Tranzistorii cu germaniu s-au bucurat de perioada lor de glorie în timpul primului deceniu de electronice semiconductoare înainte de a fi înlocuiți pe scară largă cu dispozitive cu siliciu cu microunde. În acest articol, vom discuta de ce primul tip de tranzistori este încă considerat un element important în industria muzicală și este de mare importanță pentru cunoscătorii de sunet bun.
Nașterea elementului
Germaniul a fost descoperit de Clemens și Winkler în orașul german Freiberg în 1886. Existența acestui element a fost prezisă de Mendeleev, stabilind în prealabil greutatea sa atomică egală cu 71 și densitatea de 5,5 g/cm3.
La începutul toamnei anului 1885, un miner care lucra la mina de argint Himmelsfürst de lângă Freiberg a dat peste un minereu neobișnuit. A fost dat lui Albin Weisbach de la Academia de Mine din apropiere, care a confirmat că este un mineral nou. El, la rândul său, l-a rugat pe colegul său Winkler să analizeze extracția. Winkler a descoperit astadin elementul chimic găsit este 75% argint, 18% sulf, omul de știință nu a putut determina compoziția restului de 7% din volumul descoperirii.
Până în februarie 1886, și-a dat seama că acesta era un nou element asemănător metalului. Când proprietățile sale au fost testate, a devenit clar că acesta era elementul lipsă din tabelul periodic, care se află sub siliciu. Mineralul din care provine este cunoscut sub numele de argirodit - Ag 8 GeS 6. În câteva decenii, acest element va sta la baza tranzistoarelor cu germaniu pentru sunet.
Germanium
La sfârșitul secolului al XIX-lea, germaniul a fost izolat și identificat pentru prima dată de chimistul german Clemens Winkler. Acest material, numit după patria lui Winkler, a fost mult timp considerat un metal cu conductivitate scăzută. Această afirmație a fost revizuită în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, deoarece atunci au fost descoperite proprietățile semiconductoare ale germaniului. Dispozitivele constând din germaniu s-au răspândit în anii postbelici. În acest moment, a fost necesar să se satisfacă nevoia de producție de tranzistori cu germaniu și dispozitive similare. Astfel, producția de germaniu în Statele Unite a crescut de la câteva sute de kilograme în 1946 la 45 de tone până în 1960.
Cronică
Istoria tranzistorilor începe în 1947 cu Bell Laboratories, situat în New Jersey. Trei fizicieni americani străluciți au participat la proces: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) și William Shockley (1910-1989).
Echipa condusă de Shockley a încercat să dezvolte un nou tip de amplificator pentruSistemul telefonic din SUA, dar ceea ce au inventat ei de fapt s-a dovedit a fi mult mai interesant.
Bardeen și Brattain au construit primul tranzistor marți, 16 decembrie 1947. Este cunoscut sub numele de tranzistor de contact punctual. Shockley a muncit din greu la proiect, așa că nu este surprinzător că era tulburat și furios că a fost respins. Curând, el a format de unul singur teoria tranzistorului de joncțiune. Acest dispozitiv este superior în multe privințe față de tranzistorul cu contact punctual.
Nașterea unei lumi noi
În timp ce Bardeen a părăsit Bell Labs pentru a deveni universitar (a continuat să studieze tranzistorii cu germaniu și supraconductorii la Universitatea din Illinois), Brattain a lucrat o perioadă înainte de a trece la predare. Shockley și-a început propria companie de producție de tranzistori și a creat un loc unic - Silicon Valley. Aceasta este o zonă înfloritoare din California, în jurul Palo Alto, unde se află marile corporații de electronice. Doi dintre angajații săi, Robert Noyce și Gordon Moore, au fondat Intel, cel mai mare producător de cipuri din lume.
Bardeen, Brattain și Shockley s-au reunit pentru scurt timp în 1956, când au primit cel mai în alt premiu științific din lume, Premiul Nobel pentru fizică, pentru descoperirea lor.
Legea brevetelor
Designul original al tranzistorului punct-contact este conturat într-un brevet american depus de John Bardeen și W alter Brattain în iunie 1948 (la aproximativ șase luni de la descoperirea inițială). Brevet eliberat la 3 octombrie 1950al anului. Un tranzistor PN simplu avea un strat superior subțire de germaniu de tip P (galben) și un strat inferior de germaniu de tip N (portocaliu). Tranzistoarele cu germaniu aveau trei pini: emițător (E, roșu), colector (C, albastru) și bază (G, verde).
