Germaniové tranzistory si svoj rozkvet zažili počas prvej dekády polovodičovej elektroniky predtým, ako boli široko nahradené mikrovlnnými kremíkovými zariadeniami. V tomto článku rozoberieme, prečo je prvý typ tranzistorov stále považovaný za dôležitý prvok v hudobnom priemysle a má veľký význam pre znalcov dobrého zvuku.
Zrodenie prvku
Germanium objavili Clemens a Winkler v nemeckom meste Freiberg v roku 1886. Existenciu tohto prvku predpovedal Mendelejev, ktorý vopred stanovil jeho atómovú hmotnosť rovnajúcu sa 71 a hustotu 5,5 g/cm3.
Začiatkom jesene roku 1885 baník pracujúci v striebornej bani Himmelsfürst neďaleko Freibergu narazil na nezvyčajnú rudu. Dostal ho Albin Weisbach z neďalekej Baníckej akadémie, ktorý potvrdil, že ide o nový minerál. Ten zase požiadal kolegu Winklera, aby extrakciu analyzoval. Winkler to zistilnájdeného chemického prvku je 75 % striebra, 18 % síry, zloženie zvyšných 7 % objemu nálezu sa vedcom nepodarilo určiť.
Vo februári 1886 si uvedomil, že ide o nový prvok podobný kovu. Keď sa testovali jeho vlastnosti, vyšlo najavo, že ide o chýbajúci prvok v periodickej tabuľke, ktorý sa nachádza pod kremíkom. Minerál, z ktorého pochádza, je známy ako argyrodit - Ag 8 GeS 6. Tento prvok bude o niekoľko desaťročí tvoriť základ germániových tranzistorov pre zvuk.
Germanium
Na konci 19. storočia germánium prvýkrát izoloval a identifikoval nemecký chemik Clemens Winkler. Tento materiál, pomenovaný po Winklerovej domovine, bol dlho považovaný za kov s nízkou vodivosťou. Toto vyhlásenie bolo revidované počas druhej svetovej vojny, pretože vtedy boli objavené polovodičové vlastnosti germánia. Zariadenia pozostávajúce z germánia sa rozšírili v povojnových rokoch. V tejto dobe bolo potrebné uspokojiť potrebu výroby germániových tranzistorov a podobných zariadení. Produkcia germánia v Spojených štátoch teda vzrástla z niekoľkých stoviek kilogramov v roku 1946 na 45 ton do roku 1960.
Kronika
História tranzistorov sa začína v roku 1947 v Bell Laboratories so sídlom v New Jersey. Na procese sa podieľali traja brilantní americkí fyzici: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) a William Shockley (1910-1989).
Tím vedený Shockleym sa pokúsil vyvinúť nový typ zosilňovačaAmerický telefónny systém, ale to, čo v skutočnosti vynašli, sa ukázalo byť oveľa zaujímavejšie.
Bardeen a Brattain postavili prvý tranzistor v utorok 16. decembra 1947. Je známy ako bodový kontaktný tranzistor. Shockley na projekte tvrdo pracoval, takže nie je prekvapením, že bol zmätený a nahnevaný, že ho odmietli. Čoskoro sám vytvoril teóriu prechodového tranzistora. Toto zariadenie je v mnohých ohľadoch lepšie ako tranzistor s bodovým kontaktom.
Zrodenie nového sveta
Zatiaľ čo Bardeen odišiel z Bell Labs, aby sa stal akademikom (pokračoval v štúdiu germániových tranzistorov a supravodičov na University of Illinois), Brattain chvíľu pracoval, kým sa dal na vyučovanie. Shockley založil vlastnú spoločnosť na výrobu tranzistorov a vytvoril jedinečné miesto - Silicon Valley. Toto je prosperujúca oblasť v Kalifornii okolo Palo Alto, kde sídlia veľké elektronické korporácie. Dvaja z jeho zamestnancov, Robert Noyce a Gordon Moore, založili Intel, najväčšieho výrobcu čipov na svete.
Bardeen, Brattain a Shockley sa nakrátko stretli v roku 1956, keď za svoj objav dostali najvyššie svetové vedecké ocenenie, Nobelovu cenu za fyziku.
Patentový zákon
Pôvodný dizajn bodového tranzistora je načrtnutý v americkom patente, ktorý podali John Bardeen a W alter Brattain v júni 1948 (asi šesť mesiacov po pôvodnom objave). Patent vydaný 3. októbra 1950roku. Jednoduchý PN tranzistor mal tenkú vrchnú vrstvu z germánia typu P (žltá) a spodnú vrstvu z germánia typu N (oranžová). Germániové tranzistory mali tri kolíky: emitor (E, červený), kolektor (C, modrý) a základňu (G, zelený).
