El proyecto ACE Pilot Model comenzó en la División de Radio de NPL con un equipo de matemáticos e ingenieros provenientes de la División de Matemáticas, la División de Radio y la División de Electricidad.
Los ingenieros de la División de Radio tenían una larga experiencia en el diseño de receptores y transmisores de radio.
En 1947, se unió al equipo Ted Newman de los Laboratorios de Investigación de EMI (Industrias Eléctricas y Musicales).
En EMI, Newman había adquirido una amplia experiencia en el diseño de radares y cámaras de televisión. David Clayden siguió a Newman de EMI a la División de Radio en septiembre de 1947.
En ese momento, el diseño lógico del Modelo Piloto había sido resuelto por los miembros de la División de Matemáticas, incluido Alan Turing, Jim Wilkinson y Donald Davies y se tomó la decisión de que el enfoque principal serían las líneas de retardo de mercurio.
Newman, el principal arquitecto del diseño del circuito del Modelo Piloto, introdujo algunas de las prácticas comunes en EMI, gracias al brillante ingeniero electrónico Alan Blumlein.
Antes de la guerra, Blumlein produjo hasta 128 patentes, muchas relacionadas con el sistema de televisión EMI.
Newman trabajó en el radar con Blumlein durante la guerra.
Los circuitos de estilo Blumlein que Newman diseñó para el modelo ACE Pilot eran muy avanzados para su época.
¿Quién es Alan Blumlein?
Alan Dower Blumlein nació en 1903 en Londres. Su padre, ingeniero de minas, era un súbdito británico naturalizado de Alemania.
Alan obtuvo una licenciatura de primera clase después de la educación en Highgate School y City and Guilds College en 1923.
Se unió a la International Western Electric Corp y Standard Telephones and Cables en 1924 y participó en la comunicación telefónica de larga distancia en Europa.
Recibió un premio por su contribución a la corta edad de 23 años gracias a sus invenciones. En 1929, Blumlein comenzó a trabajar para Columbia Graphophone Company.
En poco tiempo, produjo una máquina cortadora de cera de bobina móvil avanzada para cortar discos maestros de gramófono.
También diseñó un micrófono de bobina móvil. Hacia 1930 se interesó por la grabación y reproducción estereofónica.Su trabajo dio como resultado una patente sobresaliente sobre el tema y un nuevo método para cortar discos estéreo.
Alrededor de este tiempo, desarrolló algunos principios de diseño de circuitos para hacer que el comportamiento del circuito dependiera menos de las características de la válvula.
La corriente que pasaba por una válvula con una polarización fija variaba tanto de una válvula a otra que a veces, en una línea de producción, las válvulas se seleccionaban por sus características particulares.
Blumlein desarrolló el principio de los circuitos de corriente definidos en los que la corriente de la válvula se definía mediante una resistencia del cátodo a un potencial considerablemente más bajo o mediante el empleo de retroalimentación negativa.
Estos principios junto con el par de cola larga fueron patentados alrededor de 1936. Sobre estos principios se construyeron otras ideas de circuitos, incluido el acoplamiento de CC de banda ancha.
Durante la guerra estos principios sobrevivieron a los rigores de la producción en cantidad en una fábrica bajo especificaciones militares y después de la guerra se utilizaron en el diseño del ACE Pilot Model, el Deuce y el ACE.
Antes de la apertura de la estación de televisión de Londres en el palacio de Alexandra en 1936, las actividades de Blumlein se dedicaron a la ingeniería del sistema de la línea 405.
En este momento, el escaneo se realizó mediante discos giratorios mecánicos.
En 1931, Gramophone Company (HMV) se fusionó con Columbia Graphophone Company para formar Electric and Musical Industries.
Esto inició una importante investigación sobre el diseño y la fabricación de tubos de rayos catódicos al vacío. Este trabajo condujo al desarrollo del tubo iconoscopio para cámaras.
Este esfuerzo fue coronado por la televisación exterior de la procesión de coronación en 1937, unida por un cable de ocho millas al transmisor.
Se necesitaba un nuevo tipo de antena para esto y Blumlein inventó la antena de ranura resonante.
