Operatiivinen vahvistin

Toimintavahvistin on elektroninen laite, jolla on takaisinkytkentä ja jonka tehtävänä on lisätä toistuvasti signaalin eroa kahden tulonsa välillä.Alun perin Bell Labs käytti mallia lentokoneiden torjunta-aseen ohjaamiseen T9-järjestelmässä.Siksi nimi. Englannin kielellä toiminta on käännetty kahdella tavalla: operaattori ja samalla onnistunut( toimiva, tehokas).Ja T9-järjestelmän tehokkuus on nykyään epävarma.

Miten operatiivinen vahvistin

luotiin Sähköisten lamppujen kehitys

Tarina alkaa kahdennenkymmenennen vuosisadan syntymästä( 1904), kun Fleming paransi Edisonin elektronista lamppua( katso hehkulamppu), joka sai ensimmäisen vakuumidiodin. Yksityiskohtaisesti, 1883-patentti ei tullut ensimmäiseksi maininnaksi termionisesta emissiosta. Frederic Guthrie on jo maininnut tämän ilmiön jo vuosikymmenen aikaisemmin todetusta päivämäärästä( katso Magnetismi ja sähkö, 1873).Vuonna 1906 Lee De Forestin ansiosta ilmestyi ensimmäinen tyhjiötriodi - laite, joka on rakenteellisesti osa ensimmäisiä operatiivisia vahvistimia. Olemassa olevan filamentin( katodi) ja positiivisen potentiaalisen levyn( anodi) väliin lisättiin ruudukko, jonka signaali aktiivisesti vaikutti elektronien kulkuun avaruuden kautta.

-elektroninen lamppu

-differentiaalivahvistimet ja palaute

Uusi askel oli Bell Labsin tekniikan kehittyminen vahvistimissa, joissa on palautetta, mikä johtaa suoraan US 2401779: n Karl Schwartzel Jr.

Vuonna 1928 niin yleinen palaute ei ollut tiedossa. Ja kun Bell Labsin työntekijä Harold Black kirjoitti patentin ensimmäistä kertaa, se osoittautui hyödyttömäksi. Kestää jopa 9 vuotta( US-patentti 2 102 671) tuoda keksintö mieleen. Kuten usein tapahtuu suurilla keksinnöillä, monet ihmiset eri puolilla maapalloa työskentelivät samalla aihealueella. Tutkijoita ovat:

  1. Paul Voight( UK-patentti 231792, 1924).
  2. A.D. Blumlein( UK-patentti 425553, 1933).
  3. Tunnettu yritys N.V.Philipsille.

Kun Black kehitti ajatuksensa, hän yritti ratkaista tilanteen signaaliviestereillä tietoliikenneyhteyksissä.Yksi alipaine-triodi tuotti enimmäismäärän 1 dB yksinomaan suotuisissa olosuhteissa. Se vaati satoja, tuhansia, ja tämä bändi tarvitsi energiaa ja vaati hoitajien huomiota. Vahvistimella, jolla on palautetta, on tullut upea keksintö - vahvistus on kasvanut monta kertaa samalla kun se lisää vakautta( Nyquistin kriteerit).Bell Labsin yritys on kirjaimellisesti pissannut mainittua ajatusta.

Harold Black

Mustan idean kehittäminen ovat patentteja US-patentti 1915440( Harry Nyquist) ja US-patentti 2123178( Hendrick Bode).Nyquist heitti ajatuksen tyhjöputkien työstä tasavirralla, mikä taas laajensi palautteen sovellettavuuden rajoja. Rinnakkain oli myös differentiaalivahvistimien kehittyminen - niiden työmerkki on näiden kahden tulon välinen ero. Kehitysvaiheet on todettu:

  • B.H.K. Matthews keksi erottimen sisääntulon vahvistimelle vuonna 1934.Haitta: piirissä, jossa on yhteisiä katodeja, ne on kytketty suoraan virtalähteen negatiiviseen napaan, joka vähentää suoraan vahvistusta.
  • Alan Blumlein meni hieman pidemmälle UK-patentissa 482470( 1936).Erilliset yhteiset katodit maadoitusvastuksesta.
  • Vuonna 1937 Franklin Offner esitteli palautetta suunnitteluun, joka hieman heikensi voittoa, mutta lisäsi järjestelmän vakautta. Edellä mainitussa vuodessa Otto Schmitt on laatinut pentodeille suunnitelman, jossa tämä puute puuttui.
  • Vuonna 1938 JF Tonnis esitteli käsitteen tyhjöputkille tarkoitetusta pitkävaippasta. Tässä tapauksessa lisätään teholähde maan ja yhteisen korkean resistanssin( Tonnis - miinus 90 V) väliin, mikä lisäksi vähentää katodin potentiaalia.
  • Otto Schmitt käsittelee vuonna 1938 myös pitkävaunun differentiaaliparia, mutta jo vaihevaihtosuuntaajana( yksi tulo on maadoitettu).
  • Harold Goldberg kuvailee vuonna 1940 matalan melutason( noin 2 µV) monivaiheista differentiaalivahvistinta. Myöhemmin tuo pentodi piiriin halutun bias-virran aikaansaamiseksi.

