Гарольд Стивен Блэк (14 апреля 1898 г. — 11 декабря 1983 г.) — американский инженер-электрик , который произвел революцию в области прикладной электроники, изобретя усилитель с отрицательной обратной связью в 1927 г. Некоторые считают его изобретение самым важным прорывом двадцатого века в области электроники , поскольку оно имеет широкую область применения. Это связано с тем, что все электронные устройства (вакуумные лампы, биполярные транзисторы и МОП-транзисторы) по своей сути нелинейны, но их можно сделать существенно линейными с помощью применения отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь работает, жертвуя усилением ради более высокой линейности (или, другими словами, меньших искажений / интермодуляции ). Жертвуя усилением, она также имеет дополнительный эффект увеличения полосы пропускания усилителя. Однако усилитель с отрицательной обратной связью может быть нестабильным, так что он может колебаться. После решения проблемы устойчивости усилитель с отрицательной обратной связью становится чрезвычайно полезным в области электроники. Блэк опубликовал известную статью « Стабилизированные усилители с обратной связью » в 1934 г.
Он родился в Леоминстере, штат Массачусетс, в 1898 году. Он поступил в Вустерский политехнический институт (WPI) для получения своей первой степени. Впоследствии он получил степень бакалавра наук по электротехнике в WPI в 1921 году, а затем присоединился к Western Electric , производственному подразделению AT&T. Он присоединился к Bell Labs (1925), где был членом технического персонала до выхода на пенсию (1963).
Блэк начал писать свою автобиографию с предварительным названием «До того, как паром причалил». [1] Однако он умер в декабре 1983 года в возрасте 85 лет, так и не успев закончить ее.
Усилители неизбежно нелинейны. Поэтому каждый раз, когда сигнал усиливается в телекоммуникационной сети, что может происходить десятки раз в цепи, добавляются шум и искажения. Блэк первым изобрел усилитель прямой связи, который сравнивает входной и выходной сигналы, а затем отрицательно усиливает искажения и объединяет два сигнала, отменяя часть искажений. Эта конструкция усилителя улучшила, но не решила проблемы трансконтинентальной телекоммуникации. [2]
После многих лет работы Блэк изобрел усилитель с отрицательной обратной связью, который использует отрицательную обратную связь для снижения усиления нелинейного усилителя с высоким коэффициентом усиления и заставляет его работать как линейный усилитель с низким коэффициентом усиления с гораздо меньшим шумом и искажениями. Усилитель с отрицательной обратной связью позволил Bell system уменьшить переполненность линий и расширить свою междугородную сеть с помощью телефонии с несущей. Он позволил разработать точные системы управления огнем во время Второй мировой войны и лег в основу ранних операционных усилителей , а также точных аудиогенераторов с переменной частотой. [2]
По словам Блэка [3], он черпал вдохновение в изобретении усилителя с отрицательной обратной связью, когда путешествовал из Нью-Джерси в Нью-Йорк, переправляясь на пароме через реку Гудзон в августе 1927 года. Не имея ничего, на чем можно было бы записать, он набросал свои мысли на неправильно напечатанной странице New York Times, а затем подписал ее и поставил дату. [2] В то время штаб-квартира Bell Laboratories располагалась по адресу 463 West Street, Manhattan , New York City , а не New Jersey, и он жил в Нью-Джерси, поэтому каждое утро ездил на работу на пароме.
Спустя пятьдесят лет после своего изобретения в 1927 году он опубликовал статью в IEEE Spectrum относительно исторического фона своего изобретения. [3] Он опубликовал классическую статью об усилителе с отрицательной обратной связью в 1934 году, [4] которая была перепечатана в Proceedings of IEEE дважды в 1984 и 1999 годах [5] [6] В своей классической статье 1934 года «Стабилизированные усилители с обратной связью» он упомянул работу Гарри Найквиста по критерию устойчивости, поскольку усилитель с отрицательной обратной связью может быть нестабильным и колебаться. Таким образом, с помощью теории Найквиста ему удалось продемонстрировать стабильный усилитель с отрицательной обратной связью, который можно использовать в реальности. Бернард Фридланд написал введение для переиздания 1999 года в Proc. IEEE. [7] Джеймс Э. Бриттен написал о нем в 1997 году. [1] [3] Некролог, посвященный Блэку, был опубликован в журнале IEEE Transactions on Automatic Control в 1984 году. [8]
Он также работал над импульсно-кодовой модуляцией и написал книгу «Теория модуляции» ( Ван Ностранд , 1953). Он имел много патентов, самым известным из которых был патент США 2,102,671 «Система трансляции волн», который был выдан Bell Laboratories в 1937 году и охватывал усилитель с отрицательной обратной связью. [9]