最近，一个金属外壳中的神秘电子元件掉入了我的手中。 它在外观上与通常的集成电路不同-它更平整，尺寸更大。 在打开电路并对电路进行反向工程后，它变得很明显，被吃掉了。 在我之前是1960年代使用混合技术为NASA设计的运算放大器。 事实证明，在半导体发展的历史中，有几位重要的人参与了此组件的开发，其中一种运算放大器位于月球上。
为了了解该组件的工作原理，我不得不用珠宝锯切割金属外壳的上部，内部是电路。 这样的集成电路就不存在了，内部是一个大型的混合模块，该模块是由陶瓷衬底上单独的微小晶体管组装而成的。 在下面的照片中-在陶瓷基板上，导电路径呈灰色，看起来像印刷电路板。 单独的硅晶体管（较小的发光方块）连接到基板上的走线。 细的金线将组件相互连接，并将电路连接到外部触点。
混合集成电路在1960年代被广泛使用，然后被更复杂的集成电路所取代。 （例如，流行的IBM System / 360计算机（1964年）是由混合模块而不是集成电路构建的。 尽管集成电路上的运算放大器于1963年发布，但直到80年代，混合动力汽车仍处于普及的顶峰。
起初，我无法确定这部分，所以我向运放专家Walt Jung寻求帮助。 包装上的数字表示Amelco。 这帮助我追踪了如今被遗忘的Amelco制造的“秘密” 2404BG运算放大器的历史。 该物品在1969年以58.50美元（相当于今天的300美元）的价格出售。 为了进行比较，现在您可以以不到25美分的价格购买具有JFET输入的现代四通道运算放大器。
运算放大器的历史
运算放大器是模拟电路中最流行的组件之一；这种灵活性和多功能性使其具有很高的知名度。 运算放大器接收两个输入电压，读取它们，然后将差值乘以一个很大的值（100,000或更大），并将结果显示为电压。 运算放大器最初设计为通过使用电压作为模拟量来执行数学运算。
在实践中，反馈回路使输入几乎相等。 取决于反馈方案，运算放大器可以用作例如放大器，滤波器，积分器，微分器或缓冲器。 运算放大器开发初期的关键人物是George Philbrick。 他是同名公司George A. Philbrick Researches的创始人。
运算放大器的成功商业历史始于1952年，当时Philbrick推出了双灯模块
K2-W运放 ，为产品带来了广泛的欢迎。
现在，让我们继续谈谈上述公司Amelco的创始人Jean Hoerni。 史前史可以被认为是1957年硅谷生活中发生的一件事情。 八名年轻的科学家被称为“背叛八人”，离开了肖克利半导体公司。 离开后，他们与商人谢尔曼·费尔柴尔德（Sherman Fairchild）合作，成立了费尔柴尔德半导体公司（Fairchild Semiconductor），这导致了数十家初创公司的出现和山谷本身的发展。 险恶的八个摩尔和诺伊斯中的两个后来离开了飞兆半导体，创立了英特尔。
物理学家让·霍尼（Jean Honey）（让·霍尼（Jean Horney））来自奸eight的八岁，曾在飞兆半导体（Fairchild）工作以改进晶体管，并取得了超出所有预期的成功。 1959年，他发明了平面晶体管，1959年，他对半导体的制造进行了革新。 平面技术本质上是在硅晶体管的表面涂上一层薄薄的氧化硅（如覆有糖霜的蛋糕）。
有趣的是，运算放大器模块（下）中的晶体管在外观上与原始的Horney平面晶体管相同。 1970年代及以后的晶体管看起来完全不同，因此在此模块中找到Horney的原始设计对我来说有点奇怪。
混合模块内部的npn晶体管。 微小的扎线连接到基极和发射极，集电极在底侧霍尼于1961年离开飞兆半导体，并帮助创立了一家名为Amelco的公司。 该公司专注于开发用于太空的半导体，但并未直接与飞兆半导体竞争。 线性（模拟）集成电路是Amelco的主要产品，因为该公司为Philbrick（一家领先的运算放大器公司）创建了运算放大器。 此外，Amelco还使用Horney平面技术制造了分立晶体管。 在Amelco，霍尼开发了一种利用其平面工艺构造JFET晶体管的技术；这些晶体管已成为Amelco最受欢迎的产品之一。
