Германиеви транзистори се радваха на своя разцвет през първото десетилетие на полупроводниковата електроника, преди да бъдат широко заменени от микровълнови силициеви устройства. В тази статия ще обсъдим защо първият тип транзистори все още се смята за важен елемент в музикалната индустрия и е от голямо значение за ценителите на добрия звук.
Раждането на елемента
Германий е открит от Клеменс и Винклер в германския град Фрайберг през 1886 г. Съществуването на този елемент е предсказано от Менделеев, като предварително е определил атомното му тегло, равно на 71, и плътността от 5,5 g/cm3.
В началото на есента на 1885 г. миньор, работещ в сребърната мина Himmelsfürst близо до Фрайберг, се натъква на необичайна руда. Той беше даден на Албин Вайсбах от близката Минна академия, който потвърди, че става дума за нов минерал. Той от своя страна помоли колегата си Винклер да анализира добива. Уинклер откри товаот намерения химичен елемент е 75% сребро, 18% сяра, ученият не можа да определи състава на останалите 7% обем от находката.
До февруари 1886 г. той осъзнава, че това е нов елемент, подобен на метал. Когато свойствата му бяха тествани, стана ясно, че това е липсващият елемент в периодичната таблица, който се намира под силиция. Минералът, от който произлиза, е известен като аргиродит - Ag 8 GeS 6. След няколко десетилетия този елемент ще формира основата на германиеви транзистори за звук.
Германий
В края на 19-ти век германият за първи път е изолиран и идентифициран от немския химик Клеменс Винклер. Този материал, кръстен на родината на Винклер, отдавна се смята за метал с ниска проводимост. Това твърдение е преработено по време на Втората световна война, тъй като именно тогава са открити полупроводниковите свойства на германия. Устройствата, състоящи се от германий, станаха широко разпространени през следвоенните години. По това време беше необходимо да се задоволи нуждата от производство на германиеви транзистори и подобни устройства. Така производството на германий в Съединените щати нараства от няколкостотин килограма през 1946 г. до 45 тона до 1960 г.
Хроника
Историята на транзисторите започва през 1947 г. с Bell Laboratories, разположена в Ню Джърси. Трима брилянтни американски физици участваха в процеса: Джон Бардийн (1908-1991), Уолтър Братайн (1902-1987) и Уилям Шокли (1910-1989).
Екипът, ръководен от Шокли, се опита да разработи нов тип усилвател заАмериканската телефонна система, но това, което всъщност изобретиха, се оказа много по-интересно.
Bardeen и Brattain построиха първия транзистор във вторник, 16 декември 1947 г. Той е известен като точков контактен транзистор. Шокли работи усилено по проекта, така че не е изненада, че беше разтревожен и ядосан от отказа. Скоро той сам формира теорията на транзистора на кръстовището. Това устройство е по-добро в много отношения от транзистора с точков контакт.
Раждането на нов свят
Докато Бардийн напусна Bell Labs, за да стане академик (той продължи да изучава германиеви транзистори и свръхпроводници в Университета на Илинойс), Братайн работи известно време, преди да продължи да преподава. Шокли стартира собствена компания за производство на транзистори и създава уникално място - Силиконовата долина. Това е процъфтяващ район в Калифорния около Пало Алто, където се намират големи корпорации за електроника. Двама от неговите служители, Робърт Нойс и Гордън Мур, основават Intel, най-големият производител на чипове в света.
Bardeen, Brattain и Shockley за кратко се събраха отново през 1956 г., когато получиха най-високата световна научна награда, Нобеловата награда по физика, за своето откритие.
Патентно право
Оригиналната конструкция на транзистор с точков контакт е описана в патент на САЩ, подаден от Джон Бардийн и Уолтър Братейн през юни 1948 г. (около шест месеца след първоначалното откритие). Патент, издаден на 3 октомври 1950 гна годината. Прост PN транзистор имаше тънък горен слой от P-тип германий (жълт) и долен слой от N-тип германий (оранжев). Германиевите транзистори имаха три извода: емитер (E, червен), колектор (C, син) и база (G, зелен).
