Germaaniumi transistorid nautisid oma hiilgeaega pooljuhtelektroonika esimesel kümnendil, enne kui need asendati laialdaselt mikrolaine räniseadmetega. Selles artiklis arutleme, miks esimest tüüpi transistore peetakse endiselt muusikatööstuses oluliseks elemendiks ja mis on hea heli austajate jaoks väga olulised.
Elemendi sünd
Germaaniumi avastasid Clemens ja Winkler Saksamaal Freibergi linnas 1886. aastal. Selle elemendi olemasolu ennustas Mendelejev, olles eelnev alt määranud selle aatommassi väärtuseks 71 ja tiheduseks 5,5 g/cm3.
1885. aasta varasügisel sattus Freibergi lähedal Himmelsfürsti hõbedakaevanduses töötav kaevur ebatavalisele maagile. Selle sai Albin Weisbach lähedal asuvast kaevandusakadeemiast, kes kinnitas, et tegemist on uue maavaraga. Ta omakorda palus oma kolleegil Winkleril kaevandamist analüüsida. Winkler avastas selleleitud keemilisest elemendist on 75% hõbedat, 18% väävlit, ülejäänud 7% leiu mahu koostist ei suutnud teadlane kindlaks teha.
Veebruariks 1886 mõistis ta, et tegemist on uue metallitaolise elemendiga. Kui selle omadusi testiti, selgus, et see oli puuduv element perioodilisustabelis, mis asub räni all. Mineraal, millest see pärineb, on tuntud kui argürodiit – Ag 8 GeS 6. Mõne aastakümne pärast moodustab see element heli germaaniumitransistoride aluse.
Germaanium
19. sajandi lõpus eraldas ja tuvastas germaaniumi esmakordselt saksa keemik Clemens Winkler. Seda Winkleri kodumaa järgi nime saanud materjali on pikka aega peetud madala juhtivusega metalliks. Seda väidet muudeti Teise maailmasõja ajal, kuna siis avastati germaaniumi pooljuhtomadused. Germaaniumist koosnevad seadmed levisid sõjajärgsetel aastatel. Sel ajal oli vaja rahuldada germaaniumtransistoride jms seadmete tootmise vajadus. Seega kasvas germaaniumi tootmine Ameerika Ühendriikides mõnesaj alt kilogrammilt 1946. aastal 45 tonnini 1960. aastaks.
Kroonika
Transistoride ajalugu algab 1947. aastal New Jerseys asuva Bell Laboratoriesiga. Protsessis osales kolm hiilgavat Ameerika füüsikut: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) ja William Shockley (1910-1989).
Shockley juhitud meeskond püüdis välja töötada uut tüüpi võimendiUSA telefonisüsteem, kuid see, mida nad tegelikult leiutasid, osutus palju huvitavamaks.
Bardeen ja Brattain ehitasid teisipäeval, 16. detsembril 1947 esimese transistori. Seda tuntakse punktkontakttransistorina. Shockley töötas projekti kallal kõvasti, nii et pole üllatav, et ta oli tagasilükkamise pärast segaduses ja vihane. Peagi kujundas ta üksinda ristmikutransistori teooria. See seade on mitmes mõttes parem kui punktkontakttransistor.
Uue maailma sünd
Kui Bardeen lahkus Bell Labsist, et saada akadeemikuks (ta õppis Illinoisi ülikoolis germaaniumitransistore ja ülijuhte), töötas Brattain mõnda aega, enne kui asus õpetama. Shockley asutas oma transistoride tootmise ettevõtte ja lõi ainulaadse koha - Silicon Valley. See on Californias Palo Alto ümbruses õitsev piirkond, kus asuvad suured elektroonikaettevõtted. Kaks tema töötajat, Robert Noyce ja Gordon Moore, asutasid Inteli, maailma suurima kiibitootja.
Bardeen, Brattain ja Shockley ühinesid korraks taas 1956. aastal, kui nad said avastuse eest maailma kõrgeima teadusliku auhinna, Nobeli füüsikaauhinna.
Patendiseadus
Punktkontakti transistori algupärane disain on kirjeldatud USA patendis, mille John Bardeen ja W alter Brattain esitasid juunis 1948 (umbes kuus kuud pärast esialgset avastamist). Patent välja antud 3. oktoobril 1950. aastalaasta. Lihtsal PN-transistoril oli õhuke ülemine kiht P-tüüpi germaaniumi (kollane) ja alumine kiht N-tüüpi germaaniumi (oranž). Germaaniumitransistoridel oli kolm kontakti: emitter (E, punane), kollektor (C, sinine) ja alus (G, roheline).
