负反馈的故事

时间：20世纪初期

地点：哈德孙河的渡口

人物：Harold Black。在Bell实验室工作了6年的工程师

阴沉沉的天空不时划过几条犀利的闪电，随着几声闷雷响彻Hudson River的上空。乌云下一排等待渡船到对岸上班的人群。他们不知道，其实历史性的一刻即将到来，这艘平凡的渡轮上将要诞生一个影响到通信控制方方面面的伟大发明。Harold Black，一个沉溺于放大器设计若干年的工程师，其貌不扬的混迹在其中。略显睡眠不足的脸上没人看得出他还烦恼于解决已经困扰ATT好久的问题。手里拿着刚买来的纽约时报，但心思显然没在那上边。“到底是哪里出了问题了呢，那些失真和自激到底是哪儿产生的呢?" ATT的第一条洲际长途线路是用每英里1000磅的8号铜线搭建而成。为了补偿传输损耗，沿途用了若干级的电子管放大器。但随着级数的增多失真和自激震荡也越来越严重。Harold被分派解决这一问题。不知多少个昼夜了，他穷尽所有的已知技巧还是找不到头绪。

雷雨中Harold随着人流登上了渡轮。看着云雾中时隐时现的对岸的摩天大楼，他禁不住想起几天中连续几个梦境里的情形。梦中一个白色的妖怪在逐渐的长大，始终朝他瞪着眼睛，他感到害怕想把它除掉。这个白色的怪物喜欢吃白色东西，但它不是自己吃，而是喂给它童年小时候的自己吃，非常奇怪的一幅图景。妖怪已经超乎寻常的巨大，他越来越感到恐惧和无能为力。

渡船摇摇晃晃中Harold依稀回忆起昨天梦境中奇异的一幕：一道强烈的紫色雷电闪过，彷佛一条飞旋的紫蛇朝他黑色的眼眸射来，眼前出现一个紫色的漩涡，它像一个飞速扩张的黑洞，旋转着吞噬一切。身体和意识一同被漩涡
漩涡吸入，在这个漩涡里，空间和时间都为之扭曲。他竭力挣扎，却无法摆脱，扭曲的光线强烈刺激着他的眼睛。不知过了多久忽然眼前一片绿色，发现自己正躺在一片茂密的草地上，温暖的阳光洒在身上，空气中浮荡着淡淡的青草气息。正午的阳光毫不吝啬地倾泄下来，晒在皮肤上隐隐作痛。眼前是一片望不到边际的草原，平缓的丘陵微微起伏着，彷佛大地上青绿色的波涛。。。。。。。（注一）在附近的小山包下边，他发现那个他熟悉的白色的怪物，但是个刚出生不久的模样。想着扭曲空间和之前的闪电，他忽然意识到，啊！我穿越了！…￥#@&×……%￥#×（）&……%￥…… 走进那小小的怪物，他发现一个模糊的似有似无的身影，像放大了若干倍的怪物自己在喂食幼年的自己白色食物。望着眼前怪异的情形，他脑中忽然闪过一个念头，这不正是除掉那个怪物的好时候吗？趁着它还没长大。于是他把随身带来的一些凡是黑色的东西就朝它嘴里塞。奇怪的景象发生了，小婴儿怪物自己似乎很喜欢吃，但它那模糊身影的自己却变得十分愤怒，剧烈的挣扎着，似乎很恐惧Harold做得一切。又像有什么禁锢在它身上，使它不能阻止他的行为。于是那模糊身影的成年怪物变得越来越小。。。。。。

这时渡船一阵剧烈的左右摇晃，Harold从梦境的回忆中醒来。“都是那个该死的自激，越来越大，像那个妖怪。。。。啊！。。。。等等，自激-妖怪，妖怪-自激。。。。。 越来越大。。。。”。Harold忽然觉得抓住了一个关键的什么东西，但又模模糊糊的飘来飘去。这时又一道闪电划过乌黑的夜空。“闪电。。。穿越。。。。。回去在该死的妖怪还没长大就除掉它？。。。。坏频率循环放大了，回到源头让它自己把自己消掉？”  就是这个！放大后的信号负反馈回到输入，把那些不想要的自激频率抑制住。他飞快的在手头报纸画下这个思路的框图以及相应的公式。同志们，从这一刻开始著名的负反馈理论诞生了。人类从此以后人类可以实现稳定的远程通信，实现可靠的自动控制，可以登月登火星。。。。。那些后来的电话，计算机，自动化，导弹火箭，也都受益于此。

以下是Harold的回忆：我立即在纽约时报的一页画下了实现的草图和负反馈的方程式并在上边签上了自己的名字。20分钟后回到了位于西街463号的实验室。我向手下的Earl做了详细解释，由他做了签署见证。之后的50年，在Hudson河上的一幕始终在我眼前。当有人怀疑我的电路为什么能工作时，我告诉他们这来自于我2年对震荡电路的研究，3年多致力于终端设备的设计和对电话系统数学模型的研究。

“Then came the morning of Tuesday, August 2, 1927, when the concept of the negative

feedback amplifier came to me in a flash while I was crossing the Hudson River on the Lackawanna

Ferry, on the way to work. For more than 50 years I have pondered how and why the

idea came, and I can’t say any more today than I could that morning. All I know is that after

several years of hard work on the problem, I suddenly realized that if I fed the amplifier output

back to the input, in reverse phase, and kept the device from oscillating (singing, as we called

it then), I would have exactly what I wanted: a means of canceling out the distortion in the

output. I opened my morning newspaper and on a page of The New York Times I sketched a

simple diagram of a negative feedback amplifier plus the equations for the amplification with

feedback. I signed the sketch, and 20 minutes later, when I reached the laboratory at 463 West

Street, it was witnessed, understood, and signed by the late Earl C. Bleassing.

I envisioned this circuit as leading to extremely linear amplifiers (40 to 50dB of negative

feedback), but an important question is: How did I know I could avoid self-oscillations over

very wide frequency bands when many people doubted such circuits would be stable? My

confidence stemmed from work that I had done two years earlier on certain novel oscillator

circuits and three years earlier in designing the terminal circuits, including the filters, and

developing the mathematics for a carrier telephone system for short toll circuits.”

这个发现，像其他伟大的发明一样，在开始都引起了正确性的怀疑，和后来谁是真正第一发明者的争论。我们熟悉的大名鼎鼎的奈奎斯特（取样定理和稳定性判据），波特（波特图和稳定性分析）都声称是负反馈的发明者。但在IEEE的口述历史中，Harold称前者只是用更系统的数学描述了负反馈的稳定性理论。负反馈原始的思想早在1927年他就已经发明了。ATT在后来还对Zenith公司有过该专利的诉讼。