Operacinis stiprintuvas

Operacinis stiprintuvas - tai elektroninis prietaisas su grįžtamuoju ryšiu, kurio užduotis - pakartotinai padidinti signalo skirtumą tarp dviejų įėjimų.Iš pradžių „Bell Labs“ dizainą naudojo „T9“ sistemoje vairuoti priešlėktuvinį ginklą.Taigi pavadinimas. Anglų kalba darbas verčiamas dviem būdais: operatorius ir tuo pat metu sėkmingas( darbas, veiksmingas).Ir šiandien T9 sistemos veiksmingumas yra neabejotinas.

Kaip buvo sukurtas operacinis stiprintuvas

Elektroninių lempų kūrimas

Istorija prasideda XX a.( 1904 m.) Gimimu, kai Flemingas pagerino Edison elektroninę lempą( žr. Kaitinamąją lempą), gavęs pirmąjį vakuuminį diodą.Išsamiai, 1883 m. Patentas nebuvo pirmasis termioninio emisijos paminėjimas. Dešimt metų anksčiau minėta data, Frederikas Guthrie jau minėjo šį reiškinį( žr. Magnetizmas ir elektra, 1873).1906 m. Lee De Forest dėka pasirodė pirmasis vakuuminis triodas - prietaisas, kuris struktūriškai yra pirmųjų operacinių stiprintuvų dalis. Tarp esamų gijų( katodo) ir teigiamo potencialo disko( anodo) buvo pridėtas tinklelis, kurio signalas aktyviai įtakojo elektronų judėjimą per erdvę.

diferencialiniai stiprintuvai ir grįžtamasis ryšys

Naujas žingsnis buvo „Bell Labs“ stiprintuvų technologijos, susijusios su grįžtamuoju ryšiu, kūrimas, kuris tiesiogiai sukelia patentą US 2401779 Karl Schwartzel Jr., paskelbtą 1941 m. Gegužės 1 d.

1928 m. Taip paplitęs atsiliepimas nebuvo žinomas. Ir kai „Bell Labs“ darbuotojas Haroldas Black pirmą kartą paskelbė patentą, tai buvo mažai naudinga. Prireikė išgirsti 9 metus( JAV patentas Nr. 2,102,671).Kaip dažnai atsitinka su dideliais išradimais, daug žmonių skirtingose ​​Žemės dalyse dirbo tuo pačiu klausimu. Mokslininkai apima:

1. Paul Voight( JK patentas 231792, 1924).
2. A.D. Blumlein( JK patentas 425553, 1933).
3. Žinoma kompanija N.V.„Philips“.

Kai Black sukūrė savo idėją, jis bandė išspręsti situaciją su signalų kartotuvais ryšio linijose. Vienas vakuuminis triodas davė didžiausią 1 dB pelną tik palankiomis sąlygomis. Ji reikalavo šimtus, tūkstančius, ir ši grupė reikalavo energijos ir reikalavo palydovų dėmesio. Stiprintuvą su grįžtamuoju ryšiu tapo nuostabiu išradimu - padidėjimas daug kartų padidėjo, tuo pat metu didinant stabilumą( Nyquist kriterijai).Bendrovė „Bell Labs“ tiesiog pažadino minėtą idėją.

„Black“ idėjos kūrimas yra patentai US 1915440( Harry Nyquist) ir JAV patentas 2123178( Hendrick Bode).Nyquist išmeta vakuuminių vamzdžių darbo su tiesiogine srove idėją, kuri vėl padidino grįžtamojo ryšio taikymo ribas. Tuo pat metu atsirado diferencinių stiprintuvų - jų darbo signalas yra skirtumas tarp dviejų įėjimų.Pažymėtini vystymosi etapai: 1934 m.

• B.H.K.Trūkumas: grandinėje su bendrais katodais jie yra tiesiogiai prijungti prie neigiamo maitinimo šaltinio poliaus, kuris tiesiogiai sumažina stiprumą.
• Alan Blumlein šiek tiek toliau nuvyko į JK patentą 482470( 1936).Atskirti bendri katodai nuo žemės varžos.
• 1937 m. Franklin Offner pristatė grįžtamąjį ryšį į dizainą, kuris šiek tiek sumažino pelną, tačiau padidino sistemos stabilumą.Minėtais metais Otto Schmitt pateikė schemą, skirtą pentodams, kur šis trūkumas nebuvo.
• 1938 m. JF Tonnis pristatė vakuuminių vamzdžių ilgo uodegos diferencinės poros koncepciją.Šiuo atveju tarp žemės ir bendro didelio pasipriešinimo rezistoriaus( Tonnio - minus 90 V) pridedamas energijos šaltinis, kuris papildomai sumažina katodo potencialą.
• Otto Schmitt 1938 m. Taip pat aptaria ilgojo uodegos diferencinę porą, bet jau kaip fazės keitiklį( vienas įėjimas yra įžemintas).
• Haroldas Goldbergas 1940 m. Vaizduoja mažo triukšmo( apie 2 µV) daugiapakopę diferencialinio stiprintuvo schemą.Vėliau į grandinę įvedamas pentodas, kad būtų užtikrintas norimas šališkumas.

