Germanium-transistorer nød deres storhedstid i det første årti med halvlederelektronik, før de i vid udstrækning blev erstattet af mikrobølgesiliciumenheder. I denne artikel vil vi diskutere, hvorfor den første type transistorer stadig betragtes som et vigtigt element i musikindustrien og er af stor betydning for kendere af god lyd.
Fødslen af grundstoffet
Germanium blev opdaget af Clemens og Winkler i den tyske by Freiberg i 1886. Eksistensen af dette grundstof blev forudsagt af Mendeleev, idet han på forhånd havde sat dets atomvægt lig med 71 og massefylden på 5,5 g/cm3.
I det tidlige efterår 1885 faldt en minearbejder, der arbejdede ved sølvminen Himmelsfürst nær Freiberg, over en usædvanlig malm. Det blev givet til Albin Weisbach fra det nærliggende mineakademi, som bekræftede, at det var et nyt mineral. Han bad til gengæld sin kollega Winkler om at analysere udvindingen. Det opdagede Winkleraf det fundne kemiske grundstof er 75 % sølv, 18 % svovl, videnskabsmanden kunne ikke bestemme sammensætningen af de resterende 7 % volumen af fundet.
I februar 1886 indså han, at dette var et nyt metallignende element. Da dets egenskaber blev testet, blev det klart, at det var det manglende grundstof i det periodiske system, som er placeret under silicium. Mineralet, som det stammer fra, er kendt som argyrodite - Ag 8 GeS 6. Om få årtier vil dette grundstof danne grundlaget for germaniumtransistorer til lyd.
Germanium
I slutningen af det 19. århundrede blev germanium først isoleret og identificeret af den tyske kemiker Clemens Winkler. Dette materiale, opkaldt efter Winklers hjemland, har længe været betragtet som et metal med lav ledningsevne. Denne erklæring blev revideret under Anden Verdenskrig, da det var dengang, at germaniums halvlederegenskaber blev opdaget. Enheder bestående af germanium blev udbredt i efterkrigsårene