Germaniumtransistorit nauttivat kukoistusajastaan puolijohdeelektroniikan ensimmäisen vuosikymmenen aikana, ennen kuin ne korvattiin laaj alti mikroa altopiilaitteilla. Tässä artikkelissa keskustelemme siitä, miksi ensimmäisen tyyppisiä transistoreja pidetään edelleen tärkeänä elementtinä musiikkiteollisuudessa ja ovat erittäin tärkeitä hyvän äänen ystäville.
Elementin synty
Clemens ja Winkler löysivät germaniumin Saksan Freibergin kaupungista vuonna 1886. Mendelejev ennusti tämän alkuaineen olemassaolon asettaen etukäteen sen atomipainon 71:ksi ja tiheydeksi 5,5 g/cm3.
Alkusyksystä 1885 Freibergin lähellä sijaitsevalla Himmelsfürstin hopeakaivoksella työskennellyt kaivosmies törmäsi epätavalliseen malmiin. Se annettiin Albin Weisbachille läheisestä kaivosakatemiasta, joka vahvisti sen olevan uusi mineraali. Hän puolestaan pyysi kollegansa Winkleria analysoimaan uuttamista. Winkler huomasi senlöydetystä kemiallisesta alkuaineesta 75 % hopeaa, 18 % rikkiä, tiedemies ei pystynyt määrittämään lopun 7 %:n koostumusta löydöstä.
Helmikuuhun 1886 mennessä hän tajusi, että tämä oli uusi metallimainen elementti. Kun sen ominaisuuksia testattiin, kävi selväksi, että se oli puuttuva elementti jaksollisesta taulukosta, joka sijaitsee piin alapuolella. Mineraali, josta se on peräisin, tunnetaan nimellä argyrodiitti - Ag 8 GeS 6. Muutaman vuosikymmenen kuluttua tämä alkuaine muodostaa äänen germaniumtransistorien perustan.
Germanium
1800-luvun lopulla saksalainen kemisti Clemens Winkler eristi ja tunnisti ensimmäisen kerran germaniumin. Tätä materiaalia, joka on nimetty Winklerin kotimaan mukaan, on pitkään pidetty matalan johtavuuden metallina. Tätä lausuntoa tarkistettiin toisen maailmansodan aikana, koska silloin löydettiin germaniumin puolijohdeominaisuudet. Germaniumista koostuvat laitteet yleistyivät sodan jälkeisinä vuosina. Tällä hetkellä oli tarpeen tyydyttää germaniumtransistorien ja vastaavien laitteiden tuotantotarve. Niinpä germaniumin tuotanto Yhdysvalloissa kasvoi muutamasta sadasta kilogrammasta vuonna 1946 45 tonniin vuoteen 1960 mennessä.
Kronikka
Transistorien historia alkaa vuonna 1947 Bell Laboratoriesista, joka sijaitsee New Jerseyssä. Kolme loistavaa amerikkalaista fyysikkoa osallistui prosessiin: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) ja William Shockley (1910-1989).
Shockleyn johtama tiimi yritti kehittää uudentyyppistä vahvistintaYhdysv altain puhelinjärjestelmä, mutta se, mitä he itse asiassa keksivät, osoittautui paljon mielenkiintoisemmaksi.
Bardeen ja Brattain rakensivat ensimmäisen transistorin tiistaina 16. joulukuuta 1947. Se tunnetaan pistekontaktitransistorina. Shockley työskenteli kovasti projektin parissa, joten ei ole yllätys, että hän oli hämmentynyt ja vihainen hylätyksi tulemisesta. Pian hän yksin muodosti teorian liitostransistorista. Tämä laite on monin tavoin parempi kuin pistekosketintransistori.
Uuden maailman syntymä
Vaikka Bardeen jätti Bell Labsin tullakseen akateemiksi (hän opiskeli germaniumtransistoreja ja suprajohteita Illinoisin yliopistossa), Brattain työskenteli jonkin aikaa ennen kuin siirtyi opettajaksi. Shockley perusti oman transistorien valmistusyrityksen ja loi ainutlaatuisen paikan - Piilaakson. Tämä on kukoistava alue Kaliforniassa Palo Alton ympäristössä, jossa sijaitsevat suuret elektroniikkayritykset. Kaksi hänen työntekijäään, Robert Noyce ja Gordon Moore, perustivat Intelin, maailman suurimman siruvalmistajan.
Bardeen, Brattain ja Shockley tapasivat hetken uudelleen vuonna 1956, kun he saivat löydöstään maailman korkeimman tieteellisen palkinnon, fysiikan Nobelin.
Patenttilaki
Alkuperäinen pistekosketustransistorin rakenne on esitetty Yhdysv altain patentissa, jonka John Bardeen ja W alter Brattain jättivät kesäkuussa 1948 (noin kuusi kuukautta alkuperäisen löydön jälkeen). Patentti myönnetty 3. lokakuuta 1950vuoden. Yksinkertaisessa PN-transistorissa oli ohut yläkerros P-tyypin germaniumia (keltainen) ja pohjakerros N-tyypin germaniumia (oranssi). Germaniumtransistoreissa oli kolme nastaa: emitteri (E, punainen), kollektori (C, sininen) ja kanta (G, vihreä).
