly.

Bei einer elektrooptischen Schaltung mit zwei stabilen Zuständen, bestehend aus der elektrischen Reihenschaltung einer Strahlungsquelle und eines strahlungsempfindlichen Elements, bei der als Strahlungsquelle eine Emissionsdiode dient und jeweils zwischen Emissionsdiode und strahlungsempfindlichem Element Mittel vorgesehen sind, die zwischen beiden wenigstens nahezu optische Anpassung herstellen, wird -diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Emissionsdioden, denen wenigstens ein strahlungsempfindliches Element gemeinsam zugeordnet ist, gleichsinnig in Reihe geschaltet sind.In the case of an electro-optical circuit with two stable states, consisting of the electrical series connection of a radiation source and a Radiation-sensitive element in which an emission diode is used as the radiation source serves and in each case between emission diode and radiation-sensitive element means are provided that produce at least almost optical adaptation between the two, -this object is achieved according to the invention in that several emission diodes, to which at least one radiation-sensitive element is jointly assigned, in the same direction are connected in series.

Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß die bisher verwendeten Strahlungsquellen, wie elektrolumineszente Platten u. dgL, zwar relativ viel Photonen abgeben können, daß jedoch, frequenzmäßig betrachtet, die Energie über ein weites Spektrum verteilt ist. Es bereitet außerordentliche Schwierigkeiten und ist in der Praxis kaum durchführbar, wenn elektromagnetische Energie über ein so breites Frequenzspektrum verteilt ist, diese möglichst vollkommen einem Photowiderstand bzw. strahlungsempfindlichen Element zuzuführen. Man ist deshalb gezwungen, Photowiderstände zu verwenden, bei denen die Anzahl der abgegebenen Ladungsträger pro Photon möglichst hoch ist. Derartige Photowiderstände zeichnen sich ihrerseits aber dadurch aus, daß die Lebensdauer der in ihnen erzeugten Ladungsträger relativ groß ist, was sich seinerseits in einer Trägheit des strahlungsempfindlichen Elements bemerkbar macht. Es ist dieses um so träger, je mehr Ladungsträger pro Photon zur Verfügung stehen. Verwendet man hingegen Emissionsdioden als Strahlungsquellen, so zeigt sich, daß diese eine relativ monochromatische Strahlung abgeben, die beispielsweise im Bereich des Infrarots liegt und für die es relativ leicht ist, durch optische Anpassungsmittel, beispielsweise durch die an sich bekannten 2/4-Schichten u. dgl., eine möglichst vollkommene Absorption im strahlungsempfindlichen Element zu erzielen. Damit können aber Photowiderstände bzw. strahlungsempfindliche Elemente verwendet werden, die pro Photon weniger Ladungsträger abgeben, was sich in einer Verringerung der strahlungsempfindlichen Elemente ausnutzen läßt. Emissionsdioden geben Strahlung- nur bei einer bestimmten Richtung des sie durchfließenden Stromes ab, nämlich bei der, die mit der Durchlaßrichtung der Diode übereinstimmt. Man erhält somit den weiteren Vorteil, daß man durch Verwendung der Emissionsdiode zur Gleichstromspeisung der Schaltung übergehen kann und in diesen Gleichstromkreis leicht weitere Schaltmittel (z. B. Transistoren) einbringen kann, die der elektrischen Unterbrechung der an sich geschlossenen, Rückkopplungsschleife des Systems dienen.The invention is based on the consideration that the hitherto radiation sources used, such as electroluminescent plates and the like, are relatively can emit a lot of photons, but that, viewed in terms of frequency, the energy is spread over a wide spectrum. It is extremely difficult and is hardly feasible in practice when using electromagnetic energy as wide a frequency spectrum is distributed, this as completely as possible to a photoresistor or to supply radiation-sensitive element. One is therefore forced to use photoresistors to use, in which the number of released charge carriers per photon as possible is high. Such photoresistors are, for their part, characterized by that the life of the charge carriers generated in them is relatively long, which is makes itself noticeable in an inertia of the radiation-sensitive element. This is all the more sluggish, the more charge carriers are available per photon. If, on the other hand, emission diodes are used as radiation sources, it can be seen that these emit a relatively monochromatic radiation, for example in the area of the infrared and for whom it is relatively easy to use optical adjustment means, for example by the 2/4 layers and the like, which are known per se, one if possible to achieve perfect absorption in the radiation-sensitive element. So can but photoresistors or radiation-sensitive elements are used that release fewer charge carriers per photon, which results in a reduction in the radiation-sensitive Elements can be exploited. Emission diodes emit radiation - only with a certain one Direction of the current flowing through it, namely the one with the forward direction the diode matches. There is thus the further advantage that by using the emission diode can pass over to the direct current supply of the circuit and in this DC circuit can easily introduce additional switching means (e.g. transistors), that of the electrical interruption of the closed feedback loop of the system.

