Магические числа электроники: 702, 709, 741

Г.Келл
опубликовано в журнале НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №14/07

Не сильным преувеличением будет тезис, что начало современной микроэлектроники связано с появлением интегральных операционных усилителей (ОУ), которые явились универсальными "кирпичиками" для всей современной аналоговой электроники. Конечно, и это не подлежит сомнению, первые ИС были цифровыми - триггер, регистр, логический элемент И-НЕ … Но нужно учесть, что именно на этих простых элементах развивалась и совершенствовалась технология получения интегральных транзисторов и других элементов, требуемых в аналоговой схемотехнике.

Собственно говоря операционные усилители в ламповом исполнении появились еще до Второй Мировой войны и получили широкое распространение в ее ходе, как элемент аналоговых ВМ в системах вооружения. В послевоенные годы произошел естественный переход на транзисторное исполнение, в истории которого заметную роль сыграла компания Philbrick. Купленная позднее компанией Teledyne …

Но подлинный "расцвет" ОУ начался с того момента, как они были выпущены в интегральном исполнении. И общепризнанной является роль Роберта Видлара (Robert Widlar) как создателя первых монолитных ОУ. Вообще Боб Видлар - одна из самых заметных фигур в истории полупроводниковой электроники. Хотя он не открывал законов, славился весьма неуживчивым нравом и дружил с "зеленым змием", но ни одна книга по истории электроники XX века не обходится без раздела о Видларе. Кстати, 30 ноября Видлару исполнилось бы 70 лет, и автор очень верит, что удастся отметить эту дату публикацией в журнале НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ статьи о судьбе Роберта Видлара.

Безусловно, в истории ОУ (в 2004 году база PartMiner насчитывала 12429 наименований) было немало ярких страниц, но микросхемы "бывшие первыми" запомнились всем, кто начинал свою карьеру в электронике после 25-го съезда КПСС. И было три "магических" числа - 702, 709 и 741. Вернее к советским электронщикам эти числа пришли закамуфлированными под кодами К140УД1, К153УД1 и К140УД7. И хотя в паспортах и ТУ заводов-изготовителей (киевский "Кристалл" для крайних ИС и рижская "Альфа" для средней) указаний на прототип не было, но переведенные довольно быстро издательством "Мир" книги Хьюлсмана раскрыли тайну рождения.

Но вернемся к "отцу" двух из трех этих ОУ. Боб Видлар пришел в компанию Fairchild в сентябре 1963 года, проработав до этого в нескольких компаниях и хорошо освоив транзисторную схемотехнику. Ему было 26 лет, но обладал очень большой верой в свои силы и не стеснялся эту веру демонстрировать, подчас наживая себе неприятности. Видлар поступил в группу Джона Барретта (John Barrett), которая уже имела опыт создания дифференциальных усилителей с использованием технологии формирования интегральных транзисторов для цифровых схем. Найдя общий язык с талантливым инженером-технологом Дэвидом Талбертом (David V. Talbert) и техником Минео Яматаки (Mineo Yamatake), Видлар смог достаточно автономно выполнять поставленные перед ним задачи и реализовать собственные идеи. Уже в самом начале Видлар сформулировал правило - не переводить в интегральное исполнение схемотехнику дискретных компонентов. Результатом стало изобретение им таких инновационных элементов интегральных аналоговых схем как "токовое зеркало" и bandgap ИОН.

В октябре 1964 года компания Fairchild анонсировала "полностью интегральный операционный усилитель" uA702. Он состоял из 7-и npn-транзисторов, требовал внешнего конденсатора для обеспечения устойчивости и имел до смешного скромные (по нынешним временам параметры) - коэффициент усиления 2800, сдвиг 2 мВ и размах выходного напряжения ±5,5 В. Разработка была выполнена инициативно Робертом Видларом и когда руководство в лице Боба Нойса (Robert Noyce), потребовало подключиться к продвижению еще "сырого" по мнению автора продукта на рынок, последовал резкий отказ. На счастье в это время в отдел маркетинга Fairchild пришел будущий основатель компании Maxim Джек Гиффорд (Jack Gifford), ему и было поручено наладить сотрудничество со строптивым разработчиком. Видлару было 27 лет, Гиффорду 24 года, "сухой закон" в Калифорнии был давным-давно упразднен и нет ничего удивительно, что общий язык был найден.

Компания Fairchild установила цену в $50 за uA702, но спрос был такой, что купить его по этой цене было просто невозможно. У дистрибьюторов цена доходила до $300, да и то при условии, что заказчик покупал в придачу нехилую партию транзисторов или диодов. Несмотря на массу недостатков uA702 открыл для электронщиков новую эру и они с нетерпением ждали продолжения.

И Видлар не заставил себя ждать. В октябре 1965 года, на национальной конференции по электронике Роберт Видлар анонсировал uA709 и спустя месяц новый ОУ завоевывал рынок. В декабре только компания Bendix разместила заказ на 10 тыс штук ! В августе 1966 года компания стабильно продавала по 5 тыс. uA709 еженедельно. Успех был заслуженным - этот ОУ был действительно лучшим для своего времени. Конкуренты - Motorola (MC1530), RCA (CA3015), TI (SN512) заметно отставали. В составе uA709 было14 транзисторов (2 из них pnp) и 15 резисторов. Хотя также требовался внешний конденсатор, но коэффициент усиления был увеличен в 10 раз и значительно улучшились динамические характеристики.

В декабре 1965 года Видлар и Талберт покинули Fairchild и продолжили свою деятельность в компании Molectro, которая почти сразу же "влилась" в National Semiconductor. Поэтому дальнейшие разработки Видлара имели префикс LM: LM101, LM102, LM108, LM109, LM111, LM118, . Надо сказать, что главной причиной ухода Видлара из Fairchild была очевидная недооценка его вклада в бизнес компании - продажи ОУ составляли треть от всего объема. Недаром в заявлении об уходе он просто написал "I want to be RICH ! - Я хочу быть БОГАТЫМ !". И своей цели - иметь к 30 годам $1 млн. он, в итоге, достиг.

Спустя неделю после ухода из компании Fairchild Боба Видлара, в нее поступает молодой английский инженер Дэвид Фуллагар (David Fullagar). Ему было поручено модернизировать uA709 и эта работа довольно скоро привела к созданию первого полностью скомпенсированного ОУ. uA741 был анонсирован в мае 1968 и сразу же завоевал огромную популярность из-за своей низкой цены и удобства применения. Спустя короткое время рынок был наполнен аналогичными ОУ от других производителей, но только число 741 может быть причислено к "магическим".

Дэйв Фуллагар проработал в Fairchild совсем недолго, уже в 1969 году он перешел в компанию Intersil, а затем в 1983 году принял участие в создании компании Maxim. Кстати, именно компания Maxim установила в октябре 2004 года на своей территории памятный обелиск двум бывшим сотрудникам Fairchild - Роберту Видлару и Джину Хоерни, отметив тем самым их вклад в развитие интегральной аналоговой электроники. Нетрудно догадаться, что основатель и глава Maxim'а Джек Гиффорд выразил таким образом глубокое уважение к своему другу Бобу Видлару, который ушел из жизни 27 февраля 1991 года.

Всем, кто интересуется историей электроники очень рекомендую книгу, вышедшую в издательстве Springer в 2007 году: Bo Lojek "History of Semiconductor Engineering".