هارولد ستيفن بلاك

كان هارولد ستيفن بلاك (14 أبريل 1898 - 11 ديسمبر 1983) مهندسًا كهربائيًا أمريكيًا ، أحدث ثورة في مجال الإلكترونيات التطبيقية باختراعه مضخم التغذية الراجعة السالبة عام 1927. ويُعتبر اختراعه، في نظر البعض، أهم إنجاز في القرن العشرين في مجال الإلكترونيات ، نظرًا لتطبيقاته الواسعة. فجميع الأجهزة الإلكترونية (الصمامات المفرغة، والترانزستورات ثنائية القطب، وترانزستورات MOS) غير خطية بطبيعتها، ولكن يمكن جعلها خطية بشكل كبير باستخدام التغذية الراجعة السالبة. تعمل التغذية الراجعة السالبة عن طريق التضحية بالكسب لزيادة الخطية (أو بعبارة أخرى، تقليل التشوه / التداخل ). كما أن التضحية بالكسب تُسهم أيضًا في زيادة عرض نطاق المضخم. مع ذلك، قد يكون مضخم التغذية الراجعة السالبة غير مستقر، ما قد يؤدي إلى تذبذبه. وبمجرد حل مشكلة الاستقرار، يصبح مضخم التغذية الراجعة السالبة مفيدًا للغاية في مجال الإلكترونيات. نشر بلاك ورقة بحثية شهيرة بعنوان " مضخمات التغذية الراجعة المستقرة" في عام 1934.

وُلد في ليومينستر، ماساتشوستس عام 1898. التحق بمعهد ورسستر للفنون التطبيقية (WPI) لنيل شهادته الجامعية الأولى. بعد ذلك، حصل على بكالوريوس العلوم في الهندسة الكهربائية من المعهد نفسه عام 1921، ثم انضم إلى شركة ويسترن إلكتريك ، الذراع التصنيعي لشركة AT&T. ثم انضم إلى مختبرات بيل (عام 1925)، حيث عمل ضمن الطاقم الفني حتى تقاعده عام 1963.

بدأ بلاك كتابة سيرته الذاتية بعنوان مبدئي "قبل أن ترسو العبارة". ^{[ 1 ]} إلا أنه توفي في ديسمبر 1983 عن عمر يناهز 85 عامًا قبل أن يتمكن من إكمالها.

استلهم بلاك عمله في تصميم المضخمات من مشكلة عملية في نظام بيل: الاتصالات الهاتفية لمسافات طويلة . تضع أنظمة الاتصالات عدة قنوات صوتية على نفس الخط، وكان على كل مُكرِّر تضخيم جميع هذه القنوات دون إحداث إشارات غير مرغوب فيها في القنوات الأخرى. قد يستخدم مسار طويل العديد من المُكرِّرات المتصلة على التوالي، لذا قد تتراكم أخطاء طفيفة في الكسب أو الخطية أو استجابة التردد على طول الدائرة.

كان نهجه الأول هو مضخم التغذية الأمامية . يقارن هذا المضخم بين مدخلات ومخرجات المضخم، ويفصل التشوه غير المرغوب فيه، ويضيف إشارة تصحيحية لإلغاء جزء منه. أظهرت الدائرة إمكانية تحقيق تخفيضات كبيرة في التشوه، لكنها تتطلب توازنًا دقيقًا للغاية، ويصعب الحفاظ على ضبطها في خدمة الهاتف. ^{[ 2 ]}

في عام ١٩٢٧، اخترع بلاك مضخم التغذية الراجعة السالبة . فبدلاً من محاولة جعل الصمام المفرغ نفسه خطيًا تمامًا، استخدمت الدائرة مضخمًا ذا كسب أعلى من اللازم، وأعادت جزءًا من الخرج إلى المدخل بطور معاكس. وقد تم التضحية بالكسب الزائد لجعل المضخم أكثر استقرارًا وخطية، وأفضل توافقًا مع خط التغذية. كتب بلاك لاحقًا أن الفكرة خطرت له أثناء تنقله بالعبّارة عبر نهر هدسون من نيوجيرسي إلى مدينة نيويورك ، وأنه رسم الدائرة والمعادلات على صفحة من صحيفة نيويورك تايمز . ^{[ ٣ ]}

لم يكن أول تطبيق رئيسي مضخم صوت للأغراض العامة، بل مُكرِّر إشارة هاتفية. في التجارب الميدانية التي أُجريت في موريستاون، نيو جيرسي، اختبرت شركة ويسترن إلكتريك سلاسل طويلة من مضخمات التغذية الراجعة لنظام كابلات نقل النطاق العريض. وأظهرت التجربة إمكانية تشغيل العديد من المُكرِّرات منخفضة التشويش بالتوازي على مسافة عابرة للقارات مُحاكاة. ^{[ 3 ]}

وقد أكد ميرفين ج. كيلي من مختبرات بيل على أهمية هذا الاختراع لاحقًا عندما حصل بلاك على ميدالية لام عام 1957. ووصف كيلي مضخم التغذية الراجعة السالبة بأنه "أحد الاختراعين" الأكثر أهمية في مجال الإلكترونيات والاتصالات خلال نصف القرن السابق، وربطه مباشرةً بأنظمة الهاتف والتلفزيون وكابلات الاتصالات عبر المحيطات لمسافات طويلة. ^{[ 3 ]}

نشر بلاك بحثه "مضخمات التغذية الراجعة المستقرة" عام 1934. ^{[ 4 ]} ولأن مضخم التغذية الراجعة قد يتذبذب إذا صُمم بشكل سيئ، فقد اعتمد الاستخدام العملي للدائرة على نظرية الاستقرار، بما في ذلك أعمال هاري نيكويست وأساليب التصميم اللاحقة التي طورها هندريك ويد بود . أُعيد نشر بحث بلاك لعام 1934 لاحقًا في وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) . ^{[ 5 ]}

عمل بلاك أيضًا على تعديل رمز النبض وكتب نظرية التعديل ، التي نشرتها دار فان نوستراند عام 1953. وحصل على العديد من براءات الاختراع، بما في ذلك براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,102,671، "نظام ترجمة الموجة"، التي تغطي مضخم التغذية الراجعة السلبية. ^{[ 6 ]}

• تم إدخاله في قاعة مشاهير المخترعين الوطنيين رقم 25، 1981 ^{[ 7 ]}
• جائزة روبرت إتش. جودارد من معهد ورسستر للفنون التطبيقية عام 1981
• ميدالية AIEE Lamme لعام 1958 ^{[ 8 ]}
• درجة دكتوراه في الهندسة (فخرية) من معهد ورسستر للفنون التطبيقية عام 1955
• جائزة مؤسسة الأبحاث العلمية لعام 1952
• جائزة جون إتش بوتس التذكارية من جمعية هندسة الصوت
• ميدالية جون برايس ويذرل من معهد فرانكلين
• شهادة تقدير من وزارة الحرب الأمريكية .
• يقدم معهد ورسستر للفنون التطبيقية منحة هارولد إس. بلاك الدراسية السنوية (1992-)

• أوراق هارولد إس. بلاك في معهد ورسستر للفنون التطبيقية