Germānija tranzistori izbaudīja savus ziedu laikus pusvadītāju elektronikas pirmajā desmitgadē, pirms tos plaši aizstāja ar mikroviļņu silīcija ierīcēm. Šajā rakstā mēs apspriedīsim, kāpēc pirmā veida tranzistori joprojām tiek uzskatīti par svarīgu elementu mūzikas industrijā un ir ļoti svarīgi labas skaņas cienītājiem.
Elementa dzimšana
Germāniju atklāja Klemens un Vinklers Vācijas pilsētā Freibergā 1886. gadā. Šī elementa esamību paredzēja Mendeļejevs, iepriekš nosakot tā atommasu ar 71 un blīvumu 5,5 g/cm3.
1885. gada rudens sākumā kalnracis, kas strādāja Himmelsfīras sudraba raktuvēs netālu no Freibergas, uzdūrās neparastai rūdai. To iedeva Albinam Veisbaham no tuvējās Kalnrūpniecības akadēmijas, kurš apstiprināja, ka tas ir jauns minerāls. Viņš savukārt lūdza kolēģi Vinkleru analizēt ieguvi. Vinklers to atklājano atrastā ķīmiskā elementa ir 75% sudraba, 18% sēra, atlikušo 7% atraduma tilpuma sastāvu zinātnieks nevarēja noteikt.
Līdz 1886. gada februārim viņš saprata, ka tas ir jauns metālam līdzīgs elements. Pārbaudot tā īpašības, kļuva skaidrs, ka tas ir trūkstošais elements periodiskajā tabulā, kas atrodas zem silīcija. Minerāls, no kura tas radās, ir pazīstams kā argirodīts - Ag 8 GeS 6. Pēc dažām desmitgadēm šis elements veidos skaņas germānija tranzistoru pamatu.
Ģermānija
19. gadsimta beigās germāniju pirmo reizi izolēja un identificēja vācu ķīmiķis Klemenss Vinklers. Šis materiāls, kas nosaukts pēc Vinklera dzimtenes, jau sen tiek uzskatīts par metālu ar zemu vadītspēju. Šis apgalvojums tika pārskatīts Otrā pasaules kara laikā, jo tieši tad tika atklātas germānija pusvadītāju īpašības. Ierīces, kas sastāv no germānija, kļuva plaši izplatītas pēckara gados. Šajā laikā bija nepieciešams apmierināt vajadzību pēc germānija tranzistoru un līdzīgu ierīču ražošanas. Tādējādi germānija ražošana Amerikas Savienotajās Valstīs pieauga no dažiem simtiem kilogramu 1946. gadā līdz 45 tonnām līdz 1960. gadam.
Hronika
Tranzistoru vēsture sākas 1947. gadā ar uzņēmumu Bell Laboratories, kas atrodas Ņūdžersijā. Šajā procesā piedalījās trīs izcili amerikāņu fiziķi: Džons Bārdīns (1908–1991), V alters Breteins (1902–1987) un Viljams Šoklijs (1910–1989).
Šoklija vadītā komanda mēģināja izstrādāt jauna veida pastiprinātājuASV telefonu sistēma, taču tas, ko viņi patiesībā izgudroja, izrādījās daudz interesantāks.
Bārdīns un Breteins uzbūvēja pirmo tranzistoru otrdien, 1947. gada 16. decembrī. Tas ir pazīstams kā punktkontakta tranzistors. Šoklijs smagi strādāja pie projekta, tāpēc nav pārsteigums, ka viņš bija samulsis un dusmīgs par noraidījumu. Drīz viņš viens pats izveidoja krustojuma tranzistora teoriju. Šī ierīce daudzos aspektos ir pārāka par punktkontakta tranzistoru.
