Műveleti erősítő

Az operációs erősítő egy visszacsatolt elektronikus eszköz, amelynek feladata, hogy ismételten növelje a két bemenet közötti jelkülönbséget. Kezdetben a Bell Labs a tervezést a T9 rendszeren belüli repülőgép-fegyverek meghajtására használta. Ezért a név. Az angol nyelvű operáció kétféleképpen fordítható le: az üzemeltető és egyidejűleg sikeres( működő, hatékony).A mai T9-rendszer hatékonysága pedig kétségtelen.

Az

operációs erősítő létrehozása Az elektronikus lámpák fejlesztése

A történet a huszadik század( 1904) születésével kezdődik, amikor Fleming javította az Edison elektronikus lámpáját( lásd az izzólámpát), miután megkapta az első vákuum diódát. Részletesen, az 1883-as szabadalom nem vált az első említésre a termionikus kibocsátásról. Frederic Guthrie már korábban említette ezt a jelenséget( lásd Magnetizmus és Villamosság, 1873).1906-ban Lee De Forestnek köszönhetően megjelent az első vákuum trióda - egy eszköz, amely strukturálisan része az első működési erősítőknek. A meglévő szál( katód) és egy pozitív potenciál lemez( anód) között egy rács került hozzáadásra, amelyen a jel aktívan befolyásolta az elektronok áthaladását a térben.

differenciálerősítők és visszacsatolás

Egy új lépés volt a Bell Labs erősítő technológiájának fejlesztése a visszacsatolással, ami közvetlenül az US 2401779 Karl Schwartzel Jr. szabadalomhoz vezetett, melyet 1941 május 1-jén jelentettek be.

1928-ban nem volt ismert a visszajelzés, amely ma is elterjedt.És amikor a Bell Labs alkalmazottja Harold Black először jelentette be a szabadalmat, kiderült, hogy kevéssé hasznos.9 évig tartott( a 2 102 671 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom) a találmányt szem előtt tartva. Amint gyakran nagy találmányokkal történik, a Föld különböző részein sokan dolgoztak ugyanazon a témán. A tudósok közé tartoznak az

1. Paul Voight( UK 231792, 1924).
2. A.D. Blumlein( 425553 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás).
3. Az ismert vállalat N.V.Philips.

Amikor Black kifejlesztette ötletét, megpróbálta megoldani a helyzetet a kommunikációs vonalakban lévő jelismétlőkkel. Az egyik vákuum trióda csak kedvező körülmények között 1 dB értékű nyereséget eredményezett. Száz, ezerre volt szükség, és ez a zenekar energiát igényelt, és követelte a kísérők figyelmét. A visszajelzéssel rendelkező erősítő lenyűgöző találmánysá vált - a nyereség többszöröse nőtt, miközben növelte a stabilitást( Nyquist kritériumok).A Bell Labs cég szó szerint dühödött az említett ötletre.

A Black ötletének kifejlesztése az 1915440 számú amerikai szabadalom( Harry Nyquist) és az US 2123178( Hendrick Bode) szabadalom. Nyquist az egyenáramú vákuumcsövek munkájának ötletét dobta, ami ismét megnövelte a visszacsatolás alkalmazhatóságának határait. Ezzel párhuzamosan a differenciálerősítők fejlődtek - a számukra a működési jel a két bemenet közötti különbség. A fejlődés szakaszai:

• B.H.K. Matthews 1934-ben találta meg az erősítő differenciál bemenetét. Hátrány: a közös katódokkal ellátott áramkörben közvetlenül csatlakoznak az áramforrás negatív pólusához, amely közvetlenül csökkenti a nyereséget. Az
• Alan Blumlein az Egyesült Királyság 482470. számú szabadalmi leírásában( 1936) egy kicsit tovább ment. Elkülönített közös katódok a talajellenállásból.
• 1937-ben a Franklin Offner visszajelzést adott be a tervbe, ami kissé csökkentette a nyereséget, de növelte a rendszer stabilitását. A fent említett évben Otto Schmitt a pentódákra vonatkozó rendszert hozott létre, ahol ez a hiányosság hiányzott.
• 1938-ban JF Tonnis bevezette a vákuumcsövek hosszú farkú differenciálpárjának koncepcióját. Ebben az esetben a föld és a közös nagy ellenállású ellenállás( Tonnis - mínusz 90 V) között áramforrás van, amely emellett csökkenti a katód potenciálját. Az
• Otto Schmitt 1938-ban a hosszú farok differenciálpárról is beszél, de már fázis inverterként( egy bemenet földelt).Az
• Harold Goldberg 1940-ben az alacsony zajszintű( kb. 2 µV) többlépcsős differenciálerősítő rendszerét vizsgálja. Később egy pentódot vezet be az áramkörbe, hogy biztosítsa a kívánt torzítási áramot.