Yksinkertaisesti sanottuna
Transistoriäänivahvistimen toimintaperiaate selkenee, jos vedetään analogia vesihanan toimintaperiaatteen kanssa: emitteri on putkisto ja kollektori on hana. Tämä vertailu auttaa selittämään, miten transistori toimii.
Kuvitellaan, että transistori on vesihana. Sähkövirta toimii kuin vesi. Transistorissa on kolme liitintä: kanta, kollektori ja emitteri. Pohja toimii kuin hanan kahva, keräin toimii kuin vesi valuisi hanaan ja emitteri toimii kuin reikä, josta vesi virtaa ulos. Kääntämällä hieman hanan kahvaa voit ohjata voimakasta veden virtausta. Jos käännät hieman hanan kahvaa, veden virtausnopeus kasvaa merkittävästi. Jos hanan kahva on kokonaan kiinni, vesi ei virtaa. Jos käännät nupin kokonaan, vesi virtaa paljon nopeammin.
Toimintaperiaate
Kuten aiemmin mainittiin, germaniumtransistorit ovat piirejä, jotka perustuvat kolmeen koskettimeen: emitteriin (E), kollektoriin (C) ja kantaan (B). Kanta ohjaa virtaa kollektorista emitteriin. Virta, joka virtaa kollektorista emitteriin, on verrannollinen kantavirtaan. Emitterivirta eli kantavirta on yhtä suuri kuin hFE. Tämä kokoonpano käyttää kollektorivastusta (RI). Jos virta Ic kulkee läpiRI, tämän vastuksen yli syntyy jännite, joka on yhtä suuri kuin Ic x RI:n tulo. Tämä tarkoittaa, että jännite transistorin yli on: E2 - (RI x Ic). Ic on suunnilleen yhtä kuin Ie, joten jos IE=hFE x IB, niin Ic on myös yhtä suuri kuin hFE x IB. Siksi vaihdon jälkeen transistoreiden (E) jännite on E2 (RI x le x hFE).
Toiminnot
Transistoriäänen vahvistin on rakennettu vahvistus- ja kytkentätoimintoihin. Radion esimerkkinä radion vastaanottamat signaalit ilmakehästä ovat erittäin heikkoja. Radio vahvistaa nämä signaalit kaiutinlähdön kautta. Tämä on "tehostus"-toiminto. Joten esimerkiksi germaniumtransistori gt806 on tarkoitettu käytettäväksi pulssilaitteissa, muuntimissa sekä virran ja jännitteen stabilaattoreissa.
Analogisessa radiossa vain signaalin vahvistaminen saa kaiuttimet tuottamaan ääntä. Digitaalisten laitteiden tuloa altomuotoa on kuitenkin muutettava. Digitaalisessa laitteessa, kuten tietokoneessa tai MP3-soittimessa, transistorin on vaihdettava signaalitilaksi 0 tai 1. Tämä on "vaihtotoiminto"
Voit löytää monimutkaisempia komponentteja, joita kutsutaan transistoreiksi. Puhumme integroiduista piireistä, jotka on valmistettu nestemäisen piin tunkeutumisesta.
Neuvostoliiton Piilaakso
Neuvostoliiton aikana, 60-luvun alussa, Zelenogradin kaupungista tuli ponnahduslauta mikroelektroniikkakeskuksen järjestämiselle siinä. Neuvostoliiton insinööri Shchigol F. A. kehittää 2T312-transistorin ja sen analogin 2T319, josta myöhemmin tulihybridipiirien pääkomponentti. Tämä mies loi perustan germaniumtransistorien tuotannolle Neuvostoliitossa.
Vuonna 1964 Angstremin tehdas loi Precision Technologies -tutkimuslaitoksen pohj alta ensimmäisen IC-Path-integroidun piirin, jossa oli 20 elementtiä sirulle ja joka suorittaa transistorien yhdistelmän resistiivisillä liitännöillä.. Samaan aikaan ilmestyi toinen tekniikka: ensimmäiset litteät transistorit "Plane" julkaistiin.
Vuonna 1966 Pulsar Research Institutessa aloitti toimintansa ensimmäinen koeasema litteiden integroitujen piirien tuotantoa varten. NIIME:ssä tohtori Valievin ryhmä aloitti lineaaristen vastusten valmistuksen loogisilla integroiduilla piireillä.
Vuonna 1968 Pulsar Research Institute tuotti ensimmäisen osan KD910, KD911, KT318 ohutkalvon avoimen kehyksen litteätransistorihybridi-IC:t, jotka on suunniteltu viestintään, televisioon ja radiolähetyksiin.
Lineaariset transistorit, joissa on massakäyttöiset digitaaliset IC:t (tyyppi 155), kehitettiin DOE Research Institutessa. Neuvostoliiton fyysikko Zh. I. Alferov löysi vuonna 1969 maailmalle teorian elektroni- ja valovirtojen ohjaamisesta heterorakenteissa, jotka perustuvat galliumarsenidijärjestelmään.
