Operasjonsforsterker

En operasjonsforsterker er en elektronisk enhet med tilbakemelding med oppgave å gjentatte ganger øke signalforskjellen mellom sine to innganger. I utgangspunktet ble designet brukt av Bell Labs til å kjøre en anti-luftpistol i T9-systemet. Dermed navnet. På engelsk er operasjonen oversatt på to måter: operatør og samtidig vellykket( arbeider, effektiv).Og effektiviteten av T9-systemet i dag er uten tvil.

Hvordan

operasjonsforsterker ble opprettet Utviklingen av

elektroniske rørI detalj ble patentet fra 1883 ikke det første omtalen av termionisk utslipp. Et tiår av datoen som tidligere er nevnt, nevnte Frederic Guthrie allerede dette fenomenet( se Magnetism and Electricity, 1873).I 1906, takket være Lee De Forest, oppstod den første vakuumtrioden - en enhet som er strukturelt del av de første operasjonsforsterkerne. Mellom eksisterende filament( katode) og en positiv potensialdisk( anode) ble et rutenett tilsatt signalet som aktivt påvirket passasjen av elektroner gjennom rommet.

differensialforsterkere og tilbakemelding

Et nytt trinn var utviklingen i de tidlige 30-årene av Bell Labs-teknologien til forsterkere med tilbakemelding, noe som fører direkte til patentet til US 2401779 Karl Schwartzel Jr., erklært 1. mai 1941.

I 1928 var tilbakemeldingen så utbredt i dag ikke kjent. Og da Bell Labs-medarbeider Harold Black sendte patentet for første gang, viste det seg lite bruk. Det tok så mange som 9 år( US patent 2.102.671) for å bringe oppfinnelsen til tankene. Som ofte skjer med flotte oppfinnelser, jobbet mange mennesker i forskjellige deler av jorden på samme emne. Forskere inkluderer:

1. Paul Voight( UK patent 231792, 1924).
2. A.D. Blumlein( UK patent 425553, 1933).
3. Kjente firma N.V.Philips.

Da Black utviklet sin ide, prøvde han å løse situasjonen med signal repeaters i kommunikasjonslinjer. En vakuum triode ga en gevinst på maksimalt 1 dB utelukkende under gunstige forhold. Det krevde hundrevis, tusenvis, og dette bandet trengte energi og krevde oppdragsgivers oppmerksomhet. En forsterker med tilbakemelding har blitt en fantastisk oppfinnelse - gevinsten har økt mange ganger samtidig som den øker stabiliteten( Nyquist-kriteriene).Selskapet Bell Labs bokstavelig talt pissed off på den nevnte ideen.

Utviklingen av ideen om svart er patents US patent 1915440( Harry Nyquist) og US patent 2123178( Hendrick Bode).Nyquist kastet ideen om arbeidet med vakuumrør med likestrøm, som igjen utvidet omfanget av anvendelighet av tilbakemelding. Parallelt var det utviklingen av differensialforsterkere - arbeidssignalet for dem er forskjellen mellom de to inngangene. Utviklingsstadiene er notert:

• B.H.K. Matthews oppfunnet en differensialinngang for en forsterker i 1934.Ulempe: I kretsen med vanlige katoder er de direkte forbundet med den negative polen til strømkilden, som direkte reduserer gevinsten.
• Alan Blumlein gikk litt lenger i UK Patent 482470( 1936).Separerte vanlige katoder fra bakken motstand.
• I 1937 lanserte Franklin Offner tilbakemelding til design, noe som reduserte gevinsten, men økte stabiliteten til systemet. I ovennevnte år kom Otto Schmitt opp for en ordning for pentoder, hvor denne mangelen var fraværende.
• I 1938 introduserte JF Tonnis konseptet av et langt hale differensialpar for vakuumrør. I dette tilfellet legges en strømkilde mellom bakken og den felles høymotstandsmotstanden( i Tonnis - minus 90 V), som i tillegg reduserer potensialet til katoden.
• Otto Schmitt i 1938 diskuterer også langhals differensialparet, men allerede som en faseomformer( en inngang er jordet).
• Harold Goldberg i 1940 innhenter ordningen med lavt støy( ca. 2 μV) fler-trinns differensialforsterker. Senere introduserer en pentode inn i kretsen for å gi den ønskede biasstrømmen.

