Operativ förstärkare

En operationsförstärkare är en elektronisk apparat med återkoppling med uppgiften att upprepade gånger öka signalskillnaden mellan sina två ingångar. Ursprungligen användes designen av Bell Labs för att driva en anti-flygpistol inom T9-systemet. Därför namnet. På engelska är verksamheten översatt på två sätt: operatör och samtidigt framgångsrik( fungerande, effektiv).Och effektiviteten hos T9-systemet idag är utan tvivel.

Hur operationsförstärkaren

skapades Utvecklingen av elektroniska lampor

Historien börjar med det tjugonde århundradet( 1904), då Fleming förbättrade Edisons elektroniska lampa( se glödlampa) med den första vakuumdioden. I detalj blev patentet 1883 inte det första omnämnandet av termionisk emission. Ett decennium av det datum som tidigare noterats, nämnde Frederic Guthrie redan detta fenomen( se Magnetism and Electricity, 1873).1906, tack vare Lee De Forest, uppträdde den första vakuumtrioden - en enhet som är strukturellt en del av de första operationsförstärkarna. Mellan det befintliga filamentet( katoden) och en positiv potentiell skiva( anod) tillsattes ett galler, signalen på vilken aktiva påverkan av elektronernas passage genom rymden.

Differentialförstärkare och Feedback

Ett nytt steg var utvecklingen i början av 30-talet av Bell Labs-tekniken av förstärkare med feedback, vilket leder direkt till patentet av US 2401779 Karl Schwartzel Jr., deklarerat 1 maj 1941.

År 1928 var återkopplingen så utbredd idag inte känd. Och när Bell Labs anställda Harold Black lade upp patentet för första gången, visade det sig att det var liten användning. Det tog så många som 9 år( US-patentet 2 102 671) för att få uppfattningen att tänka på.Som ofta händer med stora uppfinningar, arbetade många människor i olika delar av jorden på samma ämne. Forskare inkluderar:

1. Paul Voight( UK patent 231792, 1924).
2. A.D. Blumlein( brittiska patentet 425553, 1933).
3. Känt företag N.V.Philips.

När Black utvecklade sin idé försökte han lösa situationen med signal repeaters i kommunikationslinjer. En vakuumtriod gav en vinst på högst 1 dB uteslutande under gynnsamma förhållanden. Det krävde hundratals, tusentals, och det här bandet behövde energi och krävde uppdragsgivarnas uppmärksamhet. En förstärkare med återkoppling har blivit en fantastisk uppfinning - vinsten har ökat många gånger och samtidigt ökat stabiliteten( Nyquist-kriterier).Företaget Bell Labs pissade bokstavligen på den nämnda idén.

Utvecklingen av tanken om svart är patenten US patent 1915440( Harry Nyquist) och US patent 2123178( Hendrick Bode).Nyquist kastade tanken på arbetet med vakuumrör med likström, vilket återigen utvidgade gränserna för tillämpligheten av återkoppling. Parallellt var utvecklingen av differentialförstärkare - arbetssignalen för dem är skillnaden mellan de två ingångarna. Utvecklingsstadierna noteras:

• B.H.K. Matthews uppfann en differentialingång för en förstärkare 1934.Nackdel: I kretsen med vanliga katoder är de direkt anslutna till strömkällans negativa pol, vilket direkt minskar förstärkningen.
• Alan Blumlein gick lite längre i brittiska patentet 482470( 1936).Separat vanliga katod från jordmotståndet.
• År 1937 introducerade Franklin Offner återkoppling till designen, vilket reducerade förstärkningen något, men ökade systemets stabilitet. Under det ovannämnda året kom Otto Schmitt med ett system för pentoder, där denna brist var frånvarande.
• År 1938 introducerade JF Tonnis konceptet av ett långsiktig differentialpar för vakuumrör. I detta fall läggs en kraftkälla mellan marken och det gemensamma högmotståndsmotståndet( i Tonnis - minus 90 V), vilket dessutom minskar katodens potential.
• Otto Schmitt år 1938 diskuterar även långa differentialparet, men redan som en fasomriktare( en ingång är jordad).
• Harold Goldberg inventerar systemet med lågtrafik( ca 2 μV) flerstegs differentialförstärkare. Senare introducerar en pentod i kretsen för att ge den önskade biasströmmen.

Operationsförstärkare:

: s första fåglar

Fokusen på utvecklingen av operationsförstärkare under 30-talet var inom området för analoga datorer. Liknande konstruktioner diskuterades i slutet av 30-talet och 1940 av George Philbrick och Per Holst, som saknade det sista steget - en stor vinst. Användningen av bipolär effekt tillåts att utarbeta mismatch-signalerna i båda riktningarna för noggrann syftning. M9-systemet fungerade som en operationsenhet i ett datorsystem som beräknar projektilens banor för att träffa luftmål.

Forskningsuppgifter beskrivs i Higgins försvarsforskning vid Bell Labs: Elektriska datorer för brandbekämpning.

Således beskriver Karl Schwartzel i 1941-patentet de första opamperna. I dokumentationen kallas uppfinningen summering. Namnets ursprung är trivialt. Uppfinnaren själv skriver att anordningen är utformad för att lägga till n: a antal spänningar och det är möjligt på ett liknande sätt att modifiera befintliga datorer. En del av nyheten var introduktionen av feedback för att minska systemets ingångsmotstånd( vilket kommer att förenkla samordningen med andra delar av den elektriska kretsen och öka förstärkningen).

Innan summeringen inträffade gradvis hade den enda spänningen två poler, vilket i hög grad komplicerade samordningen. Detta patent behandlar en enhet där allt är förenklat. Var och en av de summerade spänningarna vid en av polerna förvärvar en gemensam tråd, och systemets överföringskoefficient kan justeras genom att justera återkopplingsdjupet. Den enda begränsningen är likström, som inte alltid kan övervinna vakuumet.