Jaunas pasaules dzimšana
Kamēr Bārdīns pameta Bell Labs, lai kļūtu par akadēmiķi (viņš Ilinoisas Universitātē studēja germānija tranzistorus un supravadītājus), Breteins kādu laiku strādāja, pirms pārgāja uz pasniedzēju. Šoklijs izveidoja savu tranzistoru ražošanas uzņēmumu un izveidoja unikālu vietu - Silīcija ieleju. Šis ir plaukstošs rajons Kalifornijā ap Palo Alto, kur atrodas lielākās elektronikas korporācijas. Divi viņa darbinieki Roberts Noiss un Gordons Mūrs nodibināja Intel, pasaulē lielāko mikroshēmu ražotāju.
Bārdīns, Bretens un Šoklijs uz īsu brīdi atkalapvienojās 1956. gadā, kad par atklājumu saņēma pasaulē augstāko zinātnisko apbalvojumu – Nobela prēmiju fizikā.
Patentu likums
Sākotnējais punktkontakta tranzistora dizains ir izklāstīts ASV patentā, ko Džons Bārdīns un V alters Breteins iesniedza 1948. gada jūnijā (apmēram sešus mēnešus pēc sākotnējā atklājuma). Patents izdots 1950. gada 3. oktobrīgadā. Vienkāršam PN tranzistoram bija plāns P tipa germānija (dzeltens) augšējais slānis un N tipa germānija (oranža) apakšējais slānis. Germānija tranzistoriem bija trīs tapas: emitētājs (E, sarkans), kolektors (C, zils) un bāze (G, zaļš).
Vienkāršā izteiksmē
Tranzistora skaņas pastiprinātāja darbības princips kļūs skaidrāks, ja izveidosim analoģiju ar ūdens krāna darbības principu: emitētājs ir cauruļvads, bet kolektors ir krāns. Šis salīdzinājums palīdz izskaidrot, kā darbojas tranzistors.
Iedomāsimies, ka tranzistors ir ūdens krāns. Elektriskā strāva darbojas kā ūdens. Tranzistoram ir trīs spailes: bāze, kolektors un emitētājs. Pamatne darbojas kā jaucējkrāna rokturis, kolektors darbojas kā ūdens, kas ieplūst jaucējkrānā, un emitētājs darbojas kā caurums, no kura izplūst ūdens. Nedaudz pagriežot jaucējkrāna rokturi, jūs varat kontrolēt jaudīgo ūdens plūsmu. Ja nedaudz pagriežat jaucējkrāna rokturi, ūdens plūsmas ātrums ievērojami palielināsies. Ja jaucējkrāna rokturis ir pilnībā aizvērts, ūdens netecēs. Ja pagriežat pogu līdz galam, ūdens plūdīs daudz ātrāk.
Darbības princips
Kā minēts iepriekš, germānija tranzistori ir ķēdes, kuru pamatā ir trīs kontakti: emitētājs (E), kolektors (C) un bāze (B). Bāze kontrolē strāvu no kolektora uz emitētāju. Strāva, kas plūst no kolektora uz emitētāju, ir proporcionāla bāzes strāvai. Emitatora strāva jeb bāzes strāva ir vienāda ar hFE. Šī iestatīšana izmanto kolektora rezistoru (RI). Ja strāva Ic plūst cauriRI, šim rezistoram tiks ģenerēts spriegums, kas ir vienāds ar Ic x RI reizinājumu. Tas nozīmē, ka spriegums pāri tranzistoram ir: E2 - (RI x Ic). Ic ir aptuveni vienāds ar Ie, tādēļ, ja IE=hFE x IB, tad Ic arī ir vienāds ar hFE x IB. Tāpēc pēc nomaiņas spriegums pāri tranzistoriem (E) ir E2 (RI x le x hFE).
Funkcijas
Tranzistora audio pastiprinātājs ir balstīts uz pastiprināšanas un pārslēgšanas funkcijām. Piemēram, radio signāli, ko radio uztver no atmosfēras, ir ārkārtīgi vāji. Radio pastiprina šos signālus caur skaļruņu izeju. Šī ir "pastiprināšanas" funkcija. Tā, piemēram, germānija tranzistors gt806 ir paredzēts izmantošanai impulsu ierīcēs, pārveidotājos un strāvas un sprieguma stabilizatoros.