Menneisyys vastaan tulevaisuus
Ensimmäiset sarjatransistorit perustuivat germaniumiin. P-tyypin ja N-tyypin germanium yhdistettiin yhteen risteystransistorin muodostamiseksi.
Yhdysv altalainen yritys Fairchild Semiconductor keksi tasomaisen prosessin 1960-luvulla. Täällä valmistetaan transistoritpiitä ja fotolitografiaa on käytetty parantamaan teollisen mittakaavan toistettavuutta. Tämä johti ajatukseen integroiduista piireistä.
Tärkeät erot germanium- ja piitransistoreiden välillä ovat seuraavat:
- piitransistorit ovat paljon halvempia;
- piitransistorin kynnysjännite on 0,7 V, kun taas germaniumin kynnysjännite on 0,3 V;
- pii kestää noin 200°C lämpötiloja, germanium 85°C;
- piin vuotovirta mitataan nA:na, germaniumin mA;
- PIV Si on suurempi kuin Ge;
- Ge pystyy havaitsemaan pieniä muutoksia signaaleissa, joten ne ovat "musikaalisimpia" transistoreita korkean herkkyytensä vuoksi.
Ääni
Jos haluat saada korkealaatuisen äänen analogisilla äänilaitteilla, sinun on tehtävä päätös. Mitä valita: nykyaikaiset integroidut piirit (IC) vai ULF germaniumtransistoreissa?
Transistorien alkuaikoina tiedemiehet ja insinöörit väittelivät materiaalista, joka olisi laitteiden taustalla. Jaksollisen taulukon elementeistä jotkut ovat johtimia, toiset ovat eristeitä. Mutta joillakin elementeillä on mielenkiintoinen ominaisuus, jonka ansiosta niitä voidaan kutsua puolijohteiksi. Pii on puolijohde ja sitä käytetään lähes kaikissa nykyään valmistetuissa transistoreissa ja integroiduissa piireissä.
Mutta ennen kuin piitä käytettiin sopivana materiaalina transistorin valmistukseen, se korvattiin germaniumilla. Piin etu germaniumiin verrattuna johtui pääasiassa saavutettavissa olevasta suuremmasta lisäyksestä.
Vaikka eri valmistajien germaniumtransistoreilla on usein erilaisia ominaisuuksia, joidenkin tyyppien katsotaan tuottavan lämpimän, täyteläisen ja dynaamisen äänen. Äänet voivat vaihdella rapeista ja epätasaisista vaimeisiin ja tasaisiin väliin. Epäilemättä tällainen transistori ansaitsee lisätutkimuksen vahvistuslaitteena.
Toimenpideneuvoja
Radiokomponenttien ostaminen on prosessi, josta löydät kaiken, mitä työhön tarvitset. Mitä asiantuntijat sanovat?
Monien radioamatöörien ja korkealaatuisen äänen ystävien mukaan P605-, KT602-, KT908-sarjat tunnustetaan musiikillisimmiksi transistoreiksi.
Stabilisaattorina on parempi käyttää Siemensin, Philipsin, Telefunkenin AD148-, AD162-sarjoja.
Arvostelujen perusteella tehokkain germaniumtransistoreista - GT806, se voittaa verrattuna P605-sarjaan, mutta sointitaajuuden suhteen on parempi antaa etusija jälkimmäiselle. Kannattaa kiinnittää huomiota tyyppeihin KT851 ja KT850 sekä kenttätransistoriin KP904.
P210- ja ASY21-tyyppejä ei suositella, koska niillä on itse asiassa huonot ääniominaisuudet.
Kitarat
Vaikka eri merkeillä germaniumtransistoreilla on erilaiset ominaisuudet, niitä kaikkia voidaan käyttää dynaamisen, täyteläisemmän ja nautittavamman äänen luomiseen. Ne voivat auttaa muuttamaan kitaran ääntäuseilla eri sävyillä, mukaan lukien voimakkaat, vaimeat, ankarat, tasaisemmat tai näiden yhdistelmät. Joissakin laitteissa niitä käytetään laaj alti antamaan kitaramusiikille upea soitto, erittäin konkreettinen ja pehmeä ääni.
Mikä on germaniumtransistorien suurin haitta? Tietysti heidän arvaamaton käytöksensä. Asiantuntijoiden mukaan on tarpeen suorittaa suurenmoinen radiokomponenttien osto, eli ostaa satoja transistoreita löytääksesi sinulle oikean toistuvan testauksen jälkeen. Tämän puutteen havaitsi studioinsinööri ja muusikko Zachary Vex etsiessään vintage-äänitehostelohkoja.
Vex aloitti Fuzz-kitaratehosteyksiköiden luomisen tehdäkseen kitaramusiikin äänestä selkeämmäksi sekoittamalla alkuperäisiä Fuzz-yksiköitä tietyissä suhteissa. Hän käytti näitä transistoreita testaamatta niiden potentiaalia parhaan yhdistelmän saamiseksi luottaen yksinomaan onneen. Lopulta hän joutui luopumaan joistakin transistoreista niiden sopimattoman äänen vuoksi ja alkoi valmistaa tehtaallaan hyviä Fuzz-lohkoja germaniumtransistoreilla.
