Germanio tranzistoriai mėgavosi savo klestėjimo laikais per pirmąjį puslaidininkinės elektronikos dešimtmetį, kol juos plačiai pakeitė mikrobangų silicio įrenginiai. Šiame straipsnyje aptarsime, kodėl pirmojo tipo tranzistoriai vis dar laikomi svarbiu muzikos pramonės elementu ir yra labai svarbūs gero garso žinovams.
Elemento gimimas
Germanį 1886 m. Vokietijos Freibergo mieste atrado Klemensas ir Vinkleris. Šio elemento egzistavimą numatė Mendelejevas, iš anksto nustatęs jo atominę masę, lygią 71, o tankį 5,5 g/cm3.
1885 m. rudens pradžioje Himmelsfiursto sidabro kasykloje netoli Freibergo dirbęs kalnakasys aptiko neįprastą rūdą. Jį gavo Albinas Veisbachas iš netoliese esančios Kalnakasybos akademijos, kuris patvirtino, kad tai naujas mineralas. Jis savo ruožtu paprašė savo kolegos Winklerio išanalizuoti gavybą. Winkleris tai atradorasto cheminio elemento yra 75% sidabro, 18% sieros, likusių 7% radinio tūrio sudėties mokslininkas nustatyti negalėjo.
Iki 1886 m. vasario mėn. jis suprato, kad tai naujas į metalą panašus elementas. Išbandžius jo savybes paaiškėjo, kad tai trūkstamas elementas periodinėje lentelėje, kuri yra žemiau silicio. Mineralas, iš kurio jis atsirado, yra žinomas kaip argiroditas – Ag 8 GeS 6. Po kelių dešimtmečių šis elementas taps germanio tranzistorių pagrindu.
Germanis
XIX amžiaus pabaigoje germanį pirmą kartą išskyrė ir nustatė vokiečių chemikas Klemensas Vinkleris. Ši medžiaga, pavadinta Winklerio tėvynės vardu, ilgą laiką buvo laikoma mažo laidumo metalu. Šis teiginys buvo peržiūrėtas Antrojo pasaulinio karo metu, nes tada buvo atrastos germanio puslaidininkinės savybės. Prietaisai, sudaryti iš germanio, plačiai paplito pokario metais. Šiuo metu reikėjo patenkinti germanio tranzistorių ir panašių prietaisų gamybos poreikį. Taigi germanio gamyba Jungtinėse Valstijose išaugo nuo kelių šimtų kilogramų 1946 m. iki 45 tonų 1960 m.
Kronika
Tranzistorių istorija prasideda 1947 m. „Bell Laboratories“, įsikūrusioje Naujajame Džersyje. Šiame procese dalyvavo trys puikūs amerikiečių fizikai: Johnas Bardeenas (1908–1991), W alteris Brattainas (1902–1987) ir Williamas Shockley (1910–1989).
Shockley vadovaujama komanda bandė sukurti naujo tipo stiprintuvąJAV telefono sistema, tačiau tai, ką jie iš tikrųjų išrado, pasirodė daug įdomiau.
Bardeenas ir Bratteinas 1947 m. gruodžio 16 d., antradienį, pastatė pirmąjį tranzistorių. Jis žinomas kaip taškinis kontaktinis tranzistorius. Shockley daug dirbo prie projekto, todėl nenuostabu, kad jis buvo sutrikęs ir piktas, kad buvo atstumtas. Netrukus jis vienas sukūrė sankryžos tranzistoriaus teoriją. Šis įrenginys daugeliu atžvilgių pranašesnis už taškinį kontaktinį tranzistorių.
Naujo pasaulio gimimas
Kol Bardeenas paliko „Bell Labs“, kad taptų akademiku (jis studijavo germanio tranzistorius ir superlaidininkus Ilinojaus universitete), Brattainas kurį laiką dirbo, kol pradėjo dėstyti. Shockley įkūrė savo tranzistorių gamybos įmonę ir sukūrė unikalią vietą – Silicio slėnį. Tai klesti Kalifornijos rajonas aplink Palo Alto, kur yra įsikūrusios didelės elektronikos korporacijos. Du jo darbuotojai, Robertas Noyce'as ir Gordonas Moore'as, įkūrė „Intel“, didžiausią pasaulyje lustų gamintoją.
Bardeen, Brattain ir Shockley trumpam susijungė 1956 m., kai už atradimą gavo aukščiausią pasaulyje mokslo apdovanojimą – Nobelio fizikos premiją.
Patentų įstatymas
Pirminis taškinio kontakto tranzistoriaus dizainas aprašytas JAV patente, kurį 1948 m. birželį pateikė Johnas Bardeenas ir W alteris Brattainas (praėjus maždaug šešiems mėnesiams po pirminio atradimo). Patentas išduotas 1950 m. spalio 3 dmetų. Paprastas PN tranzistorius turėjo ploną viršutinį P tipo germanio sluoksnį (geltoną), o apatinį - N tipo germanio (oranžinį). Germanio tranzistoriai turėjo tris kontaktus: emiterį (E, raudona), kolektorių (C, mėlyna) ir bazę (G, žalia).