Bei einer anderen Lösung der Aufgabe ist es vorteilhaft, wenn ein hochohmiger Widerstand und eine Hilfsstromquelle vorgesehen sind und wenn der Emissionsdiode über den hochohmigen Widerstand aus der Hilfsstromquelle eine Einströmung zugeführt ist, deren Wert gerade so hoch gewählt ist, daß die Emissionsdiode noch nicht oder zunächst noch nicht wesentlich emittiert. Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.In another solution to the problem, it is advantageous if a high resistance and an auxiliary power source are provided and if the emission diode An inflow is supplied via the high-resistance resistor from the auxiliary power source is, the value of which is selected just so high that the emission diode is not yet or not yet significantly emitted at first. The invention is illustrated below of exemplary embodiments explained in more detail.

Die F i g. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei stabilen Zuständen, bestehend aus der elektrischen Reihenschaltung einer Emissionsdiode, insbesondere einer Gallium-Arsenid-Diode 4, und einem Photowiderstand 5. Die Reihenschaltung ist mit einer Gleichspannungsquelle 6 verbunden, deren Polarität so gewählt ist, daß die Emissionsdiode in Flußrichtung vorgespannt ist. Weiterhin ist die Emissionsdiode 4 so zum Photowiderstand 5 angeordnet, daß sie im strahlenden Zustand möglichst vollständig ihre Strahlung an den Photowiderstand 5 abgibt. Zu diesem Zweck wird die Emissionsdiode vorteilhaft unmittelbar auf den Photowiderstand aufgesetzt, insbesondere unter Zwischenschaltung von Viertelwellenlängentransformatoren für die Wellenlänge der Strahlung, die bei Gallium-Arsenid-Dioden derzeit üblicher Fertigung bei etwa 8400 A liegt.. Für die Spannungsquelle 6 reicht es aus, wenn sie eine Spannung abgibt, die dem Energieniveauabstand der Emissionsdiode im strahlenden Zustand zuzüglich des Spannungsabfalls am Photowiderstand 5 entspricht. Die optische Kopplung zwischen der Emissionsdiode 4 und dem Photowiderstand 5 ist in der F i g. 2, ähnlich wie in der F i g. 1, durch eine kleine Wellenlinie angedeutet. Der Photowiderstand kann von üblichem Aufbau sein, beispielsweise aus Kadmiumsulfid- oder Bleisulfidverbindungen bestehen. Erfindungsgemäß können zur Emissionsdiode 4 weitere Emissionsdioden in Reihe geschaltet werden.The F i g. 2 shows a circuit according to the invention with two stable states, consisting of the electrical series connection of an emission diode, in particular a gallium arsenide diode 4, and a photoresistor 5. The series connection is connected to a DC voltage source 6, the polarity of which is selected so that the emission diode is biased in the flow direction. Furthermore, the emission diode 4 is arranged in relation to the photoresistor 5 in such a way that it emits its radiation as completely as possible to the photoresistor 5 in the radiating state. For this purpose, the emission diode is advantageously placed directly on the photoresistor, in particular with the interposition of quarter-wavelength transformers for the wavelength of the radiation, which is currently around 8400 A for gallium arsenide diodes. For the voltage source 6, it is sufficient if it emits a voltage which corresponds to the energy level distance of the emission diode in the radiating state plus the voltage drop across the photoresistor 5. The optical coupling between the emission diode 4 and the photoresistor 5 is shown in FIG. 2, similar to FIG. 1, indicated by a small wavy line. The photoresistor can be of conventional construction, for example made of cadmium sulfide or lead sulfide compounds. According to the invention, further emission diodes can be connected in series with the emission diode 4.