În termeni simpli
Principiul de funcționare a unui amplificator de sunet cu tranzistor va deveni mai clar dacă facem o analogie cu principiul de funcționare a unui robinet de apă: emițătorul este o conductă, iar colectorul este un robinet. Această comparație ajută la explicarea modului în care funcționează un tranzistor.
Să ne imaginăm că tranzistorul este un robinet de apă. Curentul electric acționează ca apa. Tranzistorul are trei terminale: bază, colector și emițător. Baza funcționează ca un mâner de robinet, colectorul funcționează ca apa care curge în robinet, iar emițătorul funcționează ca o gaură din care curge apa. Rotind ușor mânerul robinetului, puteți controla debitul puternic de apă. Dacă rotiți ușor mânerul robinetului, atunci debitul de apă va crește semnificativ. Dacă mânerul robinetului este complet închis, apa nu va curge. Dacă rotiți butonul până la capăt, apa va curge mult mai repede.
Principiul de funcționare
Așa cum am menționat mai devreme, tranzistoarele cu germaniu sunt circuite care se bazează pe trei contacte: emițător (E), colector (C) și bază (B). Baza controlează curentul de la colector la emițător. Curentul care curge de la colector la emițător este proporțional cu curentul de bază. Curentul emițătorului, sau curentul de bază, este egal cu hFE. Această configurație folosește un rezistor colector (RI). Dacă trece curentul IcRI, va fi generată o tensiune pe acest rezistor, care este egală cu produsul lui Ic x RI. Aceasta înseamnă că tensiunea pe tranzistor este: E2 - (RI x Ic). Ic este aproximativ egal cu Ie, deci dacă IE=hFE x IB, atunci Ic este de asemenea egal cu hFE x IB. Prin urmare, după înlocuire, tensiunea pe tranzistoare (E) este E2 (RI x le x hFE).
Funcții
Amplificatorul audio cu tranzistor este construit pe funcții de amplificare și comutare. Luând radioul ca exemplu, semnalele pe care un radio le primește din atmosferă sunt extrem de slabe. Radioul amplifică aceste semnale prin ieșirea difuzorului. Aceasta este funcția „boost”. Deci, de exemplu, tranzistorul cu germaniu gt806 este destinat utilizării în dispozitive cu impulsuri, convertoare și stabilizatoare de curent și tensiune.
Pentru radioul analogic, pur și simplu amplificarea semnalului va face ca difuzoarele să producă sunet. Cu toate acestea, pentru dispozitivele digitale, forma de undă de intrare trebuie modificată. Pentru un dispozitiv digital, cum ar fi un computer sau un player MP3, tranzistorul trebuie să comute starea semnalului la 0 sau 1. Aceasta este „funcția de comutare”
Puteți găsi componente mai complexe numite tranzistori. Vorbim despre circuite integrate realizate din infiltrare de siliciu lichid.
Soviet Silicon Valley
În vremea sovietică, la începutul anilor’60, orașul Zelenograd a devenit o rampă de lansare pentru organizarea Centrului de microelectronică în el. Inginerul sovietic Shchigol F. A. dezvoltă tranzistorul 2T312 și analogul său 2T319, care mai târziu a devenitcomponenta principala a circuitelor hibride. Acesta a fost cel care a pus bazele producției de tranzistoare cu germaniu în URSS.
În 1964, uzina Angstrem, pe baza Institutului de Cercetare a Tehnologiilor de Precizie, a creat primul circuit integrat IC-Path cu 20 de elemente pe un cip, care îndeplinește sarcina unei combinații de tranzistori cu conexiuni rezistive. În același timp, a apărut o altă tehnologie: au fost lansate primele tranzistoare plate „Plane”.
În 1966, la Institutul de Cercetare Pulsar a început să funcționeze prima stație experimentală pentru producția de circuite integrate plate. La NIIME, grupul Dr. Valiev a început să producă rezistențe liniare cu circuite logice integrate.
În 1968, Institutul de Cercetare Pulsar a produs prima parte a circuitelor integrate hibride cu tranzistor plat cu cadru deschis KD910, KD911, KT318 cu film subțire, care sunt proiectate pentru comunicații, televiziune, radiodifuziune.
Tranzistorii liniari cu circuite integrate digitale de utilizare în masă (tip 155) au fost dezvoltați la Institutul de Cercetare DOE. În 1969, fizicianul sovietic Zh. I. Alferov a descoperit lumii teoria controlului fluxurilor de electroni și lumină în heterostructuri bazate pe sistemul de arseniură de galiu.
Trecut versus viitor
Primele tranzistoare seriale au fost bazate pe germaniu. Germaniul de tip P și de tip N au fost conectați împreună pentru a forma un tranzistor de joncțiune.