Zjednodušene povedané
Princíp činnosti tranzistorového zosilňovača zvuku bude jasnejší, ak nakreslíme analógiu s princípom činnosti vodovodného kohútika: žiarič je potrubie a kolektor je kohútik. Toto porovnanie pomáha vysvetliť, ako funguje tranzistor.
Predstavme si, že tranzistor je vodovodný kohútik. Elektrický prúd pôsobí ako voda. Tranzistor má tri terminály: základňu, kolektor a emitor. Základňa funguje ako rúčka kohútika, kolektor funguje ako voda tečúca do kohútika a žiarič funguje ako diera, z ktorej vyteká voda. Miernym otočením rukoväte kohútika môžete ovládať silný prúd vody. Ak mierne otočíte rukoväťou kohútika, prietok vody sa výrazne zvýši. Ak je rukoväť kohútika úplne zatvorená, voda nebude tiecť. Ak otočíte gombíkom úplne, voda potečie oveľa rýchlejšie.
Princíp fungovania
Ako už bolo spomenuté, germániové tranzistory sú obvody, ktoré sú založené na troch kontaktoch: emitor (E), kolektor (C) a základňa (B). Základňa riadi prúd z kolektora do emitora. Prúd, ktorý tečie z kolektora do emitora, je úmerný základnému prúdu. Prúd emitora alebo základný prúd sa rovná hFE. Toto nastavenie používa kolektorový odpor (RI). Ak preteká prúd IcRI, na tomto rezistore sa vytvorí napätie, ktoré sa rovná súčinu Ic x RI. To znamená, že napätie na tranzistore je: E2 - (RI x Ic). Ic sa približne rovná Ie, takže ak IE=hFE x IB, potom sa Ic rovná aj hFE x IB. Preto po výmene je napätie na tranzistoroch (E) E2 (RI x le x hFE).
Funkcie
Tranzistorový audio zosilňovač je postavený na funkciách zosilnenia a prepínania. Vezmime si napríklad rádio, signály, ktoré rádio prijíma z atmosféry, sú extrémne slabé. Rádio zosilňuje tieto signály cez reproduktorový výstup. Toto je funkcia "boost". Takže napríklad germániový tranzistor gt806 je určený na použitie v impulzných zariadeniach, meničoch a stabilizátoroch prúdu a napätia.
Pri analógovom rádiu stačí zosilniť signál a reproduktory budú produkovať zvuk. Pri digitálnych zariadeniach je však potrebné zmeniť vstupný tvar vlny. Pri digitálnom zariadení, ako je počítač alebo MP3 prehrávač, musí tranzistor prepnúť stav signálu na 0 alebo 1. Toto je „funkcia prepínania“
Môžete nájsť zložitejšie komponenty nazývané tranzistory. Hovoríme o integrovaných obvodoch vyrobených z infiltrácie tekutého kremíka.
Soviet Silicon Valley
V sovietskych časoch, začiatkom 60. rokov, sa mesto Zelenograd stalo odrazovým mostíkom pre organizáciu Centra mikroelektroniky v ňom. Sovietsky inžinier Shchigol F. A. vyvíja tranzistor 2T312 a jeho analóg 2T319, ktorý sa neskôr stalhlavná súčasť hybridných obvodov. Bol to tento muž, ktorý položil základ pre výrobu germániových tranzistorov v ZSSR.
V roku 1964 závod Angstrem na základe Výskumného ústavu presných technológií vytvoril prvý integrovaný obvod IC-Path s 20 prvkami na čipe, ktorý plní úlohu kombinácie tranzistorov s odporovými spojmi. V rovnakom čase sa objavila ďalšia technológia: boli uvedené na trh prvé ploché tranzistory „Plane“.
V roku 1966 začala vo Výskumnom ústave Pulsar fungovať prvá experimentálna stanica na výrobu plochých integrovaných obvodov. V NIIME začala skupina Dr. Vallieva vyrábať lineárne odpory s logickými integrovanými obvodmi.
V roku 1968 vyrobil Pulsar Research Institute prvú časť KD910, KD911, KT318 tenkovrstvových plochých tranzistorových hybridných integrovaných obvodov s otvoreným rámom, ktoré sú určené na komunikáciu, televíziu a rozhlasové vysielanie.
Lineárne tranzistory s hromadne využívanými digitálnymi integrovanými obvodmi (typ 155) boli vyvinuté vo Výskumnom ústave DOE. V roku 1969 sovietsky fyzik Zh. I. Alferov objavil svetu teóriu riadenia tokov elektrónov a svetla v heteroštruktúrach založených na systéme arzenidu gália.
Minulosť verzus budúcnosť
Prvé sériové tranzistory boli založené na germániu. Germánium typu P a typu N boli spojené a vytvorili prechodový tranzistor.
