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ハロルド・スティーブン・ブラック（1898年4月14日 - 1983年12月11日）は、アメリカの電気技師で、1927年に負帰還増幅器を発明し、応用電子工学の分野に革命をもたらしました。彼の発明は、幅広い応用分野を持つことから、20世紀の電子工学分野における最も重要なブレークスルーとみなされています。これは、すべての電子デバイス（真空管、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ）は本質的に非線形ですが、負帰還を適用することで実質的に線形にすることができるためです。負帰還は、利得を犠牲にして線形性（言い換えれば、歪み/相互変調の低減）を高めることで機能します。利得を犠牲にすることで、増幅器の帯域幅を広げるという追加効果もあります。ただし、負帰還増幅器は不安定で発振する可能性があります。安定性の問題が解決されれば、負帰還増幅器は電子工学分野で非常に有用です。ブラックは1934年に「安定化フィードバック増幅器」という有名な論文を発表した。
彼は1898年にマサチューセッツ州レオミンスターで生まれた。ウースター工科大学（WPI）で最初の学位を取得し、その後1921年に同大学で電気工学の理学士号を取得。AT&Tの製造部門であったウェスタン・エレクトリックに入社した。1925年にはベル研究所に入所し、1963年に退職するまで技術スタッフとして勤務した。
ブラックは「フェリーが着岸する前に」という仮題で自伝を書き始めた。[ 1 ]しかし、完成させる前に1983年12月に85歳で亡くなった。
ブラックの増幅器設計に関する研究は、ベルシステムの実務上の問題、すなわち長距離搬送電話から始まった。搬送システムでは、複数の音声チャネルを同一回線上に配置しており、各中継器は他のチャネルに不要な信号を発生させることなく、それらすべてのチャネルを増幅する必要があった。長距離経路では多数の中継器を直列に接続する場合があり、そのため、ゲイン、直線性、周波数応答におけるわずかな誤差が、回路の長さ全体にわたって蓄積される可能性があった。
彼の最初のアプローチはフィードフォワード増幅器でした。これは増幅器の入力と出力を比較し、不要な歪みを分離し、その一部を打ち消す補正信号を追加します。この回路は歪みを大幅に低減できることを示しましたが、非常に正確なバランスが必要であり、電話サービスで調整を維持するのは困難でした。[ 2 ]
1927年、ブラックは負帰還増幅器を発明した。真空管自体を完全に線形にしようとするのではなく、この回路は必要以上のゲインを持つ増幅器を使用し、出力の一部を逆位相で入力にフィードバックした。余分なゲインは、増幅器をより安定させ、より線形にし、ラインとのマッチングを向上させるために犠牲にされた。ブラックは後に、このアイデアはニュージャージーからハドソン川をフェリーで渡ってニューヨーク市へ通勤しているときに思いついたもので、ニューヨーク・タイムズの紙面に回路と方程式をスケッチしたと書いている。[ 3 ]
最初の主要な用途は汎用オーディオアンプではなく、キャリア電話中継器でした。ニュージャージー州モリスタウンでのフィールドテストで、ウェスタンエレクトリックはブロードバンドケーブルキャリアシステム用のフィードバックアンプの長いチェーンをテストしました。このテストにより、多数の低歪み中継器を模擬大陸横断距離にわたって並列に動作させることができることが示されました。[ 3 ]
この発明の重要性は、ブラックが1957年にラムメダルを受賞した際に、ベル研究所のマービン・J・ケリーによって後に強調された。ケリーは負帰還増幅器を、過去半世紀における電子工学と通信分野で最も広く重要だった「2つの発明のうちの1つ」と評し、長距離電話、テレビ、海底ケーブルシステムと直接関連付けた。[ 3 ]
ブラックは1934年に「安定化フィードバック増幅器」を発表した。[ 4 ]フィードバック増幅器は設計が不十分だと発振する可能性があるため、回路の実用化は、ハリー・ナイキストの研究や後にヘンドリック・ウェイド・ボーデによって開発された設計方法を含む安定性理論に依存していた。ブラックの1934年の論文は後にIEEEの論文集に再録された。[ 5 ]
ブラックはパルス符号変調にも取り組み、 1953年にヴァン・ノストランド社から出版された『変調理論』を執筆した。彼は負帰還増幅器に関する米国特許第2,102,671号「波動変換システム」を含む多くの特許を保有していた。[ 6 ]