Vorzugsweise soll der Photowiderstand hinsichtlich des Maximums seiner spektralen Empfindlichkeit mit dem Spektralbereich der Strahlung der Emissionsdiode wenigstens nahezu übereinstimmen. Weiterhin soll die Lebensdauer der Ladungsträger so gering wie möglich sein. Die Grenze hierfür liegt dort, wo pro Zeiteinheit durch die von der Emissionsdiode her im Photowiderstand auftreffenden Photonen so viel Ladungsträger im Photowiderstand freigesetzt werden, daß diese Ladungsträger in der Emissionsdiode wenigstens die gleiche Anzahl von Photonen, wie hierfür auf den Photowiderstand auftreffen müssen, auslösten. Da der Quantenwirkungsgrad nicht nur der Lebensdauer der Ladungsträger, sondern auch der anliegenden Spannung proportional ist und für die Emissionsdiode bereits geringe anliegende Spannungen zur Einleitung der Emission ausreichend sind, kann, bezogen auf gleichen Quantenwirkungsgrad des Photowiderstandes, die Verringerung der Lebensdauer der Ladungsträger durch eine leicht erreichbare Spannungserhöhung ausgeglichen werden, wobei als Vorteil die geringere Trägheit der Gesamtschaltung verbleibt. Bei Verwendung-elektrolumineszenter Strahlungsquellen wäre -dies nicht ohne weiteres möglich, weil diese xntt Betriebsspannungen von 100 Volt arbeiten -und dort eine Verdopplung oder Vervielfachung' der Betriebsspannung nennenswert höheren zusätzlichen Aufwand bringen würde.The photoresistor should preferably be at its maximum spectral sensitivity with the spectral range of the radiation from the emission diode at least almost agree. Furthermore, the service life of the charge carriers should be as low as possible. The limit for this is where per unit of time by there are so many photons hitting the emission diode in the photoresistor Charge carriers in the photoresistor are released that these charge carriers in the emission diode has at least the same number of photons as for this on the Photoresistor must hit, triggered. Because the quantum efficiency not only the lifetime of the charge carriers, but also proportional to the applied voltage is and for the emission diode already low voltages present for initiation the emission are sufficient, based on the same quantum efficiency of the Photoresistor, reducing the life of the charge carriers by a Easily achievable increase in voltage can be compensated, with the advantage of the less inertia of the overall circuit remains. When using-electroluminescent Radiation sources - this would not be possible without further ado, because these xntt operating voltages of 100 volts work - and there a doubling or multiplication 'of the operating voltage would entail significantly higher additional effort.

Wenn beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 zur Erhöhung der von der Batterie 6 gelieferten Anregungsspannung übergegangen werden soll, dann kann der Fall eintreten, daß die Emissionsdiode 4 im EIN-Zustand der Kippstufe zu viel Strom aufnimmt, was dann eine Zerstörung der Diode 4 zur Folge haben kann. Für diesen Fall empfiehlt sich eine Strombegrenzungsschaltung beispielsweise derart, daß, wie in der F i g. 2 gestrichelt angedeutet, der Diode 4 ein Vorwiderstand 4' vorgeschaltet und ein spannungsbegrenzendes Element, beispielsweise eine Silizium-Zenerdiode 4", parallel geschaltet wird.If in the embodiment of FIG. 2 to increase the Battery 6 supplied excitation voltage is to be passed over, then the Occurrence that the emission diode 4 in the ON state of the trigger stage too much current absorbs, which can then destroy the diode 4 result. For this Case, a current limiting circuit is recommended, for example, such that how in FIG. 2 indicated by dashed lines, the diode 4 is a series resistor 4 'upstream and a voltage-limiting element, for example a silicon Zener diode 4 ", connected in parallel.

Eine wesentliche Verminderung der Trägheit läßt sich weiterhin dadurch erreichen, daß an Stelle des Photowiderstandes in Weiterbildung der Erfindung eine Photodiode vorgesehen wird. Dieser Fall ist in Form eines Ausführungsbeispiels in der F i g. 3 gezeigt. Die Emissionsdiode ist mit dem Bezugszeichen 7, die Photodiode mit dem Bezugszeichen 8 und die Betriebsspannungsquelle, die eine Gleichspannungsquelle ist, mit 9 bezeichnet. Die Emissionsdiode 7 ist durch die Betriebsspannung 9 in Flußrichtung vorgespannt und die Photodiode 8 in Sperrichtung. Auch hier ist dafür Sorge zu tragen, daß die Strahlung der Emissionsdiode 7 möglichst vollständig auf den strahlungsempfindlichen Teil der Photodiode 8 geführt wird. Neben den bereits erwähnten Anpassungsmitteln kommt hierfür ebenfalls die räumlich-geometrische Zusammenfügung der sensiblen Teile beider Dioden in Betracht. Diese Schaltung arbeitet allerdings mit den derzeit bekannten Emissionsdioden und Photodioden nur dann, wenn der Quantenwirkungsgrad von 100 % durch Tiefstkühlung erreicht wird.A substantial reduction in inertia can also be achieved by providing a photodiode instead of the photoresistor in a further development of the invention. This case is shown in the form of an exemplary embodiment in FIG. 3 shown. The emission diode is denoted by the reference number 7, the photodiode is denoted by the reference number 8 and the operating voltage source, which is a direct voltage source, is denoted by 9. The emission diode 7 is biased by the operating voltage 9 in the forward direction and the photodiode 8 in the reverse direction. Here, too, care must be taken that the radiation from the emission diode 7 is guided as completely as possible onto the radiation-sensitive part of the photodiode 8. In addition to the adjustment means already mentioned, the spatial-geometric assembly of the sensitive parts of both diodes can also be considered. However, this circuit only works with the currently known emission diodes and photodiodes if the quantum efficiency of 100% is achieved through deep freezing.