Compania americană Fairchild Semiconductor a inventat procesul planar în anii 1960. Aici pentru producerea de tranzistori cusiliciul și fotolitografia au fost utilizate pentru o reproductibilitate îmbunătățită la scară industrială. Acest lucru a condus la ideea circuitelor integrate.
Diferențe semnificative între tranzistoarele cu germaniu și siliciu sunt următoarele:
- tranzistoarele cu siliciu sunt mult mai ieftine;
- tranzistorul de siliciu are o tensiune de prag de 0,7V, în timp ce germaniul are o tensiune de prag de 0,3V;
- siliciul rezistă la temperaturi de aproximativ 200°C, germaniu 85°C;
- curentul de scurgere de siliciu este măsurat în nA, pentru germaniu în mA;
- PIV Si este mai mare decât Ge;
- Ge poate detecta mici modificări ale semnalelor, prin urmare, sunt cei mai „muzici” tranzistori datorită sensibilității lor ridicate.
Audio
Pentru a obține sunet de în altă calitate pe echipamente audio analogice, trebuie să decideți. Ce să alegeți: circuite integrate moderne (CI) sau ULF pe tranzistoare cu germaniu?
În primele zile ale tranzistorilor, oamenii de știință și inginerii s-au certat asupra materialului care ar sta la baza dispozitivelor. Dintre elementele tabelului periodic, unele sunt conductoare, altele sunt izolatoare. Dar unele elemente au o proprietate interesantă care le permite să fie numite semiconductori. Siliciul este un semiconductor și este folosit în aproape toate tranzistoarele și circuitele integrate fabricate astăzi.
Dar înainte ca siliciul să fie folosit ca material potrivit pentru fabricarea unui tranzistor, acesta a fost înlocuit cu germaniu. Avantajul siliciului față de germaniu s-a datorat în principal câștigului mai mare care putea fi obținut.
Deși tranzistoarele cu germaniu de la diferiți producători au adesea caracteristici diferite unele de altele, se consideră că unele tipuri produc un sunet cald, bogat și dinamic. Sunetele pot varia de la crocant și neuniform la înăbușit și plat cu mijloc. Fără îndoială, un astfel de tranzistor merită un studiu suplimentar ca dispozitiv de amplificare.
Sfat pentru acțiune
Cumpărarea de componente radio este un proces în care puteți găsi tot ce aveți nevoie pentru munca dvs. Ce spun experții?
Potrivit multor radioamatori și cunoscători ai sunetului de în altă calitate, seriile P605, KT602, KT908 sunt recunoscute ca fiind cele mai muzicale tranzistoare.
Pentru stabilizatori, este mai bine să utilizați seriile AD148, AD162 de la Siemens, Philips, Telefunken.
Judecând după recenzii, cel mai puternic dintre tranzistoarele cu germaniu - GT806, câștigă în comparație cu seria P605, dar din punct de vedere al frecvenței de timbru, este mai bine să acordați preferință acestora din urmă. Merită să acordați atenție tipului KT851 și KT850, precum și tranzistorului cu efect de câmp KP904.
Tipurile P210 și ASY21 nu sunt recomandate, deoarece au de fapt caracteristici de sunet slabe.
Chitare
Deși diferite mărci de tranzistoare cu germaniu au caracteristici diferite, toate pot fi folosite pentru a crea un sunet dinamic, mai bogat și mai plăcut. Ele pot ajuta la schimbarea sunetului unei chitareîntr-o gamă largă de tonuri, inclusiv intens, zgomot, dur, mai fin sau o combinație a acestora. În unele dispozitive, acestea sunt utilizate pe scară largă pentru a oferi muzicii de chitară un sunet extraordinar, extrem de tangibil și moale.
Care este dezavantajul major al tranzistoarelor cu germaniu? Desigur, comportamentul lor imprevizibil. Potrivit experților, va fi necesar să efectuați o achiziție grandioasă de componente radio, adică să achiziționați sute de tranzistori pentru a-l găsi pe cel potrivit pentru dvs. după teste repetate. Acest neajuns a fost identificat de inginerul de studio și muzicianul Zachary Vex în timp ce căuta blocuri de efecte sonore de epocă.
Vex a început să creeze unități de efecte de chitară Fuzz pentru a face muzica de chitară să sune mai clar prin amestecarea unităților Fuzz originale în anumite proporții. A folosit acești tranzistori fără a le testa potențialul pentru a obține cea mai bună combinație, bazându-se doar pe noroc. În cele din urmă, a fost forțat să abandoneze niște tranzistori din cauza sunetului lor nepotrivit și a început să producă blocuri Fuzz bune cu tranzistoare cu germaniu în fabrica sa.