Utvecklingen av Bell Labs leder till skapandet av en prototyp av det syftade datasystemet, kodnamnet T10.Systemet( US patent 2493183) testades framgångsrikt i december 1941 och utvecklades aktivt i framtiden. Användningsområdet för operationsförstärkare i det har blivit väsentligt utökat. Det bör noteras att publiceringen av patentet Shvarttsel, deklarerad 1 maj 1941, inträffade först efter andra världskrigets slut( 1946).Allierade ansåg därför att denna innovation var viktig. Dessutom var specifikationen för styrsystemet självt praktiskt taget i öppen åtkomst( för fiendens agenter).

Frågan uppstår: varför omvandlar Shvartzel operationsförstärkaren signalen? Vi tror - även om det inte är direkt angivet någonstans - att detta görs för pilots bekvämlighet. I luftfart är det vanligt att använda flygplanets inversion i stigvinkel. Sålunda ville konstruktörerna förenkla den elektriska kretsen och i framtiden att använda operationsförstärkare som en del av inbyggnadselektroniken. Pitch vinkel inversion är antagen för att kompensera för de fysiologiska egenskaperna hos piloten som en representant för Homo Sapiens. Om du gör det motsatta, vid låga höjder kommer planet att falla till marken. Detta diskuterades vid fysikens lärdomar i mellanklassen i gymnasiet.

Nästa fråga: Varför innehåller Schwartzel operationsförstärkare upp till tre signaler vid ingången? Vi tror att svaret ligger inom området funktionella begränsningar av automatisering. Den första vägledningen till målet är manuellt utförd av operatören, då ger det optiska systemet beräkningsenheten information om vilken förfiningen utförs. Kanske med en ledning på målets hastighet och räckvidd. Som ett resultat bör signalen från styrhandtaget summeras med sändarens kommandon. Den tredje ingången behövs för återkoppling, vilket kommer att ge rörelsen på stammen önskad jämnhet och eliminera olika överskott.

Som en följd uppnådde operationsförstärkaren lösningar och samtidigt fick 95 dB( 65 000 gånger) och hade en otrolig belastning på 6 kΩ( ingången till en modern högtalare är hundra Ohm - för jämförelse).Och i April 1947 mottog huvuddesignerna av T9-styrsystemet Lovell, Parkinson och Kun en medalj för tjänster till fosterlandet, som inrättades av presidenten för andra världskriget( från 8 september 1939) till 1952.Detta är den högsta utmärkelsen för civila som bidragit till segern över fienden.

Sannolikheten att slå T9-målet var 90%.Så förmodade tanken på att en sådan dator för länge felfärdade fienden från att attackera USA och allierade. Verktyget blev omedelbart deklarerat det viktigaste sättet att skydda frihet och demokrati i världen.

Utveckling av operationsförstärkare

Ytterligare arbete inom utveckling av operationsförstärkare flyttade( 1947) till Columbia University i New York. Verksamheten övervakades och styrdes av professor John Ragazzini. Under utveckling utvecklades ett system med två trioder( det fanns tre före dem), men av förståeliga skäl finns det lite information om designen till denna dag. Författaren heter Julie Loeb. Kretsens belastning har ökat flera gånger och uppgick till 300 kΩ.

Det är i schemat från Julie Loeb att två ingångar visas istället för en inverterande: inverterande och inte inverterande. Det är fortfarande möjligt att lägga till stress på var och en. Denna kvalitet används idag - ingen ny uppfanns. Differentialingången kompenserar för brusdrift, men de förblir stora om det behövs förstärkning av sub-millivoltsignaler. Introducera ett fel vid driftstoppets termiska avgång och långsiktiga fluktuationer. Svårigheten är löst med hjälp av en chopper( skär spänningen i högfrekventa pulser).Förslag som föreslogs 1949 av Edwin Goldberg.

Driften minskar med chopperöverföringsförhållandet. En sida fördel är möjligheten att använda låga frekvenser, inklusive konstant spänning. På grund av förekomsten av feedback kan chopper ge en vinst på upp till 100 dB, och totalt ger Goldberg-kretsen 163( 150.000.000 gånger).Nyheten hade flera begränsningar:

1. De första systemen med choppers fungerade endast i inverteringsläget. Genomförandet av de vanliga krav som ingår i systemet för många kaskader.
2. Vid tiden 1949 fanns det inget begrepp om strömbrytare. Skärningen gjordes med mekaniska anordningar. Situationen har redan lösts i halvledarteknologi, och idag innehåller varje växelströmförsörjning en chopper på en tyristor( triac).

Halvledare i

operationsförstärkare Under andra hälften av 40-talet uppträdde bipolära och fälteffekttransistorer på scenen, och år 1958 uppfann Jack Kilby från Texas Instruments integrerade kretsar. Den plana processen att montera på en kristall med olika konfigurationer har revolutionerat fältet för operationsförstärkare. Som ett resultat ger början på 60-talet nya enheter med strömförsörjning i storleksordningen 10-15 V i stället för 350 som fanns tidigare. De första integrerade kretsarna visade sig vara klumpiga och representerade ett litet bräde med monterade element( och transistorer) översvämmade med förening. Pålidad belastning, belastningsresistans nådde knappt 500 ohm.

Men utrustningen stod inte stilla. Till exempel gjorde varactorbroen det möjligt att förstärka mycket små DC-signaler till ett stort värde. Vad gjorde det möjligt att kontrollera olika mekanismer direkt. Idag är de flesta operationsförstärkare halvledarkristaller med aktiva och passiva element som bildas på dem.