《你好，放大器》之二：真空管運(yùn)算放大器的年代

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真空管運(yùn)算放大器
1930年及后來的30年間，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室利用負(fù)反饋技術(shù)來改善放大器的性能。這導(dǎo)致了真空管運(yùn)算放大器的問世，即應(yīng)用真空管負(fù)反饋放大器構(gòu)成通用的“運(yùn)算放大器”。這是在1940年，并貫穿第二次世界大戰(zhàn)全過程。

真空管差分對(duì)放大器
1938年，J.F.Toennies提出了真空管差分對(duì)放大器：
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? （a）陰極耦合差分對(duì) ? ? ? ? （b）陰極耦合長(zhǎng)尾差分對(duì)

從圖中我們會(huì)看到這兩個(gè)電路圖跟我們現(xiàn)在的電子技術(shù)基礎(chǔ)教材中的晶體管差分放大器多么相像！也說明我們現(xiàn)在所學(xué)到的電子技術(shù)基礎(chǔ)的理論早在70多年前就已經(jīng)誕生！

Karl D. Swartzels 運(yùn)算放大器
1941年：貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Karl D. Swartzel Jr. 發(fā)明了真空管組成的第一個(gè)運(yùn)算放大器，并取得美國(guó)專利 2,401,779，名為“Summing Amplifier”（加算放大器），在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，該設(shè)計(jì)大量用于軍用火炮導(dǎo)向裝置中；

Karl D. Swartzels 運(yùn)算放大器

Karl D. Swartzels 運(yùn)算放大器元件參數(shù)

Karl D. Swartzels 運(yùn)算放大器的開環(huán)增益為6萬(wàn)倍（95dB），可以驅(qū)動(dòng)6kΩ負(fù)載，電源電壓±350V。
盡管Karl D. Swartzels 運(yùn)算放大器獲得專利，但是還是不那么理想，主要是開環(huán)增益不高。因此，除了Karl D. Swartzels 運(yùn)算放大器外，還有增益更高的真空管運(yùn)算放大器。

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貝爾實(shí)驗(yàn)室的M9真空管運(yùn)算放大器
貝爾實(shí)驗(yàn)室的M9真空管運(yùn)算放大器（1952年）：
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貝爾實(shí)驗(yàn)室的M9真空管運(yùn)算放大器

M9真空管運(yùn)算放大器的開關(guān)直流電壓增益為30 000 000（150dB），M9真空管運(yùn)算放大器是一款僅有反相輸入端的真空管運(yùn)算放大器，這時(shí)還沒有同相輸入端的真空管運(yùn)算放大器。

帶有同相輸入端的真空管運(yùn)算放大器的問世
1956年，GAP/R推出的K2-W真空管放大器開始具有同相輸入端。K2-W采用了兩只雙三極管12AX7，第一個(gè)12AX7構(gòu)成前級(jí)為差分放大器，第二個(gè)12AX7的一個(gè)三極管為共陰極放大電路，后一個(gè)三極管為陰極輸出電路，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。K2-W真空管運(yùn)算放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是把整個(gè)電路安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)八角真空管的管座上，在當(dāng)時(shí)應(yīng)用起來極其簡(jiǎn)單。電路和實(shí)物如圖：

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K2-W真空管運(yùn)算放大器

K2-W真空管運(yùn)算放大器的開環(huán)增益為15000倍。

貝爾實(shí)驗(yàn)室也于1956年推出了全差分真空管運(yùn)算放大器。如圖：

全差分放大器的真空管運(yùn)算放大器“Micro Gee”

“Micro Gee”的開環(huán)增益為10000倍，可驅(qū)動(dòng)25kΩ負(fù)載。

為什么還要真空管運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬計(jì)算機(jī)？
21世紀(jì)的今天，一提到計(jì)算機(jī)，人們馬上想到的是數(shù)字計(jì)算機(jī)。這樣就會(huì)產(chǎn)生疑問，當(dāng)年為什么要用模擬計(jì)算機(jī)而不用數(shù)字計(jì)算機(jī)呢？

我們知道數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異?；氐绞迥昵?，微型電腦的CPU還處在奔騰年代，那個(gè)年代的電腦在近日已經(jīng)被嗤之以鼻，沒人再用?；氐绞昵?，也就是迅馳年代，IBM的R51現(xiàn)在誰(shuí)還在用？肯定寥寥無(wú)幾。