operaciniai stiprintuvai: pirmieji

paukščiai

30-ojo dešimtmečio operacinių stiprintuvų plėtra buvo analoginių skaičiavimo įrenginių srityje. Panašios konstrukcijos buvo aptartos 30-ojo dešimtmečio pabaigoje ir 1940-aisiais George'as Philbrickas ir Per Holstas, neturėdamas paskutinio žingsnio - didelio pelno. Naudojant dvipolę galią abiem kryptimis galima tiksliai nustatyti tikslumą.M9 sistema veikė kaip kompiuterinės sistemos valdymo blokas, apskaičiuojantis šaudmenų trajektoriją, kad pasiektų oro tikslus.

tyrimų duomenys aprašyti Higgins gynybos tyrime „Bell Labs“: elektriniai kompiuteriai priešgaisrinei kontrolei.

Taigi, Karl Schwartzel 1941 m. Patente aptaria pirmus opampus. Dokumentuose išradimas vadinamas apibendrinimu. Pavadinimo kilmė yra nereikšminga. Išradėjas pats rašo, kad prietaisas yra skirtas pridėti n-ojo įtampos skaičiaus ir galima keisti esamus kompiuterius panašiai. Naujovės bruožas buvo grįžtamojo ryšio įvedimas siekiant sumažinti sistemos įvesties varžą( kuris supaprastins jos koordinavimą su kitomis elektros grandinės dalimis ir padidins naudingumą).

Prieš sumokant palaipsniui, vienintelė įtampa turėjo du polius, kurie labai apsunkino koordinavimą.Šis patentas susijęs su įrenginiu, kuriame viskas supaprastinta. Kiekviena iš sumontuotų įtampų viename polyje įgyja bendrą laidą, o sistemos perdavimo koeficientas gali būti reguliuojamas koreguojant grįžtamojo ryšio gylį.Vienintelis apribojimas yra tiesioginė srovė, kuri ne visada gali įveikti vakuumą.

„Bell Labs“ kūrimas sukuria kodavimo kompiuterio sistemos, kurios pavadinimas yra T10, prototipą.Sistema( JAV patentas 2493183) buvo sėkmingai išbandyta 1941 m. Gruodžio mėn. Ir buvo aktyviai plėtojama ateityje. Operacinių stiprintuvų naudojimo diapazonas buvo žymiai išplėstas. Pažymėtina, kad 1941 m. Gegužės 1 d. Paskelbtas patentas Shvarttsel įvyko tik po Antrojo pasaulinio karo( 1946 m.).Taigi sąjungininkės šią naujovę laikė svarbia. Be to, pačios orientacinės sistemos specifikacija praktiškai buvo atvira( priešų agentams).

Kyla klausimas: kodėl „Shvartzel“ operacinis stiprintuvas atšaukia signalą?Manome, kad nors tai nėra tiesiogiai nurodyta bet kurioje vietoje, tai daroma siekiant užtikrinti pilotų patogumą.Aviacijos srityje įprasta, kad orlaivio apsisukimas yra pakreipimo kampu. Taigi, dizaineriai norėjo supaprastinti elektros grandinę ir ateityje naudoti operacinius stiprintuvus kaip transporto priemonės elektronikos dalį.Skersinio kampo inversija yra priimta siekiant kompensuoti piloto fiziologines savybes kaip Homo Sapiens atstovo. Jei darysite priešingą, žemame aukštyje, lėktuvas nukris iki žemės. Tai buvo aptarta fizikos pamokose vidurinėse mokyklose.

Kitas klausimas: kodėl „Schwartzel“ operacinio stiprintuvo įvestyje yra trys signalai? Manome, kad atsakymas yra automatizavimo funkcinių apribojimų srityje. Operatorius pradeda rankiniu būdu nukreipti tikslą į rankas, tada optinė sistema pateikia kompiuterio įrenginiui informaciją, kuria atliekamas tobulinimas. Galbūt su greičiu ir tikslumu. Dėl to signalas iš valdymo rankenos turėtų būti apibendrintas su siųstuvo komandomis. Trečiasis įėjimas reikalingas grįžtamajam ryšiui, kuris suteiks kamieno judėjimui pageidaujamą lygumą ir pašalins įvairias perteklius.

