《你好，放大器》之二：真空管運(yùn)算放大器的年代

真空管運(yùn)算放大器
1930年及后來(lái)的30年間，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室利用負(fù)反饋技術(shù)來(lái)改善放大器的性能。這導(dǎo)致了真空管運(yùn)算放大器的問(wèn)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(guò)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：　

  （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(shuō)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(zhuān)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(kāi)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(zhuān)利，但是還是不那么理想，主要是開(kāi)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。

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）：

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(kāi)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(méi)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(wèn)世
1956年，GAP/R推出的K2-W真空管放大器開(kāi)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(lái)極其簡(jiǎn)單。電路和實(shí)物如圖：

 
K2-W真空管運(yùn)算放大器

K2-W真空管運(yùn)算放大器的開(kāi)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(kāi)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(wèn)，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(méi)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(méi)有windos操作系統(tǒng)，只有dos，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有“個(gè)人電腦—PC機(jī)”，要想用早期蘋(píng)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。