Непереможні операційники

Непобедимые операционники

В. Л. Шило Некий наївна людина припускав, що операційні підсилювачі вкрай необхідні хірургам, роблячи операції. Насправді з допомогою цих підсилювачів можна вирішити операторные рівняння. Однак їх використовують й у медичній техніці: наприклад, без високоякісного підсилювача немислимий кардиоскоп!

Весна, війна і підсилювачі Ловелла

Одним із перших винахідників операційного підсилювача (ЗУ), оформленого як ламповий модуль, очевидно, був інженер «Белл Телефон Лабораторіз «(БТЛ) Кларенс А. Ловелл (Clarens A. Lovell). Він зробив хороший модуль ЗУ (т. е. «залізо »), проте над «паперовим «забезпеченням — описом можливих способів використання багатоцільового ЗУ (зараз такі книжки називаються «Інструкція по застосуванню «- Application Report) — Ловелл працював денно і вночі, але безуспішно. З допомогою його ЗУ можна було диференціювати і інтегрувати сигнали, маніпулювати ними. Однак за тих вікнами нью-йоркської штаб-квартири БТЛ була тривожна весна 1940 р., та надій на широке застосування якогось наївного підсилювача було замало. Найкращі американські радиоэлектронщики (безперечно що це БТЛовцы) відчайдушно намагалися пристосувати свої мирні вироби до потреб фронту. Зовсім несподівано знайшлося місце й у ЗУ Ловелла.

Вещий сон Паркинсона

В це водночас 29-річний інженер БТЛ Девід Б. Паркінсон (David B. Parkinson) був такий сильно стурбований долею свого апарату — автоматичного реєстратора рівнів швидко мінливих сигналів, що у легенді, зафіксованої історія техніки, їй потрібні навіть наснився віщий сон.

Он нібито потрапив у батарею до зенітникам, які спритно збивати літаки противника хіба що з першого пострілу. Проте за наводкою гармати артилеристи ніякі маховички зі звичайним розпачем не крутили. Командир показав Паркінсонові, у чому справа. До зенітці був пристосований реєстратор Девіда, що й гарантував настільки хорошу точність стрельбы.

Главное — ідея. Вже у грудні 1941 р. випробувала зразок системи, а до початку 1943 р. фірма «Вестерн електрик «(Western Electric, WE — тодішнє дослідне виробництво для БТЛ) вже «клепала «М-9 — серію приладів управління артилерійським зенітним вогнем ПУАЗО. Не варто Другої світової війни на WE випущено більш 3000 комплектів М-9.

Сигналы наведення у перших серіях ПУАЗО М-9 надходили від оптичних датчиків, а подальших — від радіолокаційних. Але до чого ж тут вироби Ловелла? Саме його ЗУ по координатам попереднього становища літака безупинно розраховували наступне, цілком можливе побачення приреченого аероплана з зенітними снарядами.

Инженеры БТЛ на 28 операційних підсилювачах Ловелла реалізували системі М-9 жодну з перших аналого-вычислительных машин (АВМ). Зазначимо, що вихідні поточні тривимірні сигнали цієї АВМ змінювали становище движков прецизійних дротяних потенциометров, мали діаметр по полметра!

Эти потенциометры автоматичної наведення, що й були фірмовими винаходами Паркінсона, живили двигуни управління становищем стовбурів зеніток. Маховички наведення (як тоді в сні!) крутилися самі. Яка була і ефективність М-9? Без цього ПУАЗО однією літак зенітники витрачали до 1000 снарядів. Тепер виявилося досить зробити 100 пострілів, але малогабаритну ракету «Фау-1 «витрачали 200 снарядов.

Сами прикиньте, скільки ж модулів Ловелла було тоді виготовлено (врахуйте ЗІП, та й, що промисловість союзників не бездельничала!).

АВМ працюють швидко, але з пам’яттю вони плоховато

В повоєнні роки перспективи АВМ виглядали оптимістично, їхнього реалізації робили безліч ЗУ — лампових модулів. Усі структурні варіанти схем ЗУ: прямого посилення, з модуляцією, з прерывателем (чоппером), з корекціями — з’явилися ще лампових вариантах.

Еще з 1930;х змінні модулі - підсилювачі сигналів неузгодженості - застосовували в літакових автопилотах. Змінний модуль дозволяв полагодити автопілот навіть за умов польового аэродрома.

