Забытый соперник вакуумной лампы

Магнитные усилители, альтернативная технология Третьего Рейха, просуществовали и в эпоху Интернета.

Магнитные усилители использовались в твердотельном транзисторе Univac, который, как показано здесь, использовался в 1961 году ученым-новатором Грейс Хоппер.

Во время Второй Во время мировой войны немецкие военные разработали очень сложные на тот момент технологии, в том числе ракеты Фау-2, которыми они обрушивали разрушения на Лондон. Тем не менее, Фау-2, как и многое другое немецкое военное оборудование, зависел от малоизвестного и, казалось бы, устаревшего компонента, о котором вы, вероятно, никогда не слышали, так называемого магнитного усилителя или магнитного усилителя.

По словам одного источника, в Соединенных Штатах магнитные усилители долгое время считались устаревшими — «слишком медленными, громоздкими и неэффективными, чтобы их можно было воспринимать всерьез». Поэтому американские эксперты по военной электронике той эпохи были озадачены широким применением этого устройства немцами, о котором они впервые узнали из допросов немецких военнопленных. Что знали инженеры Третьего рейха из того, что ускользнуло от американцев?

После войны офицеры разведки США прочесали Германию в поисках полезной научной и технической информации. Четыреста экспертов просмотрели миллиарды страниц документов и отправили обратно в Соединенные Штаты 3,5 миллиона микрофильмированных страниц вместе с почти 200 тоннами немецкого промышленного оборудования. Среди этой массы информации и оборудования оказался секрет немецких магнитных усилителей: металлических сплавов, которые делали эти устройства компактными, эффективными и надежными.

Американские инженеры вскоре смогли воспроизвести эти сплавы. В результате в 1950-х и 60-х годах произошел ренессанс магнитных усилителей, во время которого они широко использовались в военной, аэрокосмической и других отраслях промышленности. Они даже появились в некоторых ранних твердотельных цифровых компьютерах, прежде чем полностью уступили место транзисторам. Сегодня эта история почти забыта. Итак, здесь я расскажу малоизвестную историю магнитного усилителя.

Усилитель по определению — это устройство, позволяющее маленькому сигналу управлять большим. Старомодная вакуумная лампа на триоде делает это, используя напряжение, приложенное к ее сеточному электроду. Современный полевой транзистор делает это, используя напряжение, приложенное к его затвору. Магнитный усилитель осуществляет управление электромагнитным способом.

Магнитные усилители использовались для самых разных целей, в том числе в печально известных ракетах Фау-2 (вверху), которые применялись немецкими военными во время Второй мировой войны, и в компьютере Magstec (в центре), построенном в 1956 году. Британский компьютер Elliot 803 1961 г. [внизу] использовалась связанная логика сердечник-транзистор. Сверху: фотографии Fox/Getty Images; Ремингтон Рэнд Унивак; Архив Смита / Алами

Чтобы понять, как это работает, сначала рассмотрим простой индуктор, скажем, проволоку, намотанную на железный стержень. Такой индуктор будет стремиться блокировать поток переменного тока по проводу. Это потому, что при протекании тока катушка создает переменное магнитное поле, сосредоточенное в железном стержне. И это изменяющееся магнитное поле индуцирует напряжения в проводе, которые противодействуют переменному току, который изначально создал поле.

Если такой индуктор пропускает большой ток, стержень может достичь состояния, называемого насыщением, при котором железо не может стать более намагниченным, чем оно уже есть. Когда это происходит, ток проходит через катушку практически беспрепятственно. Насыщенность обычно нежелательна, но магнитный усилитель использует этот эффект.

Физически магнитный усилитель построен вокруг металлического сердечника из материала, который легко насыщается, обычно это кольцо или квадратная петля с намотанной вокруг него проволокой. Второй провод, также обернутый вокруг сердечника, образует обмотку управления. Управляющая обмотка включает в себя множество витков провода, поэтому, пропуская через нее относительно небольшой постоянный ток, железный сердечник может войти в состояние насыщения или выйти из него.

Таким образом, магнитный усилитель ведет себя как переключатель: при насыщении он пропускает переменный ток в своей основной обмотке беспрепятственно; в ненасыщенном состоянии он блокирует этот ток. Усиление происходит потому, что относительно небольшой ток управления постоянным током может изменить гораздо больший ток нагрузки переменного тока.