Перелом (СИ) - Суханов Сергей Владимирович - Страница 91

Я ради интереса полистал журнал и был удивлен уровнем вопросов, которые там поднимались. Так, в первом номере за сороковой год была статья "Задача о блокировке и преобразование контактных групп", где прорабатывалась теория образования релейных схем. В статье "Автоматическое получение неподвижных изображений сечений (разрезов) движущихся объектов" рассматривались вопросы изучения динамических систем, в том числе применение рентгена для определения влияния зазоров на работу механизмов, точности взаимодействия механических звеньев, износа кинематических пар, упругих деформаций — и все это — на работающих механизмах. Из этой статьи я с удивлением узнал, что в СССР даже были томографы! причем уже собственного производства!!! Сама томография впервые была предложена еще в двадцать первом, во Франции, так что это направление оказалось не новым. Ну а в статье соединяли томограф и стробоскоп и получали снимок разреза в работающем механизме — мы потом активно применяли этот метод для изучения тех же крутильных колебаний коленвалов, работы цилиндров, орудийных систем и стрелкового вооружения. Статья "Точный контроль размеров электрическими методами" наряду с другими статьями и брошюрами легла в основу работ по автоматизации контроля деталей. Ну а после статьи "Возможности применения фотоэлементов для целей автоматики" у меня и появилась мысль заняться ИК-техникой, раз тут фотоэлементы уже не новость.

Так что Советская власть много делала для того, чтобы развивать автоматизацию процессов, поэтому идея двигаться в этом направлении не вызвала никакого сопротивления, наоборот — она была воспринята как продолжение технической политики Советского Союза. Да и с марксизмом, считавшим наличие свободного времени главным мерилом богатства общества, эти идеи совпадали — я был удивлен, когда узнал, что в двадцатых для работников умственного труда установили шестичасовой рабочий день. Вот бы и у нас так, причем для всех.

Но — идеи идеями, а людей для их воплощения в жизнь не хватало. Пара десятков инженеров — железнодорожников и из промышленности, несколько десятков техников — вот весь хоть сколько-то опытный кадровый состав, что мы смогли наскрести для развития автоматизации. Так что мы активно вылавливали в наших рядах людей, которые хотели бы заниматься этим направлением — энтузиазм — великая сила, при его наличии знания и опыт нарабатываются быстро, вот когда отсутствует интерес — тогда не помогут никакие навыки — дело заглохнет. Поэтому, чуть кто только заикнется, что какое-то действие можно автоматизировать, его сразу хватали за шкирку, сажали за макетный стол и говорили — "Делай!". Росту энтузиазма способствовало и устроенное в республике соцсоревнование по количеству автоматизированных действий и работ, по сокращению времени за счет автоматизации — и руководство предприятий и лабораторий, и рядовые сотрудники — все в едином порыве бросились выискивать малейшие возможности как-то автоматизировать хотя бы некоторые процессы. Конечно, первая волна нам всего лишь высветила людей, кто горел новыми идеями и при этом не был прожектером. Да, из-за недостатка технических и научных знаний многие ошибались, особенно поначалу, но мы чудес и не ждали — на первом этапе главным было набрать кадровый актив. А народ после рабочего дня массово садился за парты и грыз гранит науки — к началу сорок второго мы через нашу печать прожужжали все уши насчет того, что трудовая деятельность — это такой же фронт, на котором можно бить фрица ничуть не хуже, чем в бою. И люди рвались в бой.