JFET的主要优势在于，晶体管栅极的输入电流非常小，这显然是运算放大器的优势。 Amelco首先在生产中使用了Horney的JFET和高性能运算放大器。
鲍勃·皮斯（Bob Pease）是模拟电路的著名设计师，将历史上的这些难题联系在一起。 1960年代，Bob Pease为Philbrick开发了运算放大器，包括FET Q25AH（1965）混合运算放大器。 Amelco为Philbrick推出了这款运算放大器。 鲍勃·皮斯（Bob Pease）参观了该公司，以帮助解决FET Q25AH生产中遇到的一些问题。 故事的实质：鲍勃·皮斯（Bob Pease）在访问期间与美国铝业公司（Amelco）的工程师进行了讨论，讨论的主题是美国宇航局（NASA）对发布新型低功耗和低噪声放大器的要求。 喝咖啡休息期间，鲍勃·皮斯（Bob Pease）设法开发了一种满足NASA严格要求的运算放大器。 该运算放大器用于地震研究，Apollo 12于1969年在月球上离开了运算放大器，因此，这些运算放大器之一便出现在天体上。 Amelco将其出售为2401BG。
至于我制作的2404BG，其布局与Bob Pease的2401BG设计非常相似，所以我怀疑他设计了这两种产品。 运算放大器2404BG也很幸运登上月球。 在研究月球大气（LACE）的组成时，它被用于高压电源。 LACE是1972年第三次阿波罗17杰伊飞行任务期间留在月球上的质谱仪。 （使用LACE，发现虽然月球上几乎没有大气层，但确实有一些氦，氩，可能还有氖，氨，甲烷和二氧化碳）。
1966年，Amelco与Philbrick合作组建了Teledyne Philbrick Nexus，该公司最终于2000年被Microchip Technology收购。 除其他外，Microchip制造了Arduino中使用的AVR微控制器。
在混合运算放大器中
在本节中，我将更详细地描述2404BG运算放大器的设计和布局。 在下面的照片中-特写显示了陶瓷基板及其上的组件。 陶瓷上的灰色印刷线是导电电路迹线。 正方形（大多数）是npn和pnp晶体管，每个晶体管位于单独的硅矩阵上。 晶体底部是连接到陶瓷轨道的晶体管集电极。 微小的金线连接到晶体管的发射极和基极，将其连接到电路。 右下角的两个矩形晶体管是JFET（具有PN控制结的场效应晶体管）。 中间的一个大方块是一组电阻，另一个电阻位于右上角。 请注意，与集成电路不同，混合模块需要大量昂贵的机械过程-处理，布线，连接单个组件。
我复制了如下所示的运算放大器模块电路。 该电路看起来非常简单，因为运算放大器使用的是经典741运算放大器的大约一半组件，输入由JFET（绿色）缓冲。 差分对（蓝色）通过在对的一侧或另一侧引导电流来放大输入。 电流源（红色）使用电流镜为差分对生成“微小的”直流电。 两级放大器（橙色）提供额外的放大。 输出晶体管（紫色）在AV类中工作。 其余组件（未上漆）提供输出晶体管的偏置电压。 触点（8和9）上的外部电容器可防止运算放大器振荡。
大多数电阻器位于模块中间的单个芯片上。 这种晶体的直径为1.7毫米（1/16英寸）。之字形是基于钽化合物的薄膜电阻器，沉积在氧化物涂层的硅片上。（混合电路的优点之一是电阻器更好。）电阻与长度成正比因此，弯曲的形式允许在矩阵上放置更多的电阻器。矩阵周围有金属基板，其连接线连接到将电阻器连接到电路其他部分的触点上。 注意靠近右上底衬的左侧小圆圈：Amelco的一项创新是指定“ target”，以对准用于芯片不同层的掩模。