Operasjonsforsterkere:

s første fugler

Fokuset på utviklingen av operasjonsforsterkere i 30-årene var innenfor analoge datautstyr. Lignende konstruksjoner ble diskutert i slutten av 30-tallet og i 1940 av George Philbrick og Per Holst, uten det siste skrittet - en stor gevinst. Bruken av bipolar kraft tillates å utarbeide mismatch signaler i begge retninger for nøyaktig sikte. M9-systemet fungerte som en driftsenhet i et datasystem som beregner prosjektlederens bane for å treffe luftmål.

Forskningsdetaljer er beskrevet i Higgins forsvarsforskning ved Bell Labs: Elektriske datamaskiner for brannkontroll.

Så, Karl Schwartzel i 1941-patentet diskuterer de første opampene. I dokumentasjonen kalles oppfinnelsen summering. Opprinnelsen til navnet er trivielt. Oppfinneren selv skriver at enheten er utformet for å legge til n-n antallet spenninger, og det er mulig på lignende måte å modifisere eksisterende datamaskiner. En funksjon av nyheten var introduksjonen av tilbakemelding for å redusere innsatsmotstanden i systemet( som vil forenkle koordinasjonen med andre deler av den elektriske kretsen og øke gevinsten).

Før summeringen skjedde gradvis, hadde den eneste spenningen to poler, noe som i stor grad kompliserte samordningen. Dette patentet omhandler en enhet der alt er forenklet. Hver av de summerte spenningene ved en av polene anskaffer en felles ledning, og overføringskoeffisienten til systemet kan justeres ved å justere tilbakemeldingsdybden. Den eneste begrensningen er likestrømmen, som ikke alltid er i stand til å overvinne vakuumet.

Utviklingen av Bell Labs fører til opprettelsen av en prototype av det sikte datasystemet, kodenavnet T10.Systemet( US patent 2493183) ble vellykket testet i desember 1941 og ble aktivt utviklet i fremtiden. Utvalget av bruk av operasjonsforsterkere i den har blitt betydelig utvidet. Det skal bemerkes at publiseringen av patentet Shvarttsel, som ble erklært 1. mai 1941, først skjedde etter slutten av andre verdenskrig( 1946).Så allierte betraktet denne innovasjonen viktig. Videre var spesifikasjonen for veiledningssystemet selv praktisk talt i åpen tilgang( for fiendens agenter).

Spørsmålet oppstår: Hvorfor reverserer Shvartzel operasjonsforsterker signalet? Vi tror - selv om det ikke er direkte oppgitt hvor som helst - at dette er gjort for å gjøre det lettere for piloter. I luftfart er det vanlig å bruke inversjonen av flyet i stigningsvinkelen. Dermed ønsket designerne å forenkle den elektriske kretsen og i fremtiden å bruke operasjonsforsterkere som en del av innebygd elektronikk. Pitch vinkel inversjon er vedtatt for å kompensere for de fysiologiske egenskapene til piloten som en representant for Homo Sapiens. Hvis du gjør det motsatte, ved lave høyder, vil flyet falle til bakken. Dette ble diskutert ved leksjonene i fysikk i middelklassen på videregående skoler.

Det neste spørsmålet: Hvorfor legger Schwartzel operasjonsforsterker opp til tre signaler ved inngangen? Vi tror at svaret ligger i området for funksjonelle begrensninger av automatisering. Den første veiledningen til målet er gjort manuelt av operatøren, og det optiske systemet gir databehandlingsenheten informasjon om hvilken raffinementet utføres. Kanskje med en ledelse på fart og rekkevidde av målet. Som et resultat bør signalet fra kontrollhåndtaket oppsummeres med kommandoene til senderen. Det tredje innspillet er nødvendig for tilbakemelding, noe som vil gi bevegelsen til stammen ønsket glatthet og eliminere ulike overflater.

