A germánium tranzisztorok a félvezető elektronika első évtizedében élték virágkorukat, mielőtt széles körben felváltották volna őket mikrohullámú szilícium eszközökkel. Ebben a cikkben megvitatjuk, hogy az első típusú tranzisztorok miért számítanak még mindig fontos elemnek a zeneiparban, és miért fontosak a jó hangzás ínyencei számára.
Az elem születése
A germániumot Clemens és Winkler fedezte fel a németországi Freiberg városában 1886-ban. Ennek az elemnek a létezését Mengyelejev jósolta meg, miután atomtömegét 71-re állította, sűrűségét pedig 5,5 g/cm3.
1885 kora őszén a Freiberg melletti Himmelsfürst ezüstbányában dolgozó bányász szokatlan ércbe botlott. Albin Weisbach kapta a közeli Bányászati Akadémiáról, aki megerősítette, hogy új ásványról van szó. Ő viszont megkérte Winkler kollégáját, hogy elemezze a kitermelést. Winkler felfedeztea talált kémiai elem 75%-a ezüst, 18%-a kén, a tudós nem tudta meghatározni a lelet fennmaradó 7%-ának összetételét.
1886 februárjára rájött, hogy ez egy új fémszerű elem. Tulajdonságai tesztelésekor világossá vált, hogy ez a hiányzó elem a periódusos rendszerben, amely a szilícium alatt található. Az ásvány, amelyből származik, argirodit néven ismert – Ag 8 GeS 6. Néhány évtizeden belül ez az elem fogja képezni a germánium hangtranzisztorok alapját.
Germánium
A 19. század végén a germániumot először Clemens Winkler német kémikus izolálta és azonosította. Ezt az anyagot, amelyet Winkler szülőföldjéről neveztek el, régóta alacsony vezetőképességű fémnek tartották. Ezt az állítást a második világháború idején felülvizsgálták, mivel ekkor fedezték fel a germánium félvezető tulajdonságait. A germániumból álló eszközök a háború utáni években terjedtek el. Ebben az időben a germánium tranzisztorok és hasonló eszközök gyártási igényének kielégítésére volt szükség. Így az Egyesült Államokban a germánium termelése az 1946-os néhány száz kilogrammról 1960-ra 45 tonnára nőtt.
Krónika
A tranzisztorok története 1947-ben kezdődik a New Jersey-i Bell Laboratories-nál. Három zseniális amerikai fizikus vett részt a folyamatban: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) és William Shockley (1910-1989).
A Shockley vezette csapat megpróbált új típusú erősítőt kifejleszteniAmerikai telefonrendszer, de amit valójában kitaláltak, az sokkal érdekesebbnek bizonyult.
Bardeen és Brattain 1947. december 16-án, kedden megépítette az első tranzisztort. Pontkontaktus tranzisztor néven ismert. Shockley keményen dolgozott a projekten, így nem meglepő, hogy zavart és dühös volt, amiért elutasították. Hamarosan egyedül alkotta meg a csomóponti tranzisztor elméletét. Ez az eszköz sok tekintetben felülmúlja a pontérintkezős tranzisztort.
Egy új világ születése
Míg Bardeen otthagyta a Bell Labs-t, hogy akadémikus legyen (az Illinoisi Egyetemen germánium tranzisztorokat és szupravezetőket tanult), Brattain egy ideig dolgozott, mielőtt tanítani kezdett. Shockley megalapította saját tranzisztorgyártó cégét, és egyedülálló helyet hozott létre - a Szilícium-völgyet. Ez egy virágzó terület Kaliforniában, Palo Alto környékén, ahol jelentős elektronikai vállalatok találhatók. Két alkalmazottja, Robert Noyce és Gordon Moore megalapította az Intelt, a világ legnagyobb chipgyártóját.
Bardeen, Brattain és Shockley 1956-ban rövid időre újra találkoztak, amikor felfedezésükért megkapták a világ legmagasabb tudományos kitüntetését, a fizikai Nobel-díjat.
Szabadalmi törvény
Az eredeti pontérintkezős tranzisztor kialakítását egy amerikai szabadalom vázolja fel, amelyet John Bardeen és W alter Brattain nyújtott be 1948 júniusában (körülbelül hat hónappal az eredeti felfedezés után). 1950. október 3-án kiadott szabadalomaz év … ja. Egy egyszerű PN tranzisztornak vékony felső rétege P-típusú germánium (sárga) és alsó rétege N-típusú germánium (narancssárga) volt. A germánium tranzisztoroknak három érintkezője volt: emitter (E, piros), kollektor (C, kék) és alap (G, zöld).
Egyszerű szóval
A tranzisztoros hangerősítő működési elve világosabbá válik, ha analógiát vonunk a vízcsap működési elvével: az emitter egy csővezeték, a kollektor pedig egy csap. Ez az összehasonlítás segít elmagyarázni a tranzisztorok működését.