Americká spoločnosť Fairchild Semiconductor vynašla planárny proces v 60. rokoch 20. storočia. Tu na výrobu tranzistorov skremík a fotolitografia sa použili na zlepšenie reprodukovateľnosti v priemyselnom meradle. To viedlo k myšlienke integrovaných obvodov.
Významné rozdiely medzi germániovými a kremíkovými tranzistormi sú nasledovné:
- kremíkové tranzistory sú oveľa lacnejšie;
- kremíkový tranzistor má prahové napätie 0,7V, zatiaľ čo germánium má prahové napätie 0,3V;
- kremík odoláva teplotám okolo 200°C, germánium 85°C;
- zvodový prúd kremíka sa meria v nA, pre germánium v mA;
- PIV Si je väčší ako Ge;
- Ge dokáže rozpoznať malé zmeny v signáloch, preto sú to tie „hudobnejšie“tranzistory vďaka svojej vysokej citlivosti.
Audio
Ak chcete získať vysokokvalitný zvuk na analógovom audio zariadení, musíte sa rozhodnúť. Čo si vybrať: moderné integrované obvody (IC) alebo ULF na germániových tranzistoroch?
V začiatkoch tranzistorov sa vedci a inžinieri dohadovali o materiáli, ktorý bude základom týchto zariadení. Medzi prvkami periodickej tabuľky sú niektoré vodiče, iné izolátory. Ale niektoré prvky majú zaujímavú vlastnosť, ktorá im umožňuje nazývať sa polovodiče. Kremík je polovodič a používa sa takmer vo všetkých tranzistoroch a integrovaných obvodoch, ktoré sa dnes vyrábajú.
Predtým, ako bol kremík použitý ako vhodný materiál na výrobu tranzistora, bol nahradený germániom. Výhoda kremíka oproti germániu bola spôsobená hlavne vyšším ziskom, ktorý bolo možné dosiahnuť.
Hoci germániové tranzistory od rôznych výrobcov majú často navzájom odlišné vlastnosti, niektoré typy sa považujú za typy, ktoré produkujú teplý, bohatý a dynamický zvuk. Zvuky sa môžu pohybovať od chrumkavých a nerovnomerných až po tlmené a ploché s medzitým. Takýto tranzistor si nepochybne zaslúži ďalšie štúdium ako zosilňovacie zariadenie.
Rada pre akciu
Nakupovanie rádiových komponentov je proces, v ktorom môžete nájsť všetko, čo potrebujete pre svoju prácu. Čo hovoria odborníci?
Podľa mnohých rádioamatérov a znalcov vysokokvalitného zvuku sú rady P605, KT602, KT908 uznávané ako najhudobnejšie tranzistory.
Pre stabilizátory je lepšie použiť rad AD148, AD162 od Siemens, Philips, Telefunken.
Súdiac podľa recenzií, najvýkonnejší z germániových tranzistorov - GT806, vyhráva v porovnaní so sériou P605, ale z hľadiska frekvencie zafarbenia je lepšie uprednostniť druhý. Za pozornosť stojí typ KT851 a KT850, ako aj tranzistor s efektom poľa KP904.
Typy P210 a ASY21 sa neodporúčajú, pretože v skutočnosti majú slabé zvukové vlastnosti.
Gitary
Hoci rôzne značky germániových tranzistorov majú rôzne vlastnosti, všetky sa dajú použiť na vytvorenie dynamického, bohatšieho a príjemnejšieho zvuku. Môžu pomôcť zmeniť zvuk gitaryv širokej škále tónov, vrátane intenzívnych, tlmených, drsných, hladších alebo ich kombinácie. V niektorých zariadeniach sa široko používajú na to, aby gitarovej hudbe poskytli skvelú hru, mimoriadne hmatateľný a jemný zvuk.
Aká je hlavná nevýhoda germániových tranzistorov? Samozrejme, ich nepredvídateľné správanie. Podľa odborníkov bude potrebné uskutočniť grandiózny nákup rádiových komponentov, teda nakúpiť stovky tranzistorov, aby sme po opakovanom testovaní našli ten pravý pre vás. Tento nedostatok zistil štúdiový inžinier a hudobník Zachary Vex pri hľadaní blokov historických zvukových efektov.
Vex začal vytvárať gitarové efektové jednotky Fuzz, aby gitarová hudba znela jasnejšie zmiešaním pôvodných jednotiek Fuzz v určitých pomeroch. Použil tieto tranzistory bez testovania ich potenciálu na získanie najlepšej kombinácie, pričom sa spoliehal výlučne na šťastie. Nakoniec bol nútený opustiť niektoré tranzistory kvôli ich nevhodnému zvuku a začal vo svojej továrni vyrábať dobré Fuzz bloky s germániovými tranzistormi.