Durch einen in der F i g. 3 gestrichelt angedeuteten Schaltungskniff läßt sich dieser Schwierigkeit jedoch abhelfen, indem nämlich der Emissionsdiode 7 über einen hochohmigen Widerstand 7' von einer Hilfsstromquelle 9' aus eine Einströmung zugeführt wird, deren Wert gerade so hoch gewählt ist, daß die Emissionsdiode 7 noch nicht oder zumindest noch nicht wesentlich emittiert. Wird bei derartiger Bemessung des Vorstromes der Photodiode 8 beispielsweise von außen her eine Strahlung zugeführt, die in dem Stromkreis 9, 8, 7 einen zusätzlichen Strom derart hohen Wertes fließen läßt, daß die Emissionsdiode 7 wesentlich zu emittieren beginnt, so führt dann die Emissionsdiode 7 bei entsprechender Bemessung ihres Vorstromes der Photodiode so viel Strahlung zu, daß sich die Gesamtschaltung im eingeschalteten Zustand, d. h. bei strahlender Emissionsdiode und leitender Photodiode, hält. Auch hier kann durch Unterbrechung des optischen Teiles des Rückkopplungsweges und/oder des elektrischen Teiles des Rückkopplungsweges und/oder durch Abschaltung der konstanten Einströmung über den Vorstromkreis in die stabile Ausgangslage rückgekippt werden. Erfindungsgemäß können zur Emissionsdiode 7, wie auch in den F i g. 5, 6 und 8, weitere Emissionsdioden in Reihe geschaltet werden.By one shown in FIG. 3 circuit nibble indicated by dashed lines However, this difficulty can be remedied by namely the emission diode 7 an inflow from an auxiliary power source 9 'via a high-resistance resistor 7' is supplied, the value of which is selected just so high that the emission diode 7 not yet or at least not yet substantially issued. Is used with such a design of the bias current of the photodiode 8, for example, a radiation is supplied from the outside, which flow in the circuit 9, 8, 7 an additional current of such a high value lets that the emission diode 7 begins to emit substantially, then the leads Emission diode 7 with appropriate dimensioning of its bias current of the photodiode so a lot of radiation to the fact that the entire circuit in the switched-on state, i. H. with a radiating emission diode and a conductive photodiode, holds. Here, too, can go through Interruption of the optical part of the feedback path and / or the electrical part Part of the feedback path and / or by switching off the constant inflow be tilted back into the stable starting position via the pre-circuit. According to the invention can to the emission diode 7, as also in the F i g. 5, 6 and 8, further emission diodes can be connected in series.