Однако тому, що з АВМ не винайшли надійну і розвинену пам’ять, процес зупинився. Але було подивитися, які красиві і гіллясті «дерева «малювали тодішні ентузіасти АВМ!

Переход на транзисторні модулі справи не змінив. Однією із перших, яка випустила ринку транзисторні модулі - ЗУ загального застосування, була невеличка фірма «Филбрик «(Philbrick). Професор Филбрик, її творець, систематизував метрики параметрів транзисторних ЗУ, розширив полі базових схем їх застосування, що сприяло збільшенню обсягу продажів модулів його конструкції. Популярною була чудова книжка Филбрика щодо застосування цих модулей.

Был у цій відчуття історії і цікавий випадок. Знаменита і нині транснаціональна корпорація Analog Devices, що випускала безліч відмінних модулів на відібраних (і підібраних) транзисторах, перейшла на монолітну технологію одній з последних.

Чудесное порятунок лінійної техники

К 60-х років цифрова мікроелектроніка остаточно «задавила «ідею АВМ, але тільки самі ЗУ! Успіхи п’яти (1958;1963г.г.) виробництва, застосування, а головне, нарощування обсягу продажу перших серій цифрових мікросхем стимулювали потреба у винахід певної багатоцільовий аналогової мікросхеми. Після шарахань та пошуків виявилося, що панацея — той самий ЗУ (американізм: operational amplifier — Op-Amp).

Первые монолітні напівпровідникові аналогові мікросхеми ентузіасти з простоти сердечної намагалися робити за цифрових технологічних лінійках і а то й відразу терпіли фіаско, те й мало хорошого отримували (як у техніці, і від начальства). Як виявилося, слід було перейти на высокоомный кремній, розробити йому аналоговий технологічний процес, придумати нові напівпровідникові структуры.

Особый розмова — нова схемотехника. Транзистори тепер слід було не заощаджувати, а розміщувати на кристалі якнайбільше. Надмірність дозволила зафіксувати параметри ЗУ. Вони тепер стали добре працюватиме, як в «жахливому «діапазоні температур (від -60 до 125°С), і при п’ятикратних межах зміни що живлять напряжений.

Эти піонерні завдання вдалося розв’язати «батькові «монолітних ЗУ перших поколінь молодому фахівцю Роберту (по-свійськи, Бобу) Видлару (Robert J. Widlar).

Боб Видлар

Основоположник лінійної інтегральної схемотехники, автор багатьох нині базових напівпровідникових структур Роберт Видлар, народився 30 листопада 1937 р. у місті Кливленд, штат Огайо. Отже, він житель півночі по рождению.

Но в 1962 р. Боб закінчив Колорадський університет у Боулдере, але це місце — у центрі США. Навчання з 1959 до 1961 рр. Видлар поєднав із роботою технічним інструктором на авіабазі ВПС США (пам'ятаєте, на автопилотах застосовували операційні підсилювачі?). Потім працював у компанії Ball Brothers у тому Боулдере. Там розробляли управляючу систему для орбітальної сонячної обсерваторії (й тут без ЗУ не обойтись).

Казалось б, все гаразд молодого специалиста!

Но наприкінці 1963 р. Боб переїхав на південний захід США, до Каліфорнії, до міста Маунтин-Вью, в Кремнієву Долину. Він влаштувався фірму «Файрчайлд «(Fairchild) і очолив там відділ лінійних інтегральних схем.

" Файрчайлд «в 40-і роки робив навіть літаки і телескопи. Напівпровідникову тематику на «Файрчайлд «занесли фахівці, сбежавшие (в буквальному значенні!) наприкінці 1950;х років від Шоклі з фірми Shockley Semiconductor. Між іншим, саме тут своєму «сарайчику «Шоклі вперше налагодив промислове виготовлення транзисторів. Шоклі - справжній каліфорнієць — відкрив своєї фірми саме у Маунтин-Вью, хоча транзистор винайшов у Нью-Йорку, працюючи в БТЛ (1948 р.). «Неї «і поклав початок Силіконової Долине.