Но автоматизация не давалась легко. Народ предполагал, что будут применяться схемы на реле, но я сразу настроил всех на применение электроники — я подразумевал применение цифровых схем, хотя поначалу этого и не озвучивал. Но конструктора и энтузиасты начали двигаться в сторону аналоговых схем на лампах — а кроме реле ничего другого в конце сорок первого и не было. Но там все было непросто. Ведь каскады усиления, к которым все привыкли, могли усиливать только сигналы начиная с какой-то частоты, тогда как сигналы в автоматических системах управления могут иметь очень небольшие частоты — вплоть до сотых долей герца. И для обычных усилителей такие частоты были недоступны — случайные изменения эмиссии электронов, анодного тока, внешние наводки и прочие флуктуации как правило отличаются от частот усиливаемых сигналов, поэтому их сложно принять за полезный сигнал — их просто отсекали межкаскадными связями. Если же сам полезный сигнал изменяется гораздо медленнее, как в управлении технологическими процессами, то, чтобы не принять за полезный сигнал все эти "довески", вносимые электронными компонентами, приходится добавлять схемы для их компенсации. К тому же в обычных усилителях связь между каскадами организуется с помощью конденсаторов или трансформаторов, что позволяет избежать попадания положительного потенциала анода предыдущего каскада на сетку следующего, которой требуется отрицательное напряжение смещения относительно катода. И чем ниже частота, тем выше сопротивление таких межкаскадных разделителей. То есть для усилителей сверхнизких частот нужен другой способ разделения каскадов — они должны и пропускать низкие частоты вплоть до нуля, и одновременно обеспечивать отрицательный потенциал сетки. Другими словами, связь должна быть гальванической, то есть непосредственно через провода — например, включить в анодную нагрузку два сопротивления и питать сетку следующего каскада со средней точки. Так у нас появились схемы, которые мы назвали усилителями постоянного тока за их способность работать с сигналами очень низкой частоты, вплоть до нуля герц. Высокие частоты они тоже усиливали, но не это было их главной задачей. А впоследствии, когда мы наконец осознали, что эти усилители выполняют различные математические операции, мы назвали их операционными усилителями.

В отличие от обычных усилителей, в операционных было задействовано больше электронных и пассивных компонентов. Но на первом этапе главным словом для операционных усилителей было даже не "схемотехника", главным словом было "стабильность". Стабильность нужна и в работе самих ламп, и в резисторах-конденсаторах, и в источниках питания. Так, если для радиосвязи можно применять и "свежие" лампы, то для ОУ их надо было искусственно состаривать чуть ли не сто часов, чтобы их нутро пришло в стабильное состояние — чтобы стекло и арматура выделили бы остаточные газы, а геттер принял бы их, чтобы катод впитал ионы, что образуются из остаточных газов при столкновениях с электронами, а его покрытие наконец-то доупорядочило бы свою структуру и начало эмитировать электроны пусть и неравномерно по площади, но равномерно по общему потоку. В общем, надо было, чтобы лампа повзрослела и стала зрелой, опытной, "понюхавшей электронов". Резисторы тоже требовались с минимальными отклонениями от номинала — вскоре почти все резисторы с отклонениями менее процента шли только на операционные усилители. С конденсаторами была та же проблема.

Так что вопросы стабильности компонентов и схемотехнические вопросы мы решали параллельно. И ламп, и резисторов, требовалось в общем-то немало. Вначале наши ОУ представляли собой простой усилитель тока с обратной связью, требовавший всего одну лампу и пяток резисторов, но постепенно, по мере накопления опыта, схема разрасталась, так что к лету сорок третьего на один стандартный операционник требовалось уже минимум шесть ламп — по две на каждый каскад. Все из-за того, что каждый каскад усилителя выполнял свои функции.

Первый каскад выполнялся по последовательной балансной схеме, предназначенной для компенсации так называемого дрейфа нуля, когда напряжение изменяется даже при отсутствии сигнала. Дрейф происходит по разным причинам — случайное изменение эмиссии катода ламп, флуктуаций сопротивления резисторов из-за изменений температуры, пусть даже небольших, из-за изменений анодного питания по причине отклонений источника питания от своего номинального напряжения, как бы он не был стабилизирован. Собственно балансная схема являлась обычным мостом, в двух противоположных плечах которого были включены электронные лампы, и в последовательной схеме лампы включаются параллельно питающей диагонали моста. Соответственно, сама по себе мостовая схема позволяла выявлять малейшие отклонения от нуля, а наличие активных элементов — компенсировать это отклонение. Балансовые схемы и потребовались, чтобы снизить требования к стабильности питания и температурным режимам — с ними допустимы отклонения до одного процента.