An Stelle des Vorstromes kann die bistabile Schaltung mit Photodiode und Emissionsdiode auch dadurch selbst bei normalen Raumtemperaturen zum Arbeiten gebracht werden, daß mehrere Emissionsdioden, so wie in der F i g. 4 mit den Emissionsdioden 10,11 angedeutet, elektrisch in Reihe geschaltet werden und die Strahlung der einzelnen Emissionsdioden mittels an sich bekannter optischer Strahlführungssysteme, z. B. Linsen, optischen Wellenleitern usw., der einen Photodiode zugeführt wird. Es wird hierbei von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß man beispielsweise mittels eines Ladungsträgers, den man nacheinander die einzelnen Emissionsdioden durchlaufen läßt, in jeder Emissionsdiode eine entsprechende Strahlung und Abgabe von Photonen auslöst. Selbst wenn also der Quantenwirkungsgrad in den Emissionsdioden und in der Photodiode jeweils nennenswert kleiner als 100 °/o ist, läßt sich durch eine entsprechende Anzahl von in Reihe geschalteten Emissionsdioden ein so hoher Photonenstrom auf die Photodioden richten, daß die in dieser ausgelösten Ladungsträger ausreichend sind, um einen für das Einhalten des stabilen Zustandes erforderlichen hohen Photonenstrom der Emissionsdioden insgesamt auszulösen. Die in der F i g. 4 gezeigte Schaltung kann auch in der Weise in Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft verwirklicht werden, daß, wie in der F i g. 4 gestrichelt angedeutet, den mehreren in Reihe geschalteten Emissionsdioden mehrere parallelgeschaltete Photodioden zugeordnet sind. Vor allem ist in dieser Hinsicht daran gedacht, je eine Emissionsdiode mit einer Photodiode räumlichgeometrisch so zusammenzustellen, daß wenigstens nahezu der Photonenstrom der einzelnen Emissionsdiode der zugehörigen Photodiode zugeführt wird. Da jeder der in den parallelgeschalteten Photodioden ausgelösten Ladungsträger eine entsprechend der in Serie geschalteten Emissionsdioden höhere Photonenzahl auslöst, ist es somit möglich, auch bei Fortlassung der vorstehend erwähnten optischen Hilfssysteme die Anzahl von Photonen im optischen Teil des Rückkopplungsweges in den Emissionsdioden zu erzeugen, die für das Verharren der Gesamtschaltung in dem zweiten stabilen Zustand erforderlich ist, bei dem die Emissionsdioden strahlen. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich gewisse optische Hilfssysteme auch bei mehreren parallelen Photodioden und mehreren in Serie liegenden Emissionsdioden anzuwenden.Instead of the bias current, the bistable circuit with a photodiode and emission diode to work even at normal room temperatures be brought that several emission diodes, as shown in FIG. 4 with the emission diodes 10,11 indicated, are electrically connected in series and the radiation of the individual Emission diodes by means of optical beam guidance systems known per se, e.g. B. Lenses, optical waveguides, etc. fed to a photodiode. It will made use of the fact that, for example, by means of a Charge carrier that is allowed to pass through the individual emission diodes one after the other, triggers a corresponding radiation and emission of photons in each emission diode. Even if the quantum efficiency is in the emission diodes and in the photodiode is in each case significantly smaller than 100%, can be determined by a corresponding Number of series-connected emission diodes on such a high photon flux the photodiodes direct that the charge carriers triggered in this are sufficient are to a high photon flux required for maintaining the stable state of the emission diodes as a whole. The in the F i g. 4 circuit shown can also be advantageously implemented in a further development of the invention in such a way that that, as shown in FIG. 4 indicated by dashed lines, the several connected in series Several parallel-connected photodiodes are assigned to emission diodes. Above all In this regard, one emitting diode with one photodiode each is thought of spatially and geometrically put together so that at least almost the photon flow the individual emission diode is fed to the associated photodiode. Because everyone of the charge carriers released in the parallel-connected photodiodes one correspondingly the series-connected emission diodes triggers a higher number of photons, so it is possible, even if the aforementioned optical auxiliary systems are omitted Number of photons in the optical part of the feedback path in the emission diodes to generate the remaining for the overall circuit in the second stable state is required, in which the emission diodes radiate. However, it is also possible in addition, certain optical auxiliary systems also with several parallel photodiodes and to use several series emitting diodes.

Vorteilhaft ist bei den in den F i g. 3, 4 gezeigten Anordnungen, daß zum Betrieb nur eine kleine Gleichspannung erforderlich ist. Es lassen sich daher zur Ansteuerung dieser elektrooptischen Kippschaltungen im Prinzip alle die Schaltungen verwenden, die zur Aussteuerung von Transistor-Kippstufen bekannt sind. Beispielsweise läßt sich die in der F i g. 5 gezeigte Anordnung, die im wesentlichen der Anordnung von der F i g. 3 entspricht, wahlweise durch einen positiven Impuls über einen der drei Eingänge I, 1I, III in den EIN-Zustand schalten. Die (normalen) Dioden 17, 18, 19 dienen der Entkopplung der Eingänge I, 1I, III voneinander.It is advantageous in the case of the FIGS. 3, 4 arrangements shown, that only a small DC voltage is required for operation. It can be therefore to control these electro-optical trigger circuits in principle all of the Use circuits that are known for controlling transistor multivibrators. For example, the one shown in FIG. 5 arrangement shown, which essentially the arrangement of FIG. 3, optionally by a positive pulse Switch to the ON state via one of the three inputs I, 1I, III. The normal ones) Diodes 17, 18, 19 are used to decouple the inputs I, 1I, III from one another.

