負(fù)反饋的故事

時(shí)間：20世紀(jì)初期

地點(diǎn)：哈德孫河的渡口

人物：Harold Black。在Bell實(shí)驗(yàn)室工作了6年的工程師

陰沉沉的天空不時(shí)劃過幾條犀利的閃電，隨著幾聲悶雷響徹Hudson River的上空。烏云下一排等待渡船到對(duì)岸上班的人群。他們不知道，其實(shí)歷史性的一刻即將到來，這艘平凡的渡輪上將要誕生一個(gè)影響到通信控制方方面面的偉大發(fā)明。Harold Black，一個(gè)沉溺于放大器設(shè)計(jì)若干年的工程師，其貌不揚(yáng)的混跡在其中。略顯睡眠不足的臉上沒人看得出他還煩惱于解決已經(jīng)困擾ATT好久的問題。手里拿著剛買來的紐約時(shí)報(bào)，但心思顯然沒在那上邊。“到底是哪里出了問題了呢，那些失真和自激到底是哪兒產(chǎn)生的呢?" ATT的第一條洲際長(zhǎng)途線路是用每英里1000磅的8號(hào)銅線搭建而成。為了補(bǔ)償傳輸損耗，沿途用了若干級(jí)的電子管放大器。但隨著級(jí)數(shù)的增多失真和自激震蕩也越來越嚴(yán)重。Harold被分派解決這一問題。不知多少個(gè)晝夜了，他窮盡所有的已知技巧還是找不到頭緒。

雷雨中Harold隨著人流登上了渡輪?？粗旗F中時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的對(duì)岸的摩天大樓，他禁不住想起幾天中連續(xù)幾個(gè)夢(mèng)境里的情形。夢(mèng)中一個(gè)白色的妖怪在逐漸的長(zhǎng)大，始終朝他瞪著眼睛，他感到害怕想把它除掉。這個(gè)白色的怪物喜歡吃白色東西，但它不是自己吃，而是喂給它童年小時(shí)候的自己吃，非常奇怪的一幅圖景。妖怪已經(jīng)超乎尋常的巨大，他越來越感到恐懼和無能為力。

渡船搖搖晃晃中Harold依稀回憶起昨天夢(mèng)境中奇異的一幕：一道強(qiáng)烈的紫色雷電閃過，彷佛一條飛旋的紫蛇朝他黑色的眼眸射來，眼前出現(xiàn)一個(gè)紫色的漩渦，它像一個(gè)飛速擴(kuò)張的黑洞，旋轉(zhuǎn)著吞噬一切。身體和意識(shí)一同被漩渦
漩渦吸入，在這個(gè)漩渦里，空間和時(shí)間都為之扭曲。他竭力掙扎，卻無法擺脫，扭曲的光線強(qiáng)烈刺激著他的眼睛。不知過了多久忽然眼前一片綠色，發(fā)現(xiàn)自己正躺在一片茂密的草地上，溫暖的陽(yáng)光灑在身上，空氣中浮蕩著淡淡的青草氣息。正午的陽(yáng)光毫不吝嗇地傾泄下來，曬在皮膚上隱隱作痛。眼前是一片望不到邊際的草原，平緩的丘陵微微起伏著，彷佛大地上青綠色的波濤。。。。。。。（注一）在附近的小山包下邊，他發(fā)現(xiàn)那個(gè)他熟悉的白色的怪物，但是個(gè)剛出生不久的模樣。想著扭曲空間和之前的閃電，他忽然意識(shí)到，啊！我穿越了！…￥#@&×……%￥#×（）&……%￥…… 走進(jìn)那小小的怪物，他發(fā)現(xiàn)一個(gè)模糊的似有似無的身影，像放大了若干倍的怪物自己在喂食幼年的自己白色食物。望著眼前怪異的情形，他腦中忽然閃過一個(gè)念頭，這不正是除掉那個(gè)怪物的好時(shí)候嗎？趁著它還沒長(zhǎng)大。于是他把隨身帶來的一些凡是黑色的東西就朝它嘴里塞。奇怪的景象發(fā)生了，小嬰兒怪物自己似乎很喜歡吃，但它那模糊身影的自己卻變得十分憤怒，劇烈的掙扎著，似乎很恐懼Harold做得一切。又像有什么禁錮在它身上，使它不能阻止他的行為。于是那模糊身影的成年怪物變得越來越小。。。。。。