En 1939, la Compañía desarrolló un radar de 60 MHz patentado por Blumlein y ELC White. Blumlein participó en una exhibición visual de los localizadores de sonido estéreo en uso para colocar armas.
En 1940 estaba entregando un radar de intercepción aerotransportado para Beaufighters.
En 1941 se comenzó a trabajar en H2S, un sistema de radar para ayudar a los bombarderos a encontrar su objetivo.
Fue durante la prueba de este equipo que Blumlein, Browne y Blythen de EMI Research Laboratories junto con tres miembros del personal de TRE murieron en un desastroso accidente aéreo.
A pesar de esto, el H2S entró en funcionamiento en 1943 y algunas unidades se destinaron a la detección de submarinos enemigos.
Esto hizo una contribución sustancial a la Batalla del Atlántico.
Después del accidente, Ted Newman, que se había unido al Laboratorio aproximadamente al comienzo de la guerra, se hizo responsable del desarrollo posterior de H2S y otros proyectos militares.
Después de la guerra estuvo involucrado en el desarrollo de cámaras de televisión.
David Clayden, quien se unió al Laboratorio en 1941, también absorbió los principios de diseño de Blumlein y tanto Newman como Clayden emplearon estos principios en el diseño del ACE Pilot Model y el ACE cuando se trasladaron a la División de Radio de NPL en septiembre de 1947.
Blumlein fue un ingeniero notablemente prolífico, versátil e inventivo. Su capacidad para el trabajo duro era inmensa y a menudo, trabajaba hasta altas horas de la madrugada, los siete días de la semana.
En 1933 se casó con Doreen y tuvo dos hijos, Simon y David. Fue Simon quien dio la conferencia anual de Blumlein en el IEE en abril de 2000.
Aunque Alan fue asesinado a la edad de 38 años, sus contribuciones a la ingeniería electrónica abarcaron muchos aspectos de la disciplina.
La amplitud de estas contribuciones se puede medir por el hecho de que produjo 128 patentes, además de escribir dos artículos IEE y algunos artículos populares en Wireless World.
La pareja de cola larga
Los amplificadores de válvulas convencionales tradicionalmente tenían una resistencia de polarización conectada entre el cátodo de una válvula y la tierra (cero voltios) la rejilla de la válvula estaba polarizada a tierra.
El valor de esta resistencia, unos pocos cientos de ohmios, se eligió para que el cátodo funcionara a unos pocos voltios sobre la tierra, proporcionando así un voltaje de polarización de red apropiado que correspondiera a las características anunciadas de la válvula a la corriente de trabajo deseada.
(El cálculo del valor de la resistencia involucra la Ley de Ohm.)
Una característica indeseable de este arreglo es que la corriente de la válvula puede variar de una válvula a otra por un margen considerable, dependiendo de las características de la válvula en particular.
Esta característica se puede evitar aumentando el valor de la resistencia a unos pocos miles de ohmios y conectándola, no a tierra, sino a un voltaje negativo de digamos, -100 voltios.
La corriente a través de la resistencia y la válvula es luego determinada por este voltaje y el valor de la resistencia, las válvulas operando sin corriente de red.
Si la resistencia es de 10000 ohmios entonces la corriente es cercana a los 10 miliamperios, teniendo poca influencia las características de la válvula. Esta resistencia de alto valor se conoce como cola larga.
Este principio se puede extender al tener dos válvulas (triodos o pentodos) trabajando una al lado de la otra, con sus cátodos conectados entre sí y compartiendo la corriente de una resistencia de cola larga.
Sus ánodos están conectados a un voltaje positivo adecuado, digamos +200 voltios. La forma en que las dos válvulas comparten la corriente es entonces controlada por el voltaje relativo de las dos rejillas.
La señal de entrada está conectada a una de las rejillas, mientras que la otra normalmente está conectada a un potencial fijo. Si una rejilla está 10 voltios por encima de la otra, entonces toda la corriente va a su ánodo.