Analogajam radio, vienkārši pastiprinot signālu, skaļruņi radīs skaņu. Tomēr digitālajām ierīcēm ir jāmaina ievades viļņu forma. Digitālajai ierīcei, piemēram, datoram vai MP3 atskaņotājam, tranzistoram ir jāpārslēdz signāla stāvoklis uz 0 vai 1. Šī ir "pārslēgšanas funkcija"
Var atrast sarežģītākus komponentus, ko sauc par tranzistoriem. Mēs runājam par integrētajām shēmām, kas izgatavotas no šķidrā silīcija infiltrācijas.
Padomju Silīcija ieleja
Padomju laikos, 60. gadu sākumā, Zeļenogradas pilsēta kļuva par tramplīnu Mikroelektronikas centra organizēšanai tajā. Padomju inženieris Ščigols F. A. izstrādā tranzistoru 2T312 un tā analogu 2T319, kas vēlāk kļuva parhibrīda ķēžu galvenā sastāvdaļa. Tieši šis cilvēks lika pamatus germānija tranzistoru ražošanai PSRS.
1964. gadā Angstrem rūpnīca, pamatojoties uz Precīzijas tehnoloģiju pētniecības institūtu, izveidoja pirmo IC-Path integrālo shēmu ar 20 elementiem mikroshēmā, kas veic tranzistoru kombinācijas uzdevumu ar pretestības savienojumiem.. Tajā pašā laikā parādījās cita tehnoloģija: tika palaisti pirmie plakanie tranzistori "Plane".
1966. gadā Pulsar pētniecības institūtā sāka darboties pirmā eksperimentālā stacija plakano integrālo shēmu ražošanai. Uzņēmumā NIIME Dr. Valiev grupa sāka ražot lineāros rezistorus ar loģiskām integrālajām shēmām.
1968. gadā Pulsar pētniecības institūts ražoja pirmo daļu no KD910, KD911, KT318 plānas plēves atvērta rāmja plakano tranzistoru hibrīda IC, kas ir paredzētas sakariem, televīzijas un radio apraidei.
Lineārie tranzistori ar masveida ciparu IC (155. tips) tika izstrādāti DOE pētniecības institūtā. 1969. gadā padomju fiziķis Ž. I. Alferovs atklāja pasaulei teoriju par elektronu un gaismas plūsmu vadīšanu heterostruktūrās, pamatojoties uz gallija arsenīda sistēmu.
Pagātne pret nākotni
Pirmie seriālie tranzistori bija balstīti uz germānija. P-tipa un N-tipa germānija tika savienoti kopā, veidojot savienojuma tranzistoru.
Amerikāņu uzņēmums Fairchild Semiconductor izgudroja plakanu procesu 1960. gados. Šeit tranzistoru ražošanai arSilīcijs un fotolitogrāfija ir izmantoti, lai uzlabotu rūpnieciskā mēroga reproducējamību. Tas noveda pie idejas par integrētajām shēmām.
Būtiskas atšķirības starp germānija un silīcija tranzistoriem ir šādas:
- silīcija tranzistori ir daudz lētāki;
- silīcija tranzistora sliekšņa spriegums ir 0,7 V, savukārt germānijas sliekšņa spriegums ir 0,3 V;
- silīcijs iztur temperatūru ap 200°C, germānija 85°C;
- silīcija noplūdes strāva tiek mērīta nA, germānijam mA;
- PIV Si ir lielāks par Ge;
- Ge var noteikt nelielas izmaiņas signālos, tāpēc tie ir "muzikālākie" tranzistori to augstās jutības dēļ.