Képzeljük el, hogy a tranzisztor egy vízcsap. Az elektromos áram úgy működik, mint a víz. A tranzisztornak három kivezetése van: alap, kollektor és emitter. Az alap úgy működik, mint egy csapfogantyú, a kollektor úgy működik, mint a víz a csapba, az emitter pedig úgy működik, mint egy lyuk, ahonnan kifolyik a víz. A csapfogantyú enyhén elfordításával szabályozhatja a víz erőteljes áramlását. Ha kissé elfordítja a csapfogantyút, akkor a víz áramlási sebessége jelentősen megnő. Ha a csapfogantyú teljesen zárva van, a víz nem folyik. Ha teljesen elforgatja a gombot, a víz sokkal gyorsabban fog folyni.
Működési elv
Amint korábban említettük, a germánium tranzisztorok olyan áramkörök, amelyek három érintkezőn alapulnak: emitter (E), kollektor (C) és bázis (B). A bázis szabályozza a kollektortól az emitterig tartó áramot. A kollektorból az emitterbe áramló áram arányos az alapárammal. Az emitter árama vagy bázisáram egyenlő a hFE-vel. Ez a beállítás kollektor ellenállást (RI) használ. Ha az áram Ic átfolyikRI, ezen az ellenálláson feszültség keletkezik, amely egyenlő az Ic x RI szorzatával. Ez azt jelenti, hogy a tranzisztoron lévő feszültség: E2 - (RI x Ic). Ic megközelítőleg egyenlő Ie-vel, tehát ha IE=hFE x IB, akkor Ic is egyenlő hFE x IB-vel. Ezért a csere után a tranzisztorokon (E) a feszültség E2 (RI x le x hFE).
Funkciók
A tranzisztoros audioerősítő erősítési és kapcsolási funkciókra épül. Ha például a rádiót veszem, a rádió által a légkörből érkező jelek rendkívül gyengék. A rádió ezeket a jeleket a hangszórókimeneten keresztül erősíti fel. Ez a "boost" funkció. Így például a gt806 germánium tranzisztort impulzusos eszközökben, konverterekben, valamint áram- és feszültségstabilizátorokban való használatra tervezték.
Analóg rádió esetén a jel egyszerű erősítésével a hangszórók hangot adnak ki. Digitális eszközök esetén azonban meg kell változtatni a bemeneti hullámformát. Digitális eszköz, például számítógép vagy MP3-lejátszó esetén a tranzisztornak 0-ra vagy 1-re kell kapcsolnia a jelállapotot. Ez a "kapcsolási funkció"
Bonyolultabb, tranzisztoroknak nevezett alkatrészeket találhat. Folyékony szilícium beszivárgásból készült integrált áramkörökről beszélünk.
Szovjet Szilícium-völgy
A szovjet időkben, a hatvanas évek elején Zelenograd városa ugródeszka lett a benne található Mikroelektronikai Központ megszervezéséhez. Shchigol F. A. szovjet mérnök kifejleszti a 2T312 tranzisztort és annak analógját, a 2T319-et, amely később letthibrid áramkörök fő alkotóeleme. Ez az ember volt az, aki megalapozta a germánium tranzisztorok gyártását a Szovjetunióban.
1964-ben az Angstremi üzem a Precíziós Technológiák Kutatóintézete alapján megalkotta az első IC-Path integrált áramkört 20 elemmel egy chipen, amely az ellenállásos csatlakozású tranzisztorok kombinációjának feladatát látja el.. Ezzel egy időben egy másik technológia is megjelent: megjelentek az első sík tranzisztorok.
1966-ban kezdte meg működését a Pulsar Kutatóintézetben az első lapos integrált áramkörök gyártására szolgáló kísérleti állomás. A NIIME-nél Dr. Valiev csoportja megkezdte a logikai integrált áramkörökkel ellátott lineáris ellenállások gyártását.
1968-ban a Pulsar Research Institute elkészítette a KD910, KD911, KT318 vékonyrétegű, nyílt keretű lapos tranzisztoros hibrid IC-k első részét, amelyeket kommunikációs, televíziós, rádiós műsorszórásra terveztek.
A DOE Kutatóintézetben fejlesztették ki a tömegesen használt digitális IC-kkel (155-ös típusú) lineáris tranzisztorokat. 1969-ben Zh. I. Alferov szovjet fizikus felfedezte a világ előtt az elektron- és fényáramok szabályozásának elméletét heterostruktúrákban a gallium-arzenid rendszeren alapuló.
Múlt kontra jövő
Az első soros tranzisztorok germánium alapúak voltak. A P-típusú és az N-típusú germániumot összekapcsolták, hogy egy csomóponti tranzisztort képezzenek.