Es ist weiterhin leicht möglich, die in den F i g. 3 bis 5 gezeigten Anordnungen optisch anzusteuern. Dies könnte prinzipiell dadurch geschehen, daß der vorhandenen Photodiode eine weitere Photodiode oder eine Kombination von weiteren Photodioden parallel geschaltet wird, wie dies beispielsweise in der F i g. 6 angedeutet ist. Parallel zur Photodiode 8 ist die Serienschaltung aus den Photodioden 20 und 21 geschaltet. Die aus der Emissionsdiode 7 und der Photodiode 8 bestehende bistabile Kippstufe kippt in den EIN-Zustand, wenn durch zwei von außen kommende optische Signale 22 und 23 die Photodioden 20 und 21 gleichzeitig leitend werden.It is also easily possible to follow the steps shown in FIGS. 3 to 5 shown Control arrangements optically. In principle, this could be done by the existing photodiode an additional photodiode or a combination of others Photodiodes is connected in parallel, as shown, for example, in FIG. 6 indicated is. In parallel with the photodiode 8 is the series circuit comprising the photodiodes 20 and 21 switched. The bistable consisting of the emission diode 7 and the photodiode 8 Flip-flop switches to the ON state when activated by two optical signals coming from outside Signals 22 and 23 the photodiodes 20 and 21 are simultaneously conductive.

Eine andere Möglichkeit der optischen Ansteuerung der Kippstufe besteht darin, in dem optischen Zweig der Kippschaltung einen halbdurchlässigen Spiegel zu verwenden, über den gleichzeitig ein optisches Triggersignal eingekoppelt wird. Die durch den halbdurchlässigen Spiegel bedingten Verluste im optischen Zweig der Kippschaltung wirken sich so aus, als ob der Wirkungsgrad der Emissionsdiode oder der Photodiode kleiner geworden wäre. Es empfiehlt sich daher, die vorstehend erläuterten Mittel zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades anzuwenden. Günstig in diesem Sinne sind also Anordnungen gemäß der F i g. 4. Ein Beispiel für diese Art der Ankopplung ist schematisch in der F i g. 7 gezeigt. In dem optischen Zweig der Kippstufe zwischen Emissionsdiode 14 und Photodiode 15 befindet sich ein halbdurchlässiger Spiegel 24. Ein optisches Triggersignal 25 kann über diesen Spiegel eingekoppelt werden. Es sind auf diese Weise auch Kippstufen mit optischer und elektrischer Ansteuerungsmöglichkeit zu verwirklichen. Erfindungsgemäß können zur Emissionsdiode 14 weitere Emissionsdioden in Reihe geschaltet werden.Another possibility for the optical control of the flip-flop is to use a semitransparent mirror in the optical branch of the flip-flop, via which an optical trigger signal is coupled in at the same time. The losses in the optical branch of the flip-flop circuit caused by the semitransparent mirror act as if the efficiency of the emission diode or the photodiode had decreased. It is therefore advisable to use the means explained above to increase the overall efficiency. Arrangements according to FIG. 1 are therefore favorable in this sense. 4. An example of this type of coupling is shown schematically in FIG. 7 shown. A semitransparent mirror 24 is located in the optical branch of the trigger stage between emission diode 14 and photodiode 15. An optical trigger signal 25 can be coupled in via this mirror. In this way, flip-flops with optical and electrical control options can also be implemented. According to the invention, further emission diodes can be connected in series with the emission diode 14.

Um die Kippstufe in den AUS-Zustand zu schalten, ist es ferner möglich, in den optischen Zweig der Kippstufe »optische Schalter« einzufügen, die bei Anlegung eines geeigneten elektrischen Signals den Lichtfluß von der Emissionsdiode zum photoempfindlichen Empfänger unterbrechen bzw. zumindest hinreichend stark dämpfen. Hierzu werden vorzugsweise Materialien verwendet, die einen ausgeprägten Kerr- oder Pockels-Effekt aufweisen.To switch the flip-flop to the OFF state, it is also possible to insert »optical switches« into the optical branch of the toggle stage, which when creating a suitable electrical signal, the light flux from the emitting diode to the photosensitive Interrupt the receiver or at least dampen it sufficiently. This is preferably done Materials used that have a pronounced Kerr or Pockels effect.

Der jeweilige Betriebszustand der elektrooptischen Kippschaltung läßt sich leicht dadurch anzeigen, daß in Reihe zur Photodiode (bei den Anordnungen gemäß den F i g. 3 und 4) ein für Gleichstrom durchlässiger Verbraucher eingeschaltet wird, dessen Spannungsabfall als Kriterium für den Betriebszustand dient. Da Photodioden einen Sättigungsstrom liefern, ist die Funktion der Kippschaltung durch das Einfügen eines Verbrauchers nicht gestört. Je nach Spannungsabfall am Verbraucher ist es notwendig, die Batteriespannung entsprechend zu erhöhen. Eine obere Grenze für die Batteriespannung ist durch die Durchbruchspannung der Photodiode gegeben. An Stelle eines ohmschen Widerstandes können natürlich auch eine oder mehrere Emissionsdioden eingeschaltet werden, so daß auch eine optische Auskopplung des Betriebszustandes möglich ist.The respective operating state of the electro-optical flip-flop can easily indicated by the fact that in series with the photodiode (with the arrangements according to the F i g. 3 and 4) a consumer permeable to direct current is switched on whose voltage drop serves as a criterion for the operating state. Because photodiodes deliver a saturation current is the function of the flip-flop by inserting of a consumer not disturbed. Depending on the voltage drop on the consumer, it is necessary to increase the battery voltage accordingly. An upper bound for that Battery voltage is given by the breakdown voltage of the photodiode. Instead of an ohmic resistor can of course also have one or more emission diodes be switched on, so that an optical decoupling of the operating state is possible.

