12 классических схем электроники
Этот текст взят из журнала Электроника. Кажется, что это был юбилейный №11 за 1980г. Вряд ли ты его сейчас найдёшь. Поэтому я и решил привести эту статью на сайте. Насмотря на солидный возраст, на мой взгляд статья всё ещё интересна.
Классические схемы
Развитие электронной промышленности было результатом воздействия сложных факторов -- технических, социальных, экономических и политических. Но если смотреть глубже, в основе этого развития лежали схемы, которые сделали возможным электронную связь и обработку информации.
Несмотря на все многочисленные нововведения, которыми отмечен многолетний пройденный путь, все схемы по существу происходят от примерно 12-ти основополагающих. Ниже приведены некоторые из них, ставшие, по мнению редакции Electronics, фундаментом для последовавшего промышленного развития радиотехники, телевидения, компьютеров и других систем обработки данных.
Решить задачу выбора было не просто, однако, по мнению редакции, отобраны действительно новаторские схемные решения, достойные быть представленными в первых рядах.
1. Ламповый генератор (1912 г.)
Генератор на электронной лампе в отличие от его предшественника -- искрового разрядника -- генерировал незатухающие колебания одной частоты, что дало возможность осуществить связь по одному частотному каналу.
Используя положительную обратную связь и триод в качестве источника энергии подкачки, схема давала на выходе синусоидальные колебания на резонансной частоте контура. Схему такого типа изобрели в 1912 году несколько человек: Реджинальд Фессендерн, Александр Мейснер, Г. Дж. Раунд и Ли Де Фрост. Но наиболее широкое распространение на первых порах получили устрйоства Эдвина Армстронга (рис, а) и Эдвина Колпица (рис, б) -- аналогичная схема была также представленна Р. В. Л. Хартли.
2. Модулятор с неизменным током (1913 г.)
Ламповая схема Хайсинга, созданная им в 1913 г. в фирме Western Electric, была первым эффективно работающим модулятором. Благодаря катушке индуктивности L, препятствовашей изменению полного анодного тока ламп V1 и V2, модулирующий сигнал подавался в анодную цепь ВЧ-генератора таким образом, что низкочастотные колебания на выходе модулятора приводили к аналогичным изменениям анодного тока генератора.
3. Триггерная схема (1919 г.)
Среди множества схем. выросших из базового триггерного устройства (рис, а), изобретенного работавшими в Англии Эккслом и Джорданом, были самовозбуждающийся и ждущий мультивибраторы, а также триггер Шмитта. Схема с двумя устойчивыми состояниями, т.е. обычный триггер (рис, б) -- предшесственница схем счета-деления частоты и компьютера.
4. Автоматическая регулировка громкости (1926 г.)
Одной из первых схем, использовавших свойства отрицательной обратной связи, была схема автоматической регулировки усиления для радиоприёмников с амплитудной модуляцией, которая обеспечивала практически постоянную громкость в широком диапазоне изменений уровня ВЧ-сигналов. Схема АРУ была сконструирована Гарольдом Уилером в 1926 г. в Hazetline Corp, где он работает и сейчас. (На момент написания статьи шел 1980г)
5. Антенна Уда-Яги, типа "волновой канал" (1926 г.)
Яги и Уда, сотрудники университета Тохоку (Япония), разрабатывая схемы электромагнитной связи, размеры, которых были большими посравнению с длинойволны, впервые использовали интерференцию для повышения усиления и направленности проволочных антенн.
Хотя изобретение было задумано в 1921 г., промышленная реализация на западе началась лишь в конце 1920-х годов после перевода их статьи в июньском номере журнала PIRE за 1928 г.
6. Усилитель с ОС (1927 г.)
Выполняя одну из наиболее фундаментальных разработок в истории техники связи, Г. С. Блэк нашел, что отрицательная обратная связь, введенная в усилитель, позволяет уменьшить искажения в широкой полосе частот и вместе с тем улучшить стабилизацию. Этот результат, полученный в ходе работ в Bell Labs в 1927 г., отличался от результата Уилера, использовавшего ОС для управления.
7. Схема фазовой автоподстройки (1932 г.)