那么，回到35年前，沒有windos操作系統(tǒng)，只有dos，國(guó)內(nèi)也沒有“個(gè)人電腦—PC機(jī)”，要想用早期蘋果電腦解微分方程有多難！有多慢！在當(dāng)時(shí)或更早的年代里，由于模擬計(jì)算機(jī)相對(duì)于數(shù)字計(jì)算機(jī)具有的實(shí)時(shí)性、快速性的特點(diǎn)模擬計(jì)算機(jī)解微分方程遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于當(dāng)時(shí)的數(shù)字計(jì)算機(jī)，這就是當(dāng)年模擬計(jì)算機(jī)的魅力所在，也是真空管運(yùn)算放大器的魅力所在。

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系列之一：放大器簡(jiǎn)史

摘要：運(yùn)算放大器來源于電子線路，與電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。1904年，J.A.Fleming發(fā)明了真正的真空二極管，1906年，Lee De Forest發(fā)明了真空三極管，自此開創(chuàng)了電子技術(shù)時(shí)代。K2-W型運(yùn)放是第一批商品化的運(yùn)放……

系列之三：真空管運(yùn)放的終結(jié)者—晶體管運(yùn)算放大器

摘要：真空管運(yùn)算放大器不僅體積大，而且功耗也很大，如M9型真空管運(yùn)算放大器的最后一級(jí)的6L6陽(yáng)極耗散功率約19W，加上燈絲耗電約6W，6L6上面的損耗可以達(dá)到20W以上，正因?yàn)槿绱耍坏┯辛梭w積小、耗電低的可替代產(chǎn)品，真空管運(yùn)算放大器必將壽終正寢。導(dǎo)致真空管運(yùn)算放大器壽終正寢的的是晶體管和晶體管運(yùn)算放大器……

系列之四：IC時(shí)代來了，1.0版的集成運(yùn)算放大器

摘要：真正讓運(yùn)算放大器從陽(yáng)春白雪，變?yōu)榇蟊娋梢詰?yīng)用的基本電子器件得益于通用型集成運(yùn)算放大器的大量生產(chǎn)……

系列之五：2.0版的集成運(yùn)放，有源負(fù)載替代了集電極電阻

摘要：1967年：美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出 LM101，改善了許多重要問題，使集成電路運(yùn)算放大器開始流行……

系列之六：那些技高一籌的集成運(yùn)算放大器（1）

摘要：如果是特殊應(yīng)用，通用型集成運(yùn)算放大器的性能就顯得不夠，需要選用特殊性能的集成運(yùn)算放大器……

系列之七：那些技高一籌的集成運(yùn)放（2）

摘要：書接上回，還有很多特殊性能的集成運(yùn)算放大器以及新型集成運(yùn)算放大器來滿足不同應(yīng)用的特殊需求……

系列之八：集成運(yùn)放的理論挑戰(zhàn)—深度負(fù)反饋惹的禍

摘要：電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中，往往是說負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn)多，負(fù)反饋的缺點(diǎn)卻很少提及，頂多就是深度負(fù)反饋可能會(huì)引起自激振蕩。那么在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用集成運(yùn)算放大器受到了哪方面的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中所學(xué)的理論的挑戰(zhàn)……

系列之九：為什么還是要集成運(yùn)放—性能，性能

摘要：前面講了集成運(yùn)算放大器和深度負(fù)反饋引入的優(yōu)缺點(diǎn)。似乎集成運(yùn)算放大器并沒有什么優(yōu)勢(shì)，深度負(fù)反饋后也不是那么的理想。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，恰當(dāng)選擇集成運(yùn)算放大器和負(fù)反饋，集成運(yùn)算放大器還是極具優(yōu)勢(shì)的，這是不容置疑的，除非集成運(yùn)算放大器和負(fù)反饋選擇不恰當(dāng)。那么集成運(yùn)算放大器都具有哪些優(yōu)勢(shì)呢……

系列之十：集成運(yùn)放的優(yōu)勢(shì)—模擬之母

摘要：集成運(yùn)算放大器可以完成“所有的”模擬電路功能，不管是線性的還是非線性的電路，只要是能想到的幾乎都能實(shí)現(xiàn)……

系列之十一：集成運(yùn)放還有哪些好處？

摘要：在三類城市，集成運(yùn)算放大器可以以0.8元的零售價(jià)買到四運(yùn)算放大器（LM324），而小信號(hào)雙極型晶體管的零售價(jià)至少要0.2元，電阻的單價(jià)也要0.02~0.03元，電容器的單價(jià)也要0.1元或更高。這樣就可以看到前文曾提到的分立元件構(gòu)成的電路沒有競(jìng)爭(zhēng)力……