Operatiiviset vahvistimet:

: n ensimmäiset linnut

Toimintavahvistimien kehittämisen painopiste 30-luvulla oli analogisten laskentalaitteiden alalla. Samanlaisia ​​rakenteita käsiteltiin 30-luvun lopulla ja 1940 George Philbrick ja Per Holst, joilla ei ollut viimeistä vaihetta - suuri voitto. Kaksisuuntaisen tehon käyttö sallii epäsopivien signaalien kehittämisen molempiin suuntiin tarkan tavoitteen saavuttamiseksi. M9-järjestelmä toimi tietokonejärjestelmän käyttöyksikkönä, joka laskee ammusten liikeradan ilmakohtaisiin kohteisiin.

Tutkimuksen yksityiskohdat on kuvattu Higginsin puolustustutkimuksessa Bell Labsissa: Sähköiset tietokoneet palovalvontaan.

Niinpä Karl Schwartzel 1941 patentissa käsittelee ensimmäisiä opampeja. Dokumentaatiossa keksintöä kutsutaan yhteenvetoksi. Nimen alkuperä on triviaali. Keksijä itse kirjoittaa, että laite on suunniteltu lisäämään n: nnen jännitemäärän ja se on mahdollista samalla tavalla muokata olemassa olevia tietokoneita. Uutuuden piirteenä oli palautteen käyttöönotto järjestelmän tulonkestävyyden vähentämiseksi( mikä yksinkertaistaa sen koordinointia muiden sähköpiirin osien kanssa ja lisää vahvistusta).

Ennen summaa tapahtui vähitellen, ainoa jännite oli kaksi napaa, mikä vaikeutti koordinointia huomattavasti. Tämä patentti koskee laitetta, jossa kaikki on yksinkertaistettu. Kummankin pylvään yhteenlaskettu jännite saa yhteisen johdon, ja järjestelmän lähetyskerrointa voidaan säätää säätämällä palautteen syvyyttä.Ainoa rajoitus on tasavirta, joka ei aina pysty poistamaan tyhjiötä.

Bell Labsin kehittäminen johtaa siihen, että luodaan koodaustietojärjestelmän prototyyppi, jonka nimi on T10.Järjestelmä( US-patentti 2493183) testattiin onnistuneesti joulukuussa 1941 ja sitä kehitettiin aktiivisesti tulevaisuudessa. Operatiivisten vahvistimien käyttöaluetta siinä on merkittävästi laajennettu. On huomattava, että patentti Shvarttselin julkaiseminen, joka ilmoitettiin 1. toukokuuta 1941, tapahtui vasta toisen maailmansodan( 1946) jälkeen. Joten liittolaiset pitivät tätä innovaatiota tärkeänä.Lisäksi ohjausjärjestelmän itse määrittely oli käytännössä avoimessa( vihollisen edustajille).

Shvartzel -vahvistin

Kysymys: miksi Shvartzel-toiminnallinen vahvistin kääntää signaalin? Uskomme - vaikka sitä ei ole suoraan ilmoitettu missään - että tämä tehdään lentäjien kannalta. Lentoliikenteessä on tapana käyttää ilma-aluksen kääntämistä kallistuskulmaan. Näin suunnittelijat halusivat yksinkertaistaa sähköpiiriä ja käyttää tulevaisuudessa operatiivisia vahvistimia osana elektroniikkaa. Pitch-kulma-inversio hyväksytään pilottimen fysiologisten ominaisuuksien kompensoimiseksi Homo Sapiensin edustajana. Jos teet päinvastoin, matalissa korkeuksissa, kone putoaa maahan. Tätä keskusteltiin fysiikan opetuksista keskiasteen kouluissa.

Seuraava kysymys: miksi Schwartzelin toimintavahvistin lisää enintään kolme signaalia tuloon? Uskomme, että vastaus on automaation toiminnallisten rajoitusten alueella. Käyttäjä suorittaa kohdekohtaisen ohjauksen manuaalisesti, sitten optinen järjestelmä antaa tietokonelaitteelle tiedot, joilla tarkennus suoritetaan. Ehkä johtajalla tavoitteen nopeudella ja alueella. Tämän seurauksena ohjauskahvasta tuleva signaali on tiivistettävä lähettimen komentojen kanssa. Kolmas tulo tarvitaan palautetta varten, joka antaa rungon liikkeen haluttuun sileyteen ja poistaa erilaisia ​​ylilyöntejä.

Tämän seurauksena operaatiovahvistin ratkaisi tehtävät ja sai samalla 95 dB: n( 65 000 kertaa) ja kantoi uskomattoman kuormituksen 6 k modern( nykyaikaisen kaiuttimen tulo on sata ohmia).Huhtikuussa 1947 T9-ohjausjärjestelmän Lovellin, Parkinsonin ja Kunin pääsuunnittelijat saivat mitalin isänmaan palveluista, jonka presidentti perusti toisen maailmansodan ajaksi( 8. syyskuuta 1939) vuoteen 1952.Tämä on korkein palkinto siviileille, jotka vaikuttivat vihollisen voittoon.