Paprasčiau tariant
Tranzistorinio garso stiprintuvo veikimo principas taps aiškesnis, jei pateiksime analogiją su vandens čiaupo veikimo principu: emiteris yra vamzdynas, o kolektorius - čiaupas. Šis palyginimas padeda paaiškinti, kaip veikia tranzistorius.
Įsivaizduokime, kad tranzistorius yra vandens čiaupas. Elektros srovė veikia kaip vanduo. Tranzistorius turi tris gnybtus: bazę, kolektorius ir emiterį. Pagrindas veikia kaip maišytuvo rankena, kolektorius - kaip vanduo, bėgantis į maišytuvą, o emiteris - kaip skylė, iš kurios išteka vanduo. Šiek tiek pasukus maišytuvo rankenėlę galite valdyti galingą vandens srautą. Jei šiek tiek pasukite maišytuvo rankenėlę, vandens srautas žymiai padidės. Jei maišytuvo rankena visiškai uždaryta, vanduo netekės. Jei pasukite rankenėlę iki galo, vanduo tekės daug greičiau.
Veikimo principas
Kaip minėta anksčiau, germanio tranzistoriai yra grandinės, pagrįstos trimis kontaktais: emiteris (E), kolektorius (C) ir bazė (B). Bazė valdo srovę nuo kolektoriaus iki emiterio. Srovė, kuri teka iš kolektoriaus į emiterį, yra proporcinga bazinei srovei. Emiterio srovė arba bazinė srovė yra lygi hFE. Ši sąranka naudoja kolektoriaus rezistorių (RI). Jeigu teka srovė IcRI, šiame rezistoriuje bus sukurta įtampa, kuri yra lygi Ic x RI sandaugai. Tai reiškia, kad tranzistoriaus įtampa yra: E2 - (RI x Ic). Ic yra maždaug lygus Ie, taigi, jei IE=hFE x IB, tai Ic taip pat yra lygus hFE x IB. Todėl po pakeitimo tranzistorių (E) įtampa yra E2 (RI x le x hFE).
Funkcijos
Tranzistorinis garso stiprintuvas sukurtas naudojant stiprinimo ir perjungimo funkcijas. Pavyzdžiui, radijo imtuvai signalai, kuriuos radijo imtuvas priima iš atmosferos, yra labai silpni. Radijas sustiprina šiuos signalus per garsiakalbio išvestį. Tai yra „padidinimo“funkcija. Taigi, pavyzdžiui, germanio tranzistorius gt806 yra skirtas naudoti impulsiniuose įrenginiuose, keitikliuose ir srovės bei įtampos stabilizatoriuose.
Jei naudojate analoginį radiją, tiesiog sustiprinus signalą, garsiakalbiai skleis garsą. Tačiau skaitmeniniuose įrenginiuose įvesties bangos forma turi būti pakeista. Skaitmeniniame įrenginyje, pvz., kompiuteryje arba MP3 grotuve, tranzistorius turi perjungti signalo būseną į 0 arba 1. Tai yra „perjungimo funkcija“
Galite rasti sudėtingesnių komponentų, vadinamų tranzistoriais. Mes kalbame apie integrinius grandynus, pagamintus iš skysto silicio infiltracijos.
Sovietinis Silicio slėnis
Sovietiniais laikais, 60-ųjų pradžioje, Zelenogrado miestas tapo tramplinu jame organizuojant Mikroelektronikos centrą. Sovietų inžinierius Shchigol F. A. sukūrė tranzistorių 2T312 ir jo analogą 2T319, kuris vėliau tapopagrindinis hibridinių grandinių komponentas. Būtent šis žmogus padėjo pamatus germanio tranzistorių gamybai SSRS.
1964 m. Angstremo gamykla Tiksliųjų technologijų tyrimų instituto pagrindu sukūrė pirmąjį IC-Path integrinį grandyną su 20 elementų mikroschemoje, kuri atlieka tranzistorių ir varžinių jungčių derinio užduotį.. Tuo pačiu metu pasirodė ir kita technologija: buvo išleisti pirmieji plokšti tranzistoriai „Plane“.
1966 m. Pulsar tyrimų institute pradėjo veikti pirmoji plokščiųjų integrinių grandynų gamybos eksperimentinė stotis. NIIME Dr. Valievo grupė pradėjo gaminti linijinius rezistorius su loginiais integriniais grandynais.
1968 m. Pulsar tyrimų institutas pagamino pirmąją KD910, KD911, KT318 plonasluoksnių atvirojo rėmo plokščiųjų tranzistorių hibridinių IC, skirtų ryšiui, televizijai, radijo transliavimui, dalį.
Tiesijiniai tranzistoriai su masinio naudojimo skaitmeninėmis IC (155 tipo) buvo sukurti DOE tyrimų institute. 1969 m. sovietų fizikas Ž. I. Alferovas pasauliui atrado elektronų ir šviesos srautų valdymo heterostruktūrose teoriją, pagrįstą galio arsenido sistema.