Por lo tanto, es posible cambiar toda la corriente de una válvula a la otra (o, en amplitudes de señal más pequeñas, crear un amplificador push-pull balanceado). Este arreglo es el par de cola larga.
Se puede utilizar una válvula de doble triodo en lugar de dos triodos.
Blumlein patentó el par de cola larga en 1936. Hay dos funciones distintas del par de cola larga:
Primero se desarrolló como un pequeño amplificador de señal que producía un par de salidas push-pull bien balanceadas desde los dos ánodos.
La otra función es como un interruptor donde toda la corriente del cátodo se cambia a uno u otro ánodo (la corriente del ánodo de una válvula se reduce a cero).
Como amplificador se utilizó tanto en frecuencia de audio como en radiofrecuencia.
Como interruptor se utilizó en circuitos de televisión y radar. (En los circuitos de transistores, se pueden obtener las mismas funciones utilizando circuitos acoplados por emisor).
Estas funciones se utilizaron ampliamente en el modelo piloto de ACE y sus descendientes.
Ventajas de cambio del par de cola larga
Una ventaja importante del par de cola larga en los circuitos digitales es su velocidad de conmutación.
En general, la velocidad de conmutación de un circuito es una función de la potencia nominal máxima de la válvula, la resistencia de carga del ánodo y la capacitancia parásita.
Para una alta velocidad de conmutación, la resistencia de carga del ánodo debe ser lo más baja posible, sujeto a producir un tamaño de señal adecuado para operar la siguiente válvula.
La corriente de la válvula debe ser lo más alta posible sujeta a no exceder la clasificación de potencia máxima de la válvula.
Los triodos dobles ‘en miniatura’ disponibles en la década de 1950 eran ideales para tales aplicaciones, funcionando a unos 10 miliamperios con señales de 20 voltios y produciendo tiempos de conmutación de aproximadamente una décima de microsegundo.
El modelo piloto de ACE funcionó a una velocidad de un millón de bits por segundo. El Big ACE, que también utilizó esta tecnología, funcionó a una velocidad de 1.
Para lograr una compuerta AND era posible alimentar la corriente del ánodo de una válvula al cátodo de otra, teniendo la válvula inferior su cátodo a unos -200 voltios y siendo alimentada con corriente desde -300 voltios.
Esto proporcionó dos rejillas de entrada que suministraban señales que se usaban para varias operaciones lógicas.
Una tecnología de circuito en competencia utilizada en algunas computadoras en ese momento era el pentodo con la rejilla y el supresor que se usaban como entradas de señal.
Aunque este circuito proporciona una compuerta AND en una válvula, existen dos desventajas importantes del circuito.
En primer lugar, la acción del supresor es desviar la corriente catódica del ánodo a la pantalla.
Desafortunadamente, en general, la disipación máxima de la pantalla es mucho más baja que la del ánodo, en el rango del 20% al 30% de la clasificación del ánodo.
Como consecuencia, la corriente del cátodo debe limitarse a aproximadamente una cuarta parte de la corriente normal de la válvula y la resistencia de carga del ánodo debe aumentarse en un factor de cuatro para lograr el mismo tamaño de señal de salida.
Esto aumenta el tiempo de conmutación en proporción.
La segunda desventaja es que el supresor proporciona una ganancia mucho menor que la primera rejilla, por lo que la amplitud de su señal debe ser varias veces mayor.
El alcance de esto depende del tipo de válvula, pero las máquinas de la década de 1950 que usaban esta tecnología funcionaban a una velocidad de alrededor de una décima de millón de bits por segundo.
Patentes de Blumlein
La mayoría de las patentes de Blumlein se escribieron en los años 1933 a 1940. En ese momento trabajaba en el Departamento de Investigación de Industrias Eléctricas y Musicales en Hayes, Middlesex.
Sin embargo, algunas patentes de 1933 a nombre de EMI se creen también creación más que probable de Blumlein.
En total, se le atribuyen más de 128 patentes en relación a los tubo de rayos catódicos, la radiofrecuencia, las frecuencias de audio y la alta frecuencia; con la relevancia que todas ellas han tenido a posteriori.
Incluso, en la actualidad.