С прости думи
Принципът на работа на транзисторния усилвател на звука ще стане по-ясен, ако направим аналогия с принципа на работа на водопроводния кран: излъчвателят е тръбопровод, а колекторът е кран. Това сравнение помага да се обясни как работи транзисторът.
Нека си представим, че транзисторът е воден кран. Електрическият ток действа като вода. Транзисторът има три извода: база, колектор и емитер. Основата работи като дръжка на кран, колекторът работи като вода, която тече в крана, а емитерът работи като отвор, от който изтича вода. С леко завъртане на дръжката на крана можете да контролирате мощния поток вода. Ако леко завъртите дръжката на крана, тогава дебитът на водата ще се увеличи значително. Ако дръжката на крана е напълно затворена, водата няма да тече. Ако завъртите копчето докрай, водата ще тече много по-бързо.
Принцип на действие
Както беше споменато по-рано, германиевите транзистори са вериги, които се основават на три контакта: емитер (E), колектор (C) и база (B). Базата управлява тока от колектора към емитера. Токът, който тече от колектора към емитера, е пропорционален на базовия ток. Токът на емитера или базовият ток е равен на hFE. Тази настройка използва колекторен резистор (RI). Ако токът Ic протича презRI, през този резистор ще се генерира напрежение, което е равно на произведението на Ic x RI. Това означава, че напрежението на транзистора е: E2 - (RI x Ic). Ic е приблизително равен на Ie, така че ако IE=hFE x IB, тогава Ic също е равен на hFE x IB. Следователно, след подмяната, напрежението на транзисторите (E) е E2 (RI x le x hFE).
Функции
Транзисторният аудио усилвател е изграден върху функции за усилване и превключване. Вземайки радиото като пример, сигналите, които радиото получава от атмосферата, са изключително слаби. Радиото усилва тези сигнали чрез изхода на високоговорителя. Това е функцията "усилване". Така например германиевият транзистор gt806 е предназначен за използване в импулсни устройства, преобразуватели и стабилизатори на ток и напрежение.
За аналогово радио, просто усилването на сигнала ще накара високоговорителите да произвеждат звук. Въпреки това, за цифрови устройства, входната форма на вълната трябва да се промени. За цифрово устройство като компютър или MP3 плейър, транзисторът трябва да превключи състоянието на сигнала на 0 или 1. Това е "функция за превключване"
Можете да намерите по-сложни компоненти, наречени транзистори. Говорим за интегрални схеми, направени от течен силициев инфилтрация.
Съветска Силиконова долина
В съветско време, в началото на 60-те години, град Зеленоград се превръща в трамплин за организиране на Центъра по микроелектроника в него. Съветският инженер Shchigol F. A. разработва транзистора 2T312 и неговия аналог 2T319, който по-късно ставаОсновен компонент на хибридните схеми. Именно този човек положи основите на производството на германиеви транзистори в СССР.
През 1964 г. заводът Angstrem, на базата на Изследователския институт по прецизни технологии, създава първата интегрална схема IC-Path с 20 елемента на чип, която изпълнява задачата на комбинация от транзистори с резистивни връзки. В същото време се появи и друга технология: бяха пуснати първите плоски транзистори "Самолет".
През 1966 г. първата експериментална станция за производство на плоски интегрални схеми започва да работи в Изследователския институт Pulsar. В НИИМЕ групата на д-р Валиев започна производство на линейни резистори с логически интегрални схеми.
През 1968 г. Pulsar Research Institute произвежда първата част от KD910, KD911, KT318 тънкослойни хибридни плоски транзисторни ИС с отворена рамка, които са предназначени за комуникация, телевизия, радиоразпръскване.
Линейни транзистори с цифрови ИС за масова употреба (тип 155) са разработени в Изследователския институт на DOE. През 1969 г. съветският физик Ж. И. Алферов открива на света теорията за контролиране на електронните и светлинните потоци в хетероструктурите, базирани на системата от галиев арсенид.