Praeitis prieš ateitį
Pirmieji serijiniai tranzistoriai buvo germanio pagrindu. P tipo ir N tipo germanis buvo sujungti, kad susidarytų jungties tranzistorius.
Amerikos kompanija Fairchild Semiconductor išrado plokštuminį procesą septintajame dešimtmetyje. Čia tranzistorių gamybai suSiekiant pagerinti pramoninio masto atkuriamumą, buvo naudojamas silicis ir fotolitografija. Tai paskatino idėją apie integrinius grandynus.
Reikšmingi skirtumai tarp germanio ir silicio tranzistorių yra šie:
- silicio tranzistoriai yra daug pigesni;
- silicio tranzistoriaus slenkstinė įtampa yra 0,7 V, o germanio slenkstinė įtampa yra 0,3 V;
- silicis atlaiko apie 200°C temperatūrą, germanis 85°C;
- silicio nuotėkio srovė matuojama nA, germanio – mA;
- PIV Si yra didesnis nei Ge;
- Ge gali aptikti nedidelius signalų pokyčius, todėl dėl didelio jautrumo jie yra „muzikaliausi“tranzistoriai.
Garsas
Norėdami gauti aukštos kokybės garsą naudojant analoginę garso įrangą, turite nuspręsti. Ką pasirinkti: modernius integrinius grandynus (IC) ar ULF ant germanio tranzistorių?
Ankstyvaisiais tranzistorių laikais mokslininkai ir inžinieriai ginčijosi dėl medžiagos, kuria bus grindžiami įrenginiai. Tarp periodinės lentelės elementų vieni yra laidininkai, kiti – izoliatoriai. Tačiau kai kurie elementai turi įdomią savybę, leidžiančią juos vadinti puslaidininkiais. Silicis yra puslaidininkis ir naudojamas beveik visuose šiandien gaminamuose tranzistoriuose ir integriniuose grandynuose.
Tačiau kol silicis nebuvo naudojamas kaip tinkama medžiaga tranzistoriui gaminti, jis buvo pakeistas germaniu. Silicio pranašumą prieš germanį daugiausia lėmė didesnis pelnas, kurį buvo galima pasiekti.
Nors skirtingų gamintojų germanio tranzistoriai dažnai turi skirtingas charakteristikas, manoma, kad kai kurie tipai skleidžia šiltą, sodrų ir dinamišką garsą. Garsai gali būti nuo traškių ir netolygių iki duslių ir plokščių su tarpais. Be jokios abejonės, tokį tranzistorių verta toliau tirti kaip stiprinimo įrenginį.
Patarimas imtis veiksmų
Radijo komponentų pirkimas yra procesas, kurio metu galite rasti viską, ko reikia jūsų darbui. Ką sako ekspertai?
Daugelio radijo mėgėjų ir aukštos kokybės garso žinovų nuomone, P605, KT602, KT908 serijos yra pripažintos muzikaliausiais tranzistoriais.
Stabilizatoriams geriau naudoti AD148, AD162 serijas iš Siemens, Philips, Telefunken.
Sprendžiant iš atsiliepimų, galingiausias iš germanio tranzistorių - GT806, jis laimi lyginant su P605 serija, tačiau pagal tembrinį dažnį geriau teikti pirmenybę pastarajam. Verta atkreipti dėmesį į KT851 ir KT850 tipus, taip pat lauko tranzistorių KP904.
P210 ir ASY21 tipai nerekomenduojami, nes iš tikrųjų jų garso charakteristikos yra prastos.
Gitaros
Nors skirtingų markių germanio tranzistorių charakteristikos skiriasi, juos visus galima naudoti kuriant dinamišką, sodresnį ir malonesnį garsą. Jie gali padėti pakeisti gitaros garsąįvairių tonų, įskaitant intensyvius, prislopintus, atšiaurius, švelnesnius arba jų derinius. Kai kuriuose įrenginiuose jie plačiai naudojami siekiant suteikti gitaros muzikai puikų grojimą, ypač apčiuopiamą ir švelnų garsą.
Koks yra pagrindinis germanio tranzistorių trūkumas? Žinoma, jų nenuspėjamas elgesys. Ekspertų teigimu, norint po pakartotinio bandymo rasti sau tinkamą, teks atlikti grandiozinį radijo komponentų pirkimą, tai yra įsigyti šimtus tranzistorių. Šį trūkumą nustatė studijos inžinierius ir muzikantas Zachary Vex, ieškodamas senovinių garso efektų blokų.
Vex pradėjo kurti Fuzz gitaros efektų įrenginius, kad gitaros muzika skambėtų aiškiau, tam tikromis proporcijomis maišant originalius Fuzz vienetus. Jis naudojo šiuos tranzistorius neišbandęs jų galimybių gauti geriausią derinį, pasikliaudamas vien sėkme. Galų gale jis buvo priverstas atsisakyti kai kurių tranzistorių dėl netinkamo jų garso ir savo gamykloje pradėjo gaminti gerus „Fuzz“blokus su germanio tranzistoriais.