T9-tavoitteen saavuttamisen todennäköisyys oli 90%.Niinpä ajatus tällaisen tietokoneen olemassaolosta pitkään ajatteli vihollista hyökkäämästä Yhdysvaltoja ja liittolaisia. Työkalu julistettiin välittömästi tärkeimmäksi keinoksi suojella vapautta ja demokratiaa maailmassa.

Vahvistin

Operatiivisten vahvistimien kehittäminen

Lisätyötä operatiivisten vahvistimien kehittämisen alalla siirrettiin( 1947) New Yorkin Columbian yliopistoon. Toimintaa seurasi ja ohjasi professori John Ragazzini. Kehittämisen aikana löydettiin kahden triodin järjestelmä( ennen heitä oli kolme), mutta ymmärrettävistä syistä suunnittelusta on vähän tietoa tähän päivään asti. Kirjoittajaa kutsutaan Julie Loebiksi. Piirin kuormitus on kasvanut useita kertoja ja oli 300 kΩ.

Julie Loebin järjestelmässä on kaksi sisääntuloa yhden käänteisen sijasta: kääntäminen ja kääntäminen. Jokaiseen on edelleen mahdollista lisätä stressiä.Tätä laatua käytetään nykyään - uutta ei keksitty. Diferenssitulo kompensoi melun kulkeutumista, mutta ne pysyvät suurina, jos on tarpeen vahvistaa ali-millivoltin signaaleja. Esitä virhe pisteiden lämpöpoistossa ja pitkän aikavälin vaihteluissa. Vaikeus ratkaistaan ​​hakkurilla( jännitteen leikkaaminen suurtaajuisiksi pulsseiksi).Edwin Goldbergin vuonna 1949 ehdottama järjestelmä.

Drift on pienennetty hakkurin siirtosuhteella. Sivuvaikutus on mahdollisuus käyttää alhaisia ​​taajuuksia, mukaan lukien vakiojännite. Takaisinkytkennän läsnäolon vuoksi chopper voi saada jopa 100 dB: n lisäyksen, ja Goldberg-piirissä on yhteensä 163( 150 000 000 kertaa).Uutuudella oli useita rajoituksia:

  1. Ensimmäiset hakkurit työskentelivät vain kääntötilassa. Tavanomaisen vaaditun sisällyttämisen toteuttaminen järjestelmään on liian monta kaskadeja.
  2. Vuoden 1949 aikana ei ollut tehokytkinten käsitteitä.Leikkaus tehtiin mekaanisilla laitteilla. Tilanne on jo ratkaistu puolijohdeteknologiassa, ja nykyään jokainen kytkentävirtalähde sisältää tyristin( triac) chopperin.

Puolijohteet operatiivisissa vahvistimissa

40-luvun toisella puoliskolla esiintyi bipolaarisia ja kenttävaikutteisia transistoreita, ja vuonna 1958 Jack Kilby Texas Instrumentsista keksi integroidut piirit. Eri kokoonpanojen kiteisiin asennettava tasomainen prosessi on mullistanut operatiivisten vahvistimien kentän. Tämän seurauksena 60-luvun alussa annetaan uusia laitteita, joiden teholähde on luokkaa 10-15 V ennen 350.Ensimmäiset integroidut piirit osoittautuivat kömpelöiksi ja edustivat pientä levyä, jossa oli asennettuja elementtejä( ja transistoreita), jotka oli tulvinut yhdisteellä.Kärsimätön hyöty, kuormituksen vastus tuskin saavutti 500 ohmia.

Mutta laite ei pysynyt paikallaan. Esimerkiksi varactor-silta mahdollisti erittäin pienien DC-signaalien vahvistamisen suurelle arvolle. Mikä mahdollisti eri mekanismien suoraan ohjaamisen. Nykyisin useimmat operatiiviset vahvistimet ovat puolijohdekiteitä, joihin on muodostettu aktiivisia ja passiivisia elementtejä.

Thyristor

ThyristorTietosanakirja

-tyristori on kiinteän tilan puolijohdelaite, joka tunnistaa kaksi vakaa tilaa, joilla on alhainen ja korkea johtavuus ja joka sisältää neljä puolijohdealuetta, joissa on erilaiset ja vaihtelevat ...

Lue Lisää
Shrink Tube

Shrink TubeTietosanakirja

Lämpökutistuva letku on termopolymeerituote, joka kutistuu kaikissa suunnissa kuumennettaessa. Vaikutusta käytetään juotettujen, irrotettavien ja muiden sähköliitäntöjen eristystekniikassa. ...

Lue Lisää
Jännitteen säädin

Jännitteen säädinTietosanakirja

Jännitteen säädin on laite, jonka avulla voit säilyttää vakiojännitteen kuluttajapiirissä.Käyttöolosuhteista ja tehtävistä riippuen mallit eroavat toisistaan. On olemassa useita ryhmiä: sähkömeka...

Lue Lisää