Som følge av dette løste operasjonsforsterkeren oppgaver og samtidig oppnådde 95 dB( 65 000 ganger) og hadde en utrolig belastning på 6 kΩ( inngangen til en moderne høyttaler er hundre Ohm - til sammenligning).Og i april 1947 mottok hoveddesignerne til T9-styringssystemet Lovell, Parkinson og Kun en medalje for tjenester til fosterlandet, etablert av presidenten for andre verdenskrig( fra 8. september 1939) til 1952.Dette er den høyeste prisen for sivile som bidro til seieren over fienden.

Sannsynligheten for å slå T9-målet var 90%.Så tanke på eksistensen av en slik datamaskin i lang tid motet fienden fra å angripe USA og allierte. Verktøyet ble straks deklarert det viktigste middel for å beskytte frihet og demokrati i verden.

Utvikling av operasjonsforsterkere

Videre arbeid innen utvikling av operasjonsforsterkere flyttet( 1947) til Columbia University i New York. Aktiviteter ble overvåket og ledet av professor John Ragazzini. I løpet av utviklingen ble det funnet en ordning med to trioder( det var tre før dem), men for forståelige grunner er det lite informasjon om designen til denne dagen. Forfatteren heter Julie Loeb. Belastningen av kretsen har økt flere ganger og utgjorde 300 kΩ.

Det er i ordningen fra Julie Loeb at to innganger vises i stedet for en invertering: inverterende og ikke inverterende. Det er fortsatt mulig å legge til stress på hver. Denne kvaliteten brukes i dag - ingen nye ble oppfunnet. Differensialinngangen kompenserer for støydrift, men de forblir store i tilfelle behovet for å forsterke sub-millivoltsignaler. Innfør en feil i termisk avgang av driftspunktet og langsiktige svingninger. Vanskeligheten løses ved bruk av en chopper( kutting spenningen til høyfrekvente pulser).Ordningen ble foreslått i 1949 av Edwin Goldberg.

Drift reduseres ved hjelp av helikopteroverføringsforhold. En sidefordel er muligheten for å bruke lave frekvenser, inkludert konstant spenning. På grunn av tilstedeværelsen av tilbakemelding kan chopper gi en gevinst på opptil 100 dB, og totalt gir Goldberg-kretsen 163( 150.000.000 ganger).Nyheten hadde flere begrensninger:

1. De første systemene med choppere fungerte bare i inverteringsmodus. Gjennomføringen av den vanlige kreves inkludering i ordningen for mange kaskader.
2. På tiden 1949 var det ikke noe konsept av strømbrytere. Skjæringen ble gjort med mekaniske enheter. Situasjonen er allerede løst i halvlederteknologi, og i dag inkluderer hver bytte strømforsyning en helikopter på en tyristor( triac).

Semiconductors i operasjonsforsterkere

I andre halvdel av 40-årene oppstod bipolare og felt-effekt transistorer på scenen, og i 1958 fant Jack Kilby fra Texas Instruments integrerte kretser. Den platte prosessen med montering på en krystall av forskjellige konfigurasjoner har revolusjonert feltet for operasjonsforsterkere. Som et resultat gir begynnelsen på 60-tallet nye enheter med strømforsyning i størrelsesorden 10-15 V i stedet for 350 som eksisterte før. De første integrerte kretsene viste seg å være klumpete og representerte et lite brett med monterte elementer( og transistorer) oversvømmet med forbindelse. Laget gevinst, belastningsmotstand nådde nesten 500 ohm.

Men utstyret sto ikke stille. For eksempel gjorde varactorbroen det mulig å forsterke svært små DC-signaler til en stor verdi. Hva gjorde det mulig å kontrollere ulike mekanismer direkte. I dag er de fleste operasjonsforsterkere halvlederkrystaller med aktive og passive elementer dannet på dem.