Audio
Lai iegūtu augstas kvalitātes skaņu ar analogo audio aprīkojumu, jums ir jāizlemj. Ko izvēlēties: modernas integrālās shēmas (IC) vai ULF uz germānija tranzistoriem?
Tranzistoru pirmsākumos zinātnieki un inženieri strīdējās par materiālu, kas būtu ierīču pamatā. Starp periodiskās tabulas elementiem daži ir vadītāji, citi ir izolatori. Bet dažiem elementiem ir interesanta īpašība, kas ļauj tos saukt par pusvadītājiem. Silīcijs ir pusvadītājs, un to izmanto gandrīz visos mūsdienās ražotajos tranzistoros un integrālajās shēmās.
Bet pirms silīcijs tika izmantots kā piemērots materiāls tranzistora izgatavošanai, to aizstāja ar germāniju. Silīcija priekšrocības pār germāniju galvenokārt noteica lielākais ieguvums, ko varēja panākt.
Lai gan dažādu ražotāju germānija tranzistoriem bieži ir atšķirīgas īpašības, tiek uzskatīts, ka daži veidi rada siltu, bagātīgu un dinamisku skaņu. Skaņas var būt no kraukšķīgām un nevienmērīgām līdz klusinātām un plakanām ar pa vidu. Neapšaubāmi, šāds tranzistors ir pelnījis turpmāku izpēti kā pastiprināšanas ierīce.
Padoms rīcībai
Radio komponentu iegāde ir process, kurā varat atrast visu, kas nepieciešams jūsu darbam. Ko saka eksperti?
Pēc daudzu radioamatieru un augstas kvalitātes skaņas cienītāju domām, sērijas P605, KT602, KT908 ir atzītas par muzikālākajiem tranzistoriem.
Stabilizētājiem labāk izmantot AD148, AD162 sērijas no Siemens, Philips, Telefunken.
Spriežot pēc atsauksmēm, jaudīgākais no germānija tranzistoriem - GT806, tas uzvar, salīdzinot ar P605 sēriju, taču tembru frekvences ziņā labāk dot priekšroku pēdējam. Ir vērts pievērst uzmanību tipiem KT851 un KT850, kā arī lauka tranzistoram KP904.
P210 un ASY21 tipi nav ieteicami, jo tiem faktiski ir sliktas skaņas īpašības.
Ģitāras
Lai gan dažādu zīmolu germānija tranzistoriem ir atšķirīgas īpašības, tos visus var izmantot, lai radītu dinamisku, bagātīgāku un patīkamāku skaņu. Tie var palīdzēt mainīt ģitāras skaņuplašā toņu klāstā, ieskaitot intensīvus, klusus, skarbus, vienmērīgākus vai to kombināciju. Dažās ierīcēs tos plaši izmanto, lai ģitāras mūzikai nodrošinātu lielisku atskaņojumu, ārkārtīgi taustāmu un maigu skaņu.
Kāds ir germānija tranzistoru galvenais trūkums? Protams, viņu neprognozējamā uzvedība. Pēc ekspertu domām, būs jāveic grandioza radio komponentu iegāde, tas ir, jāiegādājas simtiem tranzistoru, lai pēc atkārtotas pārbaudes atrastu sev piemērotāko. Šo trūkumu atklāja studijas inženieris un mūziķis Zakarijs Vekss, meklējot senlaicīgus skaņu efektu blokus.
Vex sāka veidot Fuzz ģitāras efektu vienības, lai padarītu ģitāras mūzikas skanējumu skaidrāku, sajaucot oriģinālās Fuzz vienības noteiktās proporcijās. Viņš izmantoja šos tranzistorus, nepārbaudot to potenciālu, lai iegūtu vislabāko kombināciju, paļaujoties tikai uz veiksmi. Galu galā viņš bija spiests pamest dažus tranzistorus to nepiemērotās skaņas dēļ un savā rūpnīcā sāka ražot labus Fuzz blokus ar germānija tranzistoriem.