Lihtsam alt öeldes
Transistorhelivõimendi tööpõhimõte saab selgemaks, kui tuua analoogia veekraani tööpõhimõttega: emitter on torujuhe ja kollektor on kraan. See võrdlus aitab selgitada, kuidas transistor töötab.
Kujutame ette, et transistor on veekraan. Elektrivool toimib nagu vesi. Transistoril on kolm terminali: alus, kollektor ja emitter. Alus töötab nagu segisti käepide, kollektor nagu vesi voolab kraani ja emitter töötab nagu auk, kust vesi välja voolab. Segisti käepidet kergelt keerates saate juhtida võimsat veevoolu. Kui keerate segisti käepidet veidi, suureneb vee voolukiirus märkimisväärselt. Kui segisti käepide on täielikult suletud, siis vesi ei voola. Kui keerate nupu lõpuni, voolab vesi palju kiiremini.
Tööpõhimõte
Nagu varem mainitud, on germaaniumtransistorid ahelad, mis põhinevad kolmel kontaktil: emitter (E), kollektor (C) ja baas (B). Alus juhib voolu kollektorist emitterini. Vool, mis voolab kollektorist emitterisse, on võrdeline baasvooluga. Emiteri vool ehk baasvool on võrdne hFE-ga. See seadistus kasutab kollektortakistit (RI). Kui vool Ic läbibRI, genereeritakse selle takisti peale pinge, mis on võrdne Ic x RI korrutisega. See tähendab, et transistori pinge on: E2 - (RI x Ic). Ic on ligikaudu võrdne Ie-ga, seega kui IE=hFE x IB, siis Ic võrdub ka hFE x IB. Seetõttu on pärast asendamist transistoride (E) pinge E2 (RI x le x hFE).
Funktsioonid
Transistorhelivõimendi on üles ehitatud võimendus- ja lülitusfunktsioonidele. Kui võtta näiteks raadio, siis signaalid, mida raadio atmosfäärist vastu võtab, on äärmiselt nõrgad. Raadio võimendab neid signaale kõlari väljundi kaudu. See on "tõuke" funktsioon. Näiteks germaaniumtransistor gt806 on mõeldud kasutamiseks impulssseadmetes, muundurites ning voolu- ja pingestabilisaatorites.
Analoograadio puhul paneb kõlarid heli tekitama lihts alt signaali võimendamine. Digiseadmete puhul tuleb aga sisendi lainekuju muuta. Digitaalse seadme (nt arvuti või MP3-mängija) puhul peab transistor lülitama signaali olekuks 0 või 1. See on "lülitusfunktsioon"
Võite leida keerukamaid komponente, mida nimetatakse transistoriteks. Me räägime vedela räni imbumisest valmistatud integraallülitustest.
Nõukogude Silicon Valley
Nõukogude ajal, 60ndate alguses, sai Zelenogradi linnast hüppelauaks mikroelektroonikakeskuse korraldamine selles. Nõukogude insener Shchigol F. A. töötab välja transistori 2T312 ja selle analoogi 2T319, millest hiljem saihübriidahelate põhikomponent. Just see mees pani aluse germaaniumitransistoride tootmisele NSV Liidus.
Angstremi tehas lõi 1964. aastal täppistehnoloogiate uurimisinstituudi baasil esimese 20 elemendiga kiibil oleva IC-Path integraallülituse, mis täidab takistuslike ühendustega transistoride kombinatsiooni ülesannet.. Samal ajal ilmus veel üks tehnoloogia: käivitati esimesed lamedad transistorid "Plane".
1966. aastal hakkas Pulsari uurimisinstituudis tööle esimene katsejaam lame-integraallülituste tootmiseks. NIIME-s alustas dr Valievi grupp loogiliste integraallülitustega lineaartakistite tootmist.
1968. aastal valmistas Pulsari uurimisinstituut esimese osa õhukese kilega avatud raamiga lametransistori hübriid-IC-d KD910, KD911, KT318, mis on mõeldud side-, televisiooni- ja raadioringhäälinguks.
Masskasutatavate digitaalsete IC-dega (tüüp 155) lineaarsed transistorid töötati välja DOE uurimisinstituudis. 1969. aastal avastas nõukogude füüsik Zh. I. Alferov maailmale galliumarseniidi süsteemil põhineva teooria elektron- ja valgusvoogude juhtimiseks heterostruktuurides.
Minevik versus tulevik
Esimesed jadatransistorid põhinesid germaaniumil. P-tüüpi ja N-tüüpi germaanium ühendati omavahel, et moodustada ristmiktransistor.