Dėl to operatyvinis stiprintuvas išsprendė užduotis ir tuo pačiu metu pasiekė 95 dB( 65 000 kartų) ir atliko neįtikėtiną 6 kΩ apkrovą( palyginimui - šiuolaikinio garsiakalbio įvestis - šimtas omų).1947 m. Balandžio mėn. Pagrindiniai T9 orientavimo sistemos, Lovell, Parkinson ir Kun, projektuotojai gavo medalį už paslaugas tėvynei, kurią prezidentas nustatė antrojo pasaulinio karo( nuo 1939 m. Rugsėjo 8 d.) Iki 1952 m. Tai aukščiausias apdovanojimas civiliams, kurie prisidėjo prie priešo pergalės.

Tikimybė, kad bus pasiektas T9 tikslas, buvo 90%.Taigi mintis apie tokio kompiuterio buvimą ilgą laiką neleido priešui atakuoti JAV ir sąjungininkus. Priemonė buvo nedelsiant paskelbta svarbiausia priemone laisvės ir demokratijos apsaugai pasaulyje.

Operacinių stiprintuvų plėtra

Tolesnis darbas operatyvinių stiprintuvų kūrimo srityje( 1947) perkeltas į Kolumbijos universitetą Niujorke. Veikla buvo stebima ir vadovauja profesorius John Ragazzini. Plėtros metu buvo rastas dviejų triodų planas( prieš juos buvo trys), tačiau dėl suprantamų priežasčių iki šios dienos yra mažai informacijos apie dizainą.Autorius vadinamas Julie Loeb. Grandinės apkrova kelis kartus padidėjo ir sudarė 300 kΩ.

Julie Loeb schemoje yra du įėjimai, o ne vienas inversija: apversti ir ne apversti. Vis dar galima įdėti stresą kiekvienam.Ši kokybė naudojama šiandien - nebuvo sukurta nauja. Diferencialinis įėjimas kompensuoja triukšmo dreifą, tačiau jie išlieka dideli, jei reikia sustiprinti sub-milivoltų signalus.Įveskite veikimo taško terminio išvykimo klaidą ir ilgalaikius svyravimus. Sunkumai išsprendžiami naudojant smulkintuvą( įtampos pjovimas aukšto dažnio impulsais).Schema, kurią 1949 m. Pasiūlė Edwin Goldberg.

Drift sumažinamas skaldiklio perdavimo santykiu.Šalutinis privalumas yra galimybė naudoti žemus dažnius, įskaitant pastovią įtampą.Atsižvelgiant į grįžtamąjį ryšį, smulkintuvas gali duoti pelną iki 100 dB, o iš viso „Goldberg“ grandinėje yra 163( 150 000 000 kartų).Naujovė turėjo keletą apribojimų:

1. Pirmosios schemos su smulkintuvais dirbo tik atvirkščiai.Įprasto reikalaujamo įtraukimo į schemą įgyvendinimas per daug kaskadų.
2. 1949 m. Nebuvo elektros jungiklių koncepcijos. Pjovimas buvo atliktas su mechaniniais įtaisais. Situacija jau išspręsta puslaidininkių technologijoje, ir šiandien kiekvienas maitinimo šaltinis apima chirperį ant tiristoriaus( triac).

puslaidininkiai

operaciniuose stiprintuvuose Antroje 40-ųjų metų pusėje pasirodė bipoliniai ir lauko efektai turintys tranzistoriai, o 1958 m. Jack Kilby iš Texas Instruments išrado integrinius grandynus. Plokščias įvairių konfigūracijų kristalų montavimo procesas sukėlė revoliuciją operacinių stiprintuvų srityje. Todėl 60-ojo dešimtmečio pradžioje nauji įrenginiai, kurių maitinimas yra 10-15 V, o ne 350, yra anksčiau. Pirmieji integriniai grandynai pasirodė esąs sudėtingi ir atstovavo nedidelę lentą su sumontuotais elementais( ir tranzistoriais), užtvindytais junginiu. Nukentėjęs pelnas, apkrovos pasipriešinimas vos pasiekė 500 omų.

Tačiau įranga nebuvo stovėjusi. Pavyzdžiui, varaktoriaus tiltas leido dideles labai mažas DC signalus į didelę vertę.Kas leido tiesiogiai valdyti įvairius mechanizmus.Šiandien dauguma operacinių stiprintuvų yra puslaidininkiniai kristalai, kuriuose yra aktyvūs ir pasyvūs elementai.