电流源电路需要一个高电阻电阻，因此在其中使用了一个单独的电阻矩阵（下图）。 在该电阻器中使用了更长，更细的走线，这导致了比先前芯片上的电阻器更高的电阻。
该电阻的晶体尺寸为0.8 mm。
下图显示了具有控制pn结的场效应晶体管，该晶体管用于运算放大器。 金属指连接到源极和漏极区域。 晶体管栅极从下方连接。 这种设计几乎与Horney在1963年发明的第一个平面JFET相同。 最初，很难在集成电路上生产高质量的JFET，这使得混合JFET运算放大器的生产变得普及。 直到1974年，美国国家半导体的工程师才开发出一种离子注入方法来制造具有pn结控制的高质量JFET场效应晶体管。 该方法称为“ BIFET”，用于创建用于运算放大器的更高级的集成电路。
下图将模块中npn和pnp晶体管的结构与上图和下图进行了比较。
模块内部的场效应晶体管。 矩阵尺寸为0.6×0.3毫米晶体管以什么开头？ 使用掺有杂质的方形硅晶体，可形成具有不同特性的n和p区域（取决于导电类型）。 在显微镜下，可以看到硅掺杂的n和p区的颜色不同。 从上方可以看到发光的金属层，该金属层具有与中央发射器相连的一个电连接。 第二个电连接器连接到发射器周围的主要区域。 由于采用了泪珠形状，因此分配了更多空间来固定主连接。
矩阵的底部是收集器，该收集器连接到陶瓷基板上的触点。 npn晶体管遵循平直的平面结构。 但是，pnp晶体管需要一个额外的导电环才能在更高的电压下操作运算放大器。
模块中npn和pnp晶体管的比较结论
我意外发现的这个组件比我预期的要有趣。 它融合了第一批Philbrick运算放大器的出现，Bob Pease模拟电路的发展，现已被人们遗忘的Amelco的历史，NASA在月球上的科学实验。 该模块内部的晶体管是使用霍尼最初的平面设计制造的，这使人们得以了解平面工艺本身的发展，这一次革命了半导体世界。 最后，该运算放大器展示了混合技术的功能，而混合技术在集成电路中几乎是完全没有的。
注释和链接
1.该模块采用标准的12引脚TO-8封装。 大多数集成电路都在TO-5金属外壳中，但是更大的混合电路和更大的空间需要更多。
2.包装上的“ 15818”是笼码，是用来追踪供应商的北约标识符。 最初，有15818个国家确定了Amelko； 由于合并，该号码现在由TelCom Semiconductor拥有。
3.《
半导体技术的历史 》一书详细描述了各个半导体公司和从事该行业的人员的故事。 Walt Jung的
运算放大器的
历史详细介绍了运算放大器的历史，包括1970年代JFET运算
放大器的开发 。
4. Bob Pease撰写了流行的
Pease Porridge模拟
电路标题。 他还写了诸如《
排除模拟电路故障》之类的书。
5. Bob Pease的文章“
这是什么样的东西-2401BG？ ”（第54页）演示了2401BG方案（如下）。 比较电路，我得出的结论是2401BG与我研究的2404BG非常相似。 （为简化比较，我根据2404BG模式对功能块进行了着色）。
这里的主要区别是输出级：2401BG直接从第二对接收输出，而对于2404BG，放大器输出级的操作等级为AB。 2401BG具有用于npn晶体管输入基极的独立电流镜。
6.恢复运算放大器电路后，我设法找到一本1968年的
书，其中包含Amelco混合运算放大器电路。 这两个电路几乎相同，不同之处在于书中所示的电路在2404BG中有两个外部电容器。
书中混合运算放大器的照片中的图像与我研究过的2404BG不同。 零件编号没有在书中指出（至少很奇怪），因此我怀疑它只是2404BG版本，正在开发中。
7.“
Jack Haenichen口述史/ Jack Hanikhan的口述史 ”和专利
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