Ein anderer Weg, den Betriebszustand der Kippstufe anzuzeigen, besteht darin, Änderungen des dynamischen Widerstandes der Emissionsdiode auszunutzen, Im AUS-Zustand der Kippstufe fließt über die Emissionsdiode ein vernachlässigbar kleiner Strom; der dynamische Widerstand der Emissionsdiode ist hoch. Im EIN-Zustand der Kippstufe fließt Strom über die Emissionsdiode, und ihr dynamischer Widerstand ist klein. Die F i g. 8 zeigt hierfür ein Beispiel. Parallel zur Emissionsdiode 7 ist ein Stromgenerator 26 geschaltet, der einen hinreichend kleinen Wechselstrom über die Emissionsdiode 7 treibt. Je nach Größe des dynamischen Widerstandes der Emissionsdiode ist die Wechselspannung an den Klemmen 27 und 28 groß und klein. Wegen des großen dynamischen Widerstandes der Photodiode ist es nicht nötig, die Photodiode durch eine in Reihe geschaltete Induktivität zu entkoppeln.There is another way of displaying the operating status of the flip-flop in taking advantage of changes in the dynamic resistance of the emitting diode, Im The OFF state of the trigger stage flows through the emission diode in a negligibly smaller amount Current; the dynamic resistance of the emission diode is high. When the Flip-flop current flows through the emission diode, and its dynamic resistance is small. The F i g. 8 shows an example of this. Is parallel to the emission diode 7 a current generator 26 connected, which has a sufficiently small alternating current the emission diode 7 drives. Depending on the size of the dynamic resistance of the emission diode the AC voltage at terminals 27 and 28 is large and small. Because of the big one dynamic resistance of the photodiode, it is not necessary to pass the photodiode through to decouple a series-connected inductor.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Erfindungsgegenstandes ist das der logischen Schaltungen, bei denen das Kriterium »eingeschaltet« bzw. »ausgeschaltet« zur Kennzeichnung bestimmter Zustände verwendet wird, beispielsweise um nach digitalen Rechenverfahren bestimmte Probleme zu lösen oder um in digitaler Form bestimmte Werte oder Informationen zu übertragen. Vor allem, für diese Aufgaben ist der Erfindungsgegenstand in der Ausführung gut brauchbar, in der sich die bistabile Schaltung durch besonders geringe Trägheit auszeichnet, nämlich in der Kombination Emissionsdiode-Photodiode. Es lassen sich mit derzeit verfügbaren Elementen dieser Art Schaltzeiten im Bereich der Nanosekunden relativ einfach erreichen. Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich aber auch zum Lesen, beispielsweise von Lochkarten od. dgl., verwenden, wobei auch mehrere derartige Informationen gleichzeitig ausgewertet werden können, also beispielsweise mehrere Löcher in einer Lochkarte in bestimmter Beziehung zueinander. der Auswertung unterwerfen werden können. Ein Beispiel hierfür zeigt die F i g. 9 in Form einer Auswerteschaltung durch eine Lochkartenabtastung. Jede der Emissionsdioden 37, 38, 39, 40 ist optisch mit einer Photodiode 41, 42, 43, 44 gekoppelt. Die Emissionsdioden sind miteinander und mit der Parallelschaltung der Photodioden in Reihe geschaltet. Die Kombination von Emissionsdioden und Photodioden, die aus der Batterie 45 gespeist wird, bildet eitre bistabile elektrooptische Kippstufe. Im Strahlengang zwischen den Emissionsdioden und den Photodioden befindet sich eine im Schnitt dargestellte Lochkarte 46. Die Löcher der Lochkarte sind im vorliegenden Beispiel so gewählt, daß sämtliche Emissionsdioden ihre zugehörigen Photodioden belichten können. Wird jetzt an die Klemme 47 ein, bezogen auf die Klemme 48, positiver Impuls gelegt, so kippt die Stufe in den EIN-Zustand. Die Auswertung des EIN-Zustandes kann, wie vorstehend bereits beschrieben, geschehen. Die Batterie 49 treibt über den Widerstand 50 einen Strom in Sperrichtung über die Emissionsdioden. Durch geeignete Bemessung dieses Stromes läßt sich erreichen, daß die Kippstufe durch den Impuls nur dann in den EIN-Zustand kippt, wenn alle vier optischen Pfade durch entsprechende Löcher in der Lochkarte freigegeben sind. Eine andere Bemessung des Stromes eröffnet beispielsweise die Möglichkeit, die Kippstufe durch einen Impuls einzuschalten, wenn drei oder mehr optische Pfade frei sind. Die Spannung der Batterie 49 ist so zu wählen, daß im AUS-Zustand der Kippstufe die Photodioden nicht in Flußrichtung vorgespannt sind. Beim Herausziehen der Lochkarte aus der Auswerteanordnung werden die einzelnen optischen Pfade durch den Rand der Karte unterbrochen, und die Stufe kippt automatisch in den AUS-Zustand zurück.A preferred field of application of the subject matter of the invention is that of logic circuits in which the criterion "switched on" or "switched off" is used to identify certain states, for example to solve certain problems using digital calculation methods or to transmit certain values or information in digital form . Above all, for these tasks the subject matter of the invention can be used well in the embodiment in which the bistable circuit is characterized by particularly low inertia, namely in the combination of emission diode and photodiode. With currently available elements of this type, switching times in the nanosecond range can be achieved relatively easily. The circuit according to the invention can, however, also be used for reading, for example punched cards or the like, whereby a plurality of such pieces of information can also be evaluated at the same time, that is to say, for example, a plurality of holes in a punched card in a specific relationship to one another. can be subjected to the evaluation. An example of this is shown in FIG. 9 in the form of an evaluation circuit through a punch card scanner. Each of the emission diodes 37, 38, 39, 40 is optically coupled to a photodiode 41, 42, 43, 44. The emission diodes are connected in series with one another and with the parallel connection of the photodiodes. The combination of emission diodes and photodiodes, which is fed from the battery 45, forms a bistable electro-optical flip-flop. In the beam path between the emission diodes and the photodiodes there is a punched card 46 shown in section. In the present example, the holes in the punched card are selected so that all the emission diodes can expose their associated photodiodes. If a positive pulse is now applied to terminal 47 in relation to terminal 48, the level switches to the ON state. The ON state can be evaluated as already described above. The battery 49 drives a current in the reverse direction via the resistor 50 via the emission diodes. By appropriately dimensioning this current, it can be achieved that the flip-flop switches to the ON state only when all four optical paths are released through corresponding holes in the punch card. Another dimensioning of the current opens up the possibility, for example, of switching on the multivibrator by means of a pulse when three or more optical paths are free. The voltage of the battery 49 is to be selected so that the photodiodes are not biased in the direction of flow when the flip-flop is in the OFF state. When the punch card is pulled out of the evaluation arrangement, the individual optical paths are interrupted by the edge of the card and the stage automatically tilts back to the OFF state.