Az amerikai Fairchild Semiconductor cég az 1960-as években találta fel a síkbeli eljárást. Itt a tranzisztorok gyártásáhozszilíciumot és fotolitográfiát használtak a javított ipari méretű reprodukálhatóság érdekében. Ez vezetett az integrált áramkörök ötletéhez.
A germánium és a szilícium tranzisztorok közötti jelentős különbségek a következők:
- a szilícium tranzisztorok sokkal olcsóbbak;
- a szilícium tranzisztor küszöbfeszültsége 0,7 V, míg a germánium küszöbfeszültsége 0,3 V;
- a szilícium 200°C körüli hőmérsékletnek, a germánium 85°C-nak ellenáll;
- a szilícium szivárgó áramának mérése nA-ban, a germániumnál mA-ban;
- PIV Si nagyobb, mint Ge;
- A Ge képes érzékelni a jelek kis változásait, ezért nagy érzékenységük miatt ezek a legzeneibb tranzisztorok.
Hang
Ha jó minőségű hangot szeretne elérni az analóg audioberendezéseken, döntenie kell. Mit válasszunk: modern integrált áramkörök (IC) vagy ULF germánium tranzisztorokon?
A tranzisztorok korai napjaiban tudósok és mérnökök vitatkoztak az eszközök alapjául szolgáló anyagról. A periódusos rendszer elemei közül egyesek vezetők, mások szigetelők. De néhány elemnek van egy érdekes tulajdonsága, amely lehetővé teszi, hogy félvezetőknek nevezzük őket. A szilícium egy félvezető, és szinte minden ma gyártott tranzisztorban és integrált áramkörben használják.
De mielőtt a szilíciumot megfelelő anyagként használták volna tranzisztorok készítéséhez, germániumra cserélték. A szilícium előnye a germániummal szemben elsősorban az elérhető nagyobb nyereségnek köszönhető.
Bár a különböző gyártók germánium tranzisztorainak jellemzői gyakran eltérőek, egyes típusok meleg, gazdag és dinamikus hangzást biztosítanak. A hangok a ropogóstól és egyenetlentől a tompa és laposig terjedhetnek. Kétségtelen, hogy egy ilyen tranzisztor mint erősítő eszköz további vizsgálatokat érdemel.
Tanács a cselekvéshez
A rádióalkatrészek vásárlása egy folyamat, amelyben mindent megtalál, amire a munkájához szüksége van. Mit mondanak a szakértők?
Sok rádióamatőr és a kiváló minőségű hang ínyencei szerint a P605, KT602, KT908 sorozat a legzeneibb tranzisztorok közé tartozik.
A stabilizátorokhoz jobb a Siemens, Philips, Telefunken AD148, AD162 sorozatát használni.
A vélemények alapján a germánium tranzisztorok közül a legerősebb - GT806 - nyer a P605 sorozathoz képest, de a hangszín frekvenciáját tekintve jobb az utóbbit előnyben részesíteni. Érdemes odafigyelni a KT851 és KT850 típusokra, valamint a KP904 térhatású tranzisztorra.
P210 és ASY21 típusok nem ajánlottak, mivel valójában rossz hangjellemzőkkel rendelkeznek.
Gitárok
Bár a különböző márkájú germánium tranzisztorok eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, mindegyik használható dinamikus, gazdagabb és élvezetesebb hangzás létrehozására. Segíthetnek megváltoztatni a gitár hangjáthangszínek széles skálájában, beleértve az intenzív, tompa, durva, lágyabb vagy ezek kombinációját. Egyes eszközökön széles körben használják a gitárzene nagyszerű játékának, rendkívül kézzelfogható és lágy hangzásának biztosítására.
Mi a germánium tranzisztorok fő hátránya? Természetesen a kiszámíthatatlan viselkedésük. A szakértők szerint nagyszabású rádióalkatrész-vásárlást kell végrehajtani, azaz több száz tranzisztort kell vásárolni, hogy ismételt tesztelés után megtalálják a megfelelőt. Ezt a hiányosságot Zachary Vex stúdiómérnök és zenész fedezte fel, miközben régi hangeffektus blokkokat keresett.
Vex elkezdte a Fuzz gitáreffektus-egységek létrehozását, hogy tisztábbá tegye a gitárzene hangját azáltal, hogy az eredeti Fuzz egységeket bizonyos arányokban keverte. Ezeket a tranzisztorokat anélkül használta fel, hogy kipróbálta volna bennük rejlő lehetőségeket a legjobb kombináció elérése érdekében, kizárólag a szerencsére hagyatkozva. Végül kénytelen volt elhagyni néhány tranzisztort azok nem megfelelő hangzása miatt, és elkezdett jó Fuzz blokkokat gyártani germánium tranzisztorokkal a gyárában.
