Гарольд Стивен Блэк (14 апреля 1898 — 11 декабря 1983) — американский инженер-электрик , совершивший революцию в области прикладной электроники, изобретший усилитель с отрицательной обратной связью в 1927 году. Некоторые считают его изобретение самым важным прорывом двадцатого века. века в области электроники , поскольку имеет широкую область применения. Это связано с тем, что все электронные устройства (вакуумные лампы, биполярные транзисторы и МОП-транзисторы) по своей природе нелинейны, но их можно сделать практически линейными с помощью отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь работает, жертвуя усилением ради более высокой линейности (или, другими словами, меньших искажений / интермодуляции ). Жертвуя усилением, это также дает дополнительный эффект увеличения полосы пропускания усилителя. Однако усилитель с отрицательной обратной связью может быть нестабильным и может колебаться. Как только проблема стабильности решена, усилитель с отрицательной обратной связью становится чрезвычайно полезным в области электроники. Блэк опубликовал знаменитую статью « Усилители со стабилизированной обратной связью» в 1934 году.
Он родился в Леоминстере, штат Массачусетс, в 1898 году. Он поступил в Вустерский политехнический институт (WPI), чтобы получить первую степень. Впоследствии он получил степень бакалавра электротехники в WPI в 1921 году, а затем присоединился к Western Electric , которая была производственным подразделением AT&T. Он присоединился к Bell Labs (1925 г.), где проработал техническим персоналом до выхода на пенсию (1963 г.).
Блэк начал писать свою автобиографию с предварительным названием «Прежде чем паром пришвартовался». [1] Однако он умер в декабре 1983 года в возрасте 85 лет, не успев закончить книгу.
Усилители неизбежно нелинейны. Поэтому каждый раз, когда сигнал усиливается в телекоммуникационной сети, что может происходить в цепи десятки раз, 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, компенсируя часть искажений. Эта конструкция усилителя улучшила, но не решила проблемы трансконтинентальной связи. [2]
После многих лет работы Блэк изобрел усилитель с отрицательной обратной связью, который использует отрицательную обратную связь для уменьшения усиления нелинейного усилителя с высоким коэффициентом усиления и заставляет его действовать как линейный усилитель с низким коэффициентом усиления с гораздо меньшими шумами и искажениями. Усилитель с отрицательной обратной связью позволил системе Bell уменьшить перегруженность линий и расширить сеть междугородной связи за счет операторской телефонной связи. Это позволило разработать точные системы управления огнем во время Второй мировой войны и легло в основу первых операционных усилителей , а также точных аудиогенераторов с переменной частотой. [2]
По словам Блэка [3], вдохновение на изобретение усилителя с отрицательной обратной связью пришло к нему, когда он путешествовал из Нью-Джерси в Нью-Йорк, переправившись на пароме через реку Гудзон в августе 1927 года. Ему не о чем было писать, и он набросал свои мысли на эту тему. опечатку на странице «Нью-Йорк Таймс», а затем подписал и поставил дату. [2] В то время штаб-квартира Bell Laboratories располагалась по адресу 463 West Street, Манхэттен , Нью-Йорк , а не в Нью-Джерси, и он жил в Нью-Джерси, так что каждое утро ездил на пароме на работу.
Через пятьдесят лет после своего изобретения в 1927 году он опубликовал в IEEE Spectrum статью, посвященную исторической подоплеке своего изобретения. [3] Он опубликовал классическую статью об усилителе с отрицательной обратной связью в 1934 году, [4] которая была переиздана в Proceedings of IEEE два раза в 1984 и 1999 годах [5] [6] Внутри его классической статьи 1934 года «Стабилизированная подача- обратные усилители», он упомянул работу Гарри Найквиста над критерием 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 к переизданию 1999 г. в Proc. IEEE. [7] Джеймс Э. Бриттен писал о нем в 1997 году. [1] [3] Некролог о Блэке был опубликован IEEE Transactions on Auto Control в 1984 году. [8]
Он также работал над импульсно-кодовой модуляцией и написал книгу «Теория модуляции» ( Ван Ностранд , 1953). Ему принадлежало множество патентов, самым известным из которых был патент США 2 102 671 «Система перевода волн», выданный Bell Laboratories в 1937 году и касающийся усилителя с отрицательной обратной связью. [9]