Claims

Claims: 1. Electro-optical circuit with two stable states, consisting of the electrical series connection of a radiation source and a Radiation-sensitive element in which an emission diode is used as the radiation source serves and in each case between emission diode and radiation-sensitive element means are provided that produce at least almost optical adaptation between the two, characterized in that several emission diodes, which at least one radiation-sensitive Element is assigned jointly, are connected in series in the same direction.

2. Electro-optical tables Circuit according to Claim 1, characterized in that as radiation-sensitive Element a photodiode is provided.

3. Electro-optical circuit according to claim 1 or 2, characterized in that several photodiodes are parallel in the same direction are switched.

4. Electro-optical circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the emission diode is cooled.

5. Electro-optical Circuit with two stable states, consisting of the electrical series circuit a radiation source and a radiation-sensitive Elements, in which an emission diode is used as the radiation source and between the emission diode and radiation-sensitive element means are provided between the two produce at least almost optical adaptation, characterized in that a high resistance and an auxiliary power source are provided and that the emission diode An inflow is supplied via the high-resistance resistor from the auxiliary power source is, the value of which is selected just so high that the emission diode is not yet or not yet significantly emitted at first. Documents considered: Philips Res. Repts, 15, 1960, pp. 368 to 389; Philips Techn. Rundschau, 1960/61, pp. 401/402; 1961/62, pp. 289 to 324; P. G o e r c k e, »Light-sensitive components, R. v. Deckers' Verlag Hamburg (1960), p.162 to 207.