Вообще, до початку 1960;х років американська електроніка «переїхала «з смогового Нью-Йорка на «півдня »: до Каліфорнії і Техас. Почалася і «електронна війна «цих штатів. Деякі підсилювальні мікросхеми на «Файрчайлде », ясна річ, робили і по приходу Видлара, але не матимуть особливого успіху, що, втім, відносилося й до файрчайлдовским цифровим мікросхемах дотехасских серій (маю на увазі серії SN54/74 фірми Texas Instruments). Повна цифрова Вікторія була за техасцами.

Но ось аналоговий бій виграв Видлар, майже одиночній тюремній камері! За роки роботи на «Файрчайлде «Боб розробив і впровадив у виробництві свою всесвітню «лінійну серію «(в дужках вказані радянські репликаты цих класичних виробів): мА702 (14ОУД1), мА709 (153УД1), мА710 (521СА2), мА711 (521СА1), мА723, мА726.

В світі випустили за позицією від 10 до 100 млн. прим. Але Видлару треба було суто напівпровідникова фірма (як Texas Instruments). І на 1966 р. він став однією з засновників National Semiconductors Linear IC Group (скорочено NS) — як суто напівпровідникової фірми, а й спеціалізованої лінійної (р. Санта-Клара, Калифорния).

Видлар посів NS посаду директора за перспективними схемами і зробив мікросхеми для наступного покоління: LM101 (153УД2), LM108 (104УД14), LM118(140УД10,) LM102, LM109, LM111(521СА3). Разом з Видларом в NS працювали інші дуже талановитих людей: Боб Добкін, Карл Нельсон, Джордж Эрди, Минео Яматаке. Друг Яматаке підтримував Боба до його останніх дней.

С 1963 по 1971 рр. Видлар написав більше півсотні статей по лінійної тематиці (як опис «нутрощів «ЗУ, і способів їх застосування). Він був власником десятків персональних патентів на інтегральні структури: це, наприклад, бічний p-n-p, опорний елемент band-gap, супер-бета-транзистор, низьковольтні (1,2 У) підсилювачі тощо. д.

Даже в далеких Москві, Ризі, Києві із яким нетерпінням чекали його нових статей: «Що ще Боб придумав? ». Він для нас світ у віконці (бібліотечному). Та на початку 70-х Видлар… исчез.

В 2002 р. міг би виходити пенсию В 1971 р. винахідник переселився (куди південніше?) в Мексику, де почала працювати його нова фірма Linear Technology Corp.(сокращенно LTC) Говорили, що у Мексиці податковим пресом був ніжніше, ніж у США. Так чи інакше LTC зараз — транснаціональна корпорація з надзвичайно широкий спектр аналогових изделий.

Последние 20 років свого життя Р. Видлар працював по контрактами з NS і робив якийсь невизначеною відпрацюванням процесів виробництва. Реально, відповідно до вивченню патентних довідників, виявилося, що в 1971 р. Видлар отримав 4 патенту. Це був останній сплеск справжньої видларовской активності! Потім були багаторічне мовчання. Не варто 1989 р. (за 18 років) він оформив 8 патентів на винаходи. І все!

Последнюю свою статтю на IEEE Journal of Solid-state circuits, (1991, v. 26, № 8) Роберт Видлар прочитати не зміг. Він помер 27 лютого 1991 р. в мексиканському містечку Пуэрто-Валларта. Було йому 53 року. До пенсії залишалося 12 лет.

Ор-Аmр жив, живий і буде жить

Аналоговый світ «переїхав «в XXI століття цілком благополучно. Звісно, можна дістатись квантових структур будь-яких сигналів, можна полічити по бітам ці квантики, але температуру, тиск, швидкість і т. п. зручніше вимірювати у тому безупинному аналоговому перебігу, т. е. у реальному часу. І цього нам просто необхідні нинішні ЗУ, параметри яких стоїмо навіть поблизу ідеальним: вхідних струмів майже немає, разбалансы підгонкою зведені нанівець, коефіцієнт посилення дуже «наблизився «до нескінченному значенням, а струм споживання найчастіше настільки малий, що його й виміряти трудно.

Такие ЗУ можуть «витягнути «сигнал будь-якого датчика з еквівалентній роздільну здатність до 25 біт. Є гигагерцовые ЗУ, придатні цифрових осцилографів, телекамер і радиолокаторов.

Мощные ЗУ працюють у контурах авторегулирования й у промоборудовании.

Словом, слава непереможним операционникам і велика подяку энтузиастам-изобретателям!

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.