Работавший во Франции Бельсиз первым описал схему синхронного приёма радиосигналов, которая была проще и элегантнее использовавшейся тогда схемы супергетеродинного приёма. Эта схема ФАПЧ, в которой сигнал обратной связи заставляет управляемый напряжением автогенератор подстраиваться точно на частоту приходящего сигнала. В наши дни схема широко применяется во многих устройствах обработки и передачи информации.
8. Автоматическая подстройка частоты (1932 г.)
Дискриминатор Чарльза Трэвиса и схема с реактивной лампой (показанные выше в урощенной модификации Сили) разработаны им в 1935 г. в RCA; они стали главным элементом первой системы АПЧ и послужили базой для создания модулятора с реактивной лампой и дискриминатора Фостера-Сили для ЧМ-приёмников.
9. Схема бланкировки шумов (1936 г.)
Схема шумоподавления Джеймса Дж. Лэма сделала супергетеродинные АМ-приёмники практически невосприимчивыми к помехам от зажигания и к импульсным помехам, резко снизив одновременно уровень помех неповторяющегося характера. В отличие от существовавших тогда схем такого назначения, работавших по принципу ограничения импульсов сигналов, схема Лэма запирала приёмный тракт при приходе каждого помехового импульса, оставляя его открытым для полезного сигнала во все остальные моменты времени.
10. Операционный усилитель (1938 г.)
Изобретение Филбриком в 1938 году ОУ, выполнявшего электронным путем интегрирование и дифференцирвоание, было не столь изобретением схемы, сколько разработкой принципа. Используя нечётное число обычных ламповых каскадов высокого усиления, создающих требуемых фазовый сдвиг на 180o между входом и выходом, Филбрик (и независимо от него Ловелл) показал, что передаточную функцию схемы можно задать двумя внешними компонентами. Эта работа привела к созданию активного фильтра.
11. Гиратор (1948 г.)
Изобретение в 1948 году Теллегеном (Philips) гиратора, сделало возможным разработка однонаправленных СВЧ-ответвителей и безиндуктивных фильтров. Обладая входным сопротивлением, пропорциональным полной проводимости на выходеЮ этот почти не создающий потерь компонент позволял, создавая ёмкостную нагрузку, синтезировать электрические характеристики индуктивности. Это устройство ведёт себя как пассивное, хотя в большинстве случаев содержит в себе активные элементы.
12. Схема двухшагового интегрирования (1955 г.)
Разработанный в 1955 году Гильбертом из Western Instruments двухшаговый интегратор значительно упростил преобразование аналогового сигнала в его цифровой эквивалент и сделал точность любых измерений, выполняемых сравнительно новым цифровым вольтметром, зависящей только от точности опорного напряжения. В настоящее время эта схема или её усовершенствованные варианты используются повсеместно изготовителями цифровых вольтметров.
Вместо эпилога
Отдавая должное этим 12-ти схемам, оказавшим такое влияние на промыленное развитие электроники за прошедшие 50 лет, нельзя не обратить внимание и на то обстоятельство, что большинство этих важныхразработок было сделано до 1940г. Действительно, выглядитестественным, что, по мнению большинства современных, инженеров, эпоха чистых схемотехников давно прошла и в области разработок схем мы подошли к пределу.
Нет сомнений, что инженеры исчерпали возможности традиционных разработок. На этом практически закончило свою деятельность первое поколение инженеров. Однако, сейчас мир вступил в период истощения природных ресурсов, имеющих жизненно важное значение для индустриально развитого общества. И в этих условиях от инженеров, т.е. тех, которые обладают изобретательностью и умением, почти наверняка настоятельно потребуют, в последующие 50 лет разработки схем, в которых ради сохранения энергии будут использоваться новые законы или мало использовавшиеся , но сейчас оказавшиеся кстати научные принципы.
Возможно даже, что в перспективе будут созданы электроныне устройства для переноса небольших колчеств вещества в пространстве. И те инженеры, изобретательность которыз позволит им оказаться на уровне стоящих проблем,повсеё вероятности займут почетные места рядом с пионерами электроники.