Минало срещу бъдеще
Първите серийни транзистори са базирани на германий. Германий от P-тип и N-тип бяха свързани заедно, за да образуват транзистор.
Американската компания Fairchild Semiconductor изобретява планарния процес през 60-те години на миналия век. Тук за производството на транзистори ссилиций и фотолитография са използвани за подобрена възпроизводимост в промишлен мащаб. Това доведе до идеята за интегрални схеми.
Значителни разлики между германиеви и силициеви транзистори са както следва:
- силициевите транзистори са много по-евтини;
- силициевият транзистор има прагово напрежение от 0,7V, докато германият има прагово напрежение от 0,3V;
- силиций издържа на температури около 200°C, германий 85°C;
- Токът на изтичане на силиций се измерва в nA, за германий в mA;
- PIV Si е по-голям от Ge;
- Ge може да открие малки промени в сигналите, поради което те са най-"музикалните" транзистори поради високата им чувствителност.
Аудио
За да получите висококачествен звук на аналогово аудио оборудване, трябва да решите. Какво да изберете: модерни интегрални схеми (ИС) или ULF на германиеви транзистори?
В първите дни на транзисторите учени и инженери спореха за материала, който ще стои в основата на устройствата. Сред елементите на периодичната таблица някои са проводници, други са изолатори. Но някои елементи имат интересно свойство, което им позволява да се наричат полупроводници. Силицият е полупроводник и се използва в почти всички транзистори и интегрални схеми, произведени днес.
Но преди силиций да бъде използван като подходящ материал за направата на транзистор, той беше заменен с германий. Предимството на силиция пред германия се дължи главно на по-високата печалба, която може да бъде постигната.
Въпреки че германиеви транзистори от различни производители често имат различни характеристики един от друг, някои видове се считат за топъл, богат и динамичен звук. Звуците могат да варират от хрупкави и неравномерни до приглушени и плоски с междинни. Несъмнено такъв транзистор заслужава допълнително проучване като усилващо устройство.
Съвет за действие
Изкупуването на радиокомпоненти е процес, в който можете да намерите всичко необходимо за вашата работа. Какво казват експертите?
Според много радиолюбители и ценители на висококачествен звук, сериите P605, KT602, KT908 са признати за най-музикалните транзистори.
За стабилизатори е по-добре да използвате серията AD148, AD162 от Siemens, Philips, Telefunken.
Съдейки по рецензиите, най-мощният от германиевите транзистори - GT806, той печели в сравнение със серията P605, но по отношение на честотата на тембъра е по-добре да се даде предимство на последния. Струва си да се обърне внимание на типа KT851 и KT850, както и на полевия транзистор KP904.
Типовете P210 и ASY21 не се препоръчват, тъй като всъщност имат лоши звукови характеристики.
Китари
Въпреки че различните марки германиеви транзистори имат различни характеристики, всички те могат да се използват за създаване на динамичен, по-богат и по-приятен звук. Те могат да помогнат за промяна на звука на китарав широка гама от тонове, включително интензивни, приглушени, груби, по-гладки или комбинация от тях. В някои устройства те се използват широко, за да придадат на китарната музика страхотно свирене, изключително осезаем и мек звук.
Кой е основният недостатък на германиевите транзистори? Разбира се, тяхното непредсказуемо поведение. Според експерти ще е необходимо да се извърши грандиозна покупка на радиокомпоненти, тоест да закупите стотици транзистори, за да намерите подходящия за вас след многократно тестване. Този недостатък беше идентифициран от студийния инженер и музикант Закари Векс при търсене на ретро блокове със звукови ефекти.
Vex започна да създава модули за китарни ефекти Fuzz, за да направи музиката на китарата да звучи по-ясно чрез смесване на оригиналните Fuzz единици в определени пропорции. Той използва тези транзистори, без да тества техния потенциал, за да получи най-добрата комбинация, разчитайки единствено на късмет. В крайна сметка той беше принуден да изостави някои транзистори поради неподходящия им звук и започна да произвежда добри Fuzz блокове с германиеви транзистори в своята фабрика.