Ameerika ettevõte Fairchild Semiconductor leiutas tasapinnalise protsessi 1960. aastatel. Siin transistoride tootmiseks koosTööstuslikus mastaabis reprodutseeritavuse parandamiseks on kasutatud räni ja fotolitograafiat. See viis integraallülituste ideeni.
Olulised erinevused germaaniumi- ja ränitransistoride vahel on järgmised:
- ränitransistorid on palju odavamad;
- ränitransistori lävipinge on 0,7 V, samas kui germaaniumil on 0,3 V;
- räni talub temperatuuri umbes 200°C, germaanium 85°C;
- räni lekkevoolu mõõdetakse nA, germaaniumi puhul mA;
- PIV Si on suurem kui Ge;
- Ge suudab tuvastada signaalides väikseid muutusi, seega on need oma kõrge tundlikkuse tõttu kõige muusikalisemad transistorid.
Heli
Kvaliteetse heli saamiseks analoogheliseadmetes peate otsustama. Mida valida: kaasaegsed integraallülitused (IC-d) või ULF germaaniumtransistoridel?
Transistoride algusaegadel vaidlesid teadlased ja insenerid seadmete aluseks oleva materjali üle. Perioodilisuse tabeli elementide hulgas on mõned juhid, teised isolaatorid. Kuid mõnel elemendil on huvitav omadus, mis võimaldab neid pooljuhtideks nimetada. Räni on pooljuht ja seda kasutatakse peaaegu kõigis tänapäeval toodetavates transistorides ja integraallülitustes.
Aga enne kui räni hakati transistori valmistamiseks sobiva materjalina kasutama, asendati see germaaniumiga. Räni eelis germaaniumi ees tulenes peamiselt saavutatavast suuremast võimendusest.
Kuigi erinevate tootjate germaaniumtransistoridel on sageli üksteisest erinevad omadused, peetakse teatud tüüpide puhul sooja, rikkalikku ja dünaamilist heli. Helid võivad ulatuda krõmpsuvast ja ebaühtlasest kuni summutatud ja tasase, vahepealsete helideni. Kahtlemata väärib selline transistor võimendusseadmena edasist uurimist.
Nõuanded tegutsemiseks
Raadiokomponentide ostmine on protsess, mille käigus leiate kõik oma tööks vajaliku. Mida eksperdid ütlevad?
Paljude raadioamatööride ja kvaliteetse heli tundjate sõnul on P605, KT602, KT908 seeriad tunnistatud kõige muusikalisemateks transistoriteks.
Stabilisaatorite jaoks on parem kasutada Siemensi, Philipsi, Telefunkeni seeriaid AD148, AD162.
Arvustuste põhjal otsustades võidab germaaniumtransistoridest võimsaim - GT806 võrreldes P605 seeriaga, kuid tämbrisageduse osas on parem eelistada viimast. Tähelepanu tasub pöörata tüübile KT851 ja KT850, samuti väljatransistorile KP904.
P210 ja ASY21 tüübid pole soovitatavad, kuna neil on tegelikult kehvad heliomadused.
Kitarrid
Kuigi eri marki germaaniumtransistoridel on erinevad omadused, saab neid kõiki kasutada dünaamilise, rikkalikuma ja nauditavama heli loomiseks. Need võivad aidata muuta kitarri helilaias valikus toonides, sealhulgas intensiivsed, summutatud, karmid, sujuvamad või nende kombinatsioonid. Mõnes seadmes kasutatakse neid laialdaselt selleks, et anda kitarrimuusikale suurepärane kõla, äärmiselt käegakatsutav ja pehme heli.
Mis on germaaniumtransistoride peamine puudus? Muidugi nende ettearvamatu käitumine. Ekspertide sõnul on vaja läbi viia suurejooneline raadiokomponentide ost, st osta sadu transistore, et pärast korduvat testimist endale õige leida. Selle puuduse tuvastas stuudioinsener ja muusik Zachary Vex, otsides vanaaegseid heliefektide plokke.
Vex alustas Fuzzi kitarriefektide ühikute loomist, et muuta kitarrimuusika kõla selgemaks, segades Fuzzi originaalüksusi teatud proportsioonides. Ta kasutas neid transistore ilma nende potentsiaali parima kombinatsiooni saamiseks proovimata, lootes ainult õnnele. Lõpuks oli ta sunnitud loobuma mõnest transistorist nende sobimatu heli tõttu ja hakkas oma tehases tootma häid fuzzi plokke germaaniumtransistoridega.