這時(shí)渡船一陣劇烈的左右搖晃，Harold從夢(mèng)境的回憶中醒來。“都是那個(gè)該死的自激，越來越大，像那個(gè)妖怪。。。。啊！。。。。等等，自激-妖怪，妖怪-自激。。。。。 越來越大。。。。”。Harold忽然覺得抓住了一個(gè)關(guān)鍵的什么東西，但又模模糊糊的飄來飄去。這時(shí)又一道閃電劃過烏黑的夜空。“閃電。。。穿越。。。。?；厝ピ谠撍赖难诌€沒長(zhǎng)大就除掉它？。。。。壞頻率循環(huán)放大了，回到源頭讓它自己把自己消掉？”  就是這個(gè)！放大后的信號(hào)負(fù)反饋回到輸入，把那些不想要的自激頻率抑制住。他飛快的在手頭報(bào)紙畫下這個(gè)思路的框圖以及相應(yīng)的公式。同志們，從這一刻開始著名的負(fù)反饋理論誕生了。人類從此以后人類可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)可靠的自動(dòng)控制，可以登月登火星。。。。。那些后來的電話，計(jì)算機(jī)，自動(dòng)化，導(dǎo)彈火箭，也都受益于此。

以下是Harold的回憶：我立即在紐約時(shí)報(bào)的一頁(yè)畫下了實(shí)現(xiàn)的草圖和負(fù)反饋的方程式并在上邊簽上了自己的名字。20分鐘后回到了位于西街463號(hào)的實(shí)驗(yàn)室。我向手下的Earl做了詳細(xì)解釋，由他做了簽署見證。之后的50年，在Hudson河上的一幕始終在我眼前。當(dāng)有人懷疑我的電路為什么能工作時(shí)，我告訴他們這來自于我2年對(duì)震蕩電路的研究，3年多致力于終端設(shè)備的設(shè)計(jì)和對(duì)電話系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的研究。

“Then came the morning of Tuesday, August 2, 1927, when the concept of the negative

feedback amplifier came to me in a flash while I was crossing the Hudson River on the Lackawanna

Ferry, on the way to work. For more than 50 years I have pondered how and why the

idea came, and I can’t say any more today than I could that morning. All I know is that after

several years of hard work on the problem, I suddenly realized that if I fed the amplifier output

back to the input, in reverse phase, and kept the device from oscillating (singing, as we called

it then), I would have exactly what I wanted: a means of canceling out the distortion in the

output. I opened my morning newspaper and on a page of The New York Times I sketched a

simple diagram of a negative feedback amplifier plus the equations for the amplification with

feedback. I signed the sketch, and 20 minutes later, when I reached the laboratory at 463 West

Street, it was witnessed, understood, and signed by the late Earl C. Bleassing.

I envisioned this circuit as leading to extremely linear amplifiers (40 to 50dB of negative

feedback), but an important question is: How did I know I could avoid self-oscillations over

very wide frequency bands when many people doubted such circuits would be stable? My

confidence stemmed from work that I had done two years earlier on certain novel oscillator

circuits and three years earlier in designing the terminal circuits, including the filters, and

developing the mathematics for a carrier telephone system for short toll circuits.”

這個(gè)發(fā)現(xiàn)，像其他偉大的發(fā)明一樣，在開始都引起了正確性的懷疑，和后來誰(shuí)是真正第一發(fā)明者的爭(zhēng)論。我們熟悉的大名鼎鼎的奈奎斯特（取樣定理和穩(wěn)定性判據(jù)），波特（波特圖和穩(wěn)定性分析）都聲稱是負(fù)反饋的發(fā)明者。但在IEEE的口述歷史中，Harold稱前者只是用更系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述了負(fù)反饋的穩(wěn)定性理論。負(fù)反饋原始的思想早在1927年他就已經(jīng)發(fā)明了。ATT在后來還對(duì)Zenith公司有過該專利的訴訟。