operációs erősítők: az

első madárjai

A 30-as években a működési erősítők fejlesztésének középpontjában az analóg számítástechnikai eszközök álltak. Hasonló konstrukciókat vitatták meg a 30-as évek végén és 1940-ben George Philbrick és Per Holst, az utolsó lépés hiányában - nagy nyereség. A bipoláris erő alkalmazása lehetővé tette, hogy mindkét irányban kiküszöböljük a nem megfelelő jeleket a pontos célzás érdekében. Az M9 rendszer egy olyan számítógépes rendszer működtető egysége volt, amely kiszámítja a lövedékek pályáját a levegő célpontjainak eléréséhez. Az

kutatási részleteit a Higgins védelmi kutatásaiban, a Bell Labs: Elektromos számítógépek a tűzszabályozásban ismertetik.

Tehát Karl Schwartzel az 1941-es szabadalomban az első opampokat tárgyalja. A dokumentációban a találmányt összegzésnek nevezzük. A név eredete triviális. A feltaláló maga írja, hogy az eszközt úgy tervezték, hogy hozzáadja az n-edik feszültségszámot, és hasonló módon módosítható a meglévő számítógépek. Az újdonság egyik jellemzője a visszacsatolás bevezetése a rendszer bemeneti ellenállásának csökkentése érdekében( ami egyszerűsíti annak összehangolását az elektromos áramkör többi részével és növeli az erősítést).

Mielőtt az összegzés fokozatosan történt, az egyetlen feszültségnek két pólusa volt, ami nagyban bonyolította a koordinációt. Ez a szabadalom olyan eszközzel foglalkozik, ahol minden egyszerűsített. Az egyes pólusok összesített feszültsége egy közös vezetéket kap, és a rendszer átviteli együtthatója a visszacsatolás mélységének beállításával állítható be. Az egyetlen korlátozás az egyenáram, amely nem mindig képes a vákuum leküzdésére.

A Bell Labs fejlesztése a T10 célnevű számítógépes rendszer prototípusának létrehozásához vezet. A rendszert( US 2493183 számú szabadalom) 1941 decemberében sikeresen tesztelték, és a jövőben aktívan kifejlesztették. Jelentősen bővült a működési erősítők használatának tartománya. Meg kell jegyezni, hogy az 1941. május 1-jén bejelentett Shvarttsel szabadalom csak a második világháború( 1946) után következett be.Így a szövetségesek ezt az innovációt fontosnak tartották. Ezenkívül maga a tanácsadó rendszer specifikációja gyakorlatilag nyílt hozzáférésű volt( az ellenséges ügynökök számára).

Felmerül a kérdés: miért fordítja vissza a Shvartzel operációs erősítő a jelet?Úgy véljük - bár ez nem szerepel közvetlenül bárhol -, hogy ez a pilóták kényelme érdekében történik. A légi közlekedésben szokás, hogy a repülőgép inverzióját a szögszögben használják.Így a tervezők egyszerűsíteni akarták az elektromos áramkört, és a jövőben működtető erősítőket használni a fedélzeti elektronika részeként. A pilóta élettani jellemzőinek kompenzálására a homo Sapiens képviselőjének fizikai szögfordulatát invertáljuk. Ha ellenkezőleg, kis magasságban, a sík a földre esik. Ezt a középiskolák középosztályaiban a fizika óráiban tárgyalták.

A következő kérdés: miért ad hozzá a Schwartzel operációs erősítő akár három jelet a bemeneten? Hiszünk abban, hogy a válasz az automatizálás funkcionális korlátai közé tartozik. A kezelőnek a célhoz való kezdeti irányítását kézzel kell elvégezni, majd az optikai rendszer olyan információt szolgáltat a számítástechnikai eszközhöz, amelyen a finomítás végrehajtódik. Talán a cél sebességének és tartományának vezetésével. Ennek eredményeként a vezérlőfogantyúból érkező jelet összegezni kell az adó jelzésével. A harmadik bemenetre szükség van a visszacsatoláshoz, ami a csomagtartó mozgását biztosítja a kívánt simasággal és megszünteti a különböző feleslegeket.

Ennek eredményeképpen az operációs erősítő megoldotta a feladatokat, és ezzel egyidejűleg 95 dB-t( 65 000-szeres) nyert, és hihetetlen 6 k load-os terhelést kapott( a modern hangszóró bemenete 100 ohm - összehasonlítás céljából).1947 áprilisában Lovell, Parkinson és Kun főszereplői, a T9-es irányítási rendszer, az elnökség által a második világháború idejére( 1939 szeptember 8-tól) 1952-ig terjedő időszakra létrehozott szolgáltatásokért érmet kaptak. Ez a legmagasabb díj a civilek számára, akik hozzájárultak az ellenséges győzelemhez.

A T9 célpont elérésének valószínűsége 90% volt. Tehát az ilyen számítógépek hosszú idejű létezésének gondolata elrettentette az ellenséget, hogy megtámadja az Egyesült Államokat és szövetségeseket. Az eszközt a szabadság és a demokrácia világszerte való védelmének legfontosabb eszközévé nyilvánították.

Operációs erősítők fejlesztése

További műveletek az operatív erősítők fejlesztése terén( 1947) a New York-i Columbia Egyetemen. A tevékenységeket John Ragazzini professzor felügyelte és irányította. A fejlesztés folyamán két trióda-sémát találtunk( előttük három volt), de érthető okokból kevés információ áll rendelkezésre a mai napig. A szerzőt Julie Loebnek hívják. Az áramkör terhelése többször megnövekedett és elérte a 300 k értéket.

Julie Loeb rendszerében két inverzió jelenik meg: inverz és nem invertál. Még mindig lehetséges a stressz hozzáadása mindegyikre. Ezt a minőséget ma használják - nem találtak újat. A differenciálbevitel kompenzálja a zajcsúcsot, de nagyok maradnak, ha szükség van az al-millivolt jelek erősítésére. Bevezetésre kerülnek az üzemi pont hőveszteségének és a hosszú távú ingadozásoknak a pontatlansága. A nehézséget chopper használatával oldjuk meg( a feszültséget nagyfrekvenciás impulzusokra vágjuk).Az Edwin Goldberg által 1949-ben javasolt rendszer. Az

Drift-et a chopper átviteli aránya csökkenti. Az oldalsó előny az alacsony frekvenciák használata, beleértve az állandó feszültséget is. A visszacsatolás miatt a chopper 100 dB-ig nyerhet, és a Goldberg-áramkör összesen 163-at( 150 000 000-szer) biztosít. Az újdonságnak több korlátja is volt:

1. Az első süllyesztőkkel csak az inverz módban dolgoztak. A szokásos, a rendszerbe való beillesztés végrehajtása túl sok kaszkádot jelent.
2. 1949-ben a teljesítménykapcsolók fogalma nem volt. A vágást mechanikus eszközökkel végeztük. A helyzetet félvezető technológiában már megoldották, és ma minden kapcsoló tápegység egy szaggatót tartalmaz egy tirisztoron( triac).

félvezetők az operációs erősítőkben

A 40-es évek második felében a bipoláris és terepi hatású tranzisztorok megjelentek a helyszínen, 1958-ban pedig Jack Kilby a Texas Instruments-től. A különböző konfigurációk kristályára szerelt sík folyamat forradalmasította a műveleti erősítők területét. Ennek eredményeképpen a 60-as évek elején új, 10-15 V nagyságrendű áramellátást biztosító eszközök adódnak a korábban létező 350 helyett. Az első integrált áramkörök ügyetlennek bizonyultak, és egy kis táblát ábrázoltak, amelyek szerelt elemekkel( és tranzisztorokkal) voltak elárasztva. Szenvedett nyereség, terhelési ellenállás alig érte el az 500 ohmot.

De a berendezés nem állt meg. Például a varactor híd lehetővé tette a nagyon kis DC jelek nagy értékű erősítését. Mi teszi lehetővé a különböző mechanizmusok közvetlen irányítását. Ma a legtöbb operációs erősítő félvezető kristályok, amelyeken aktív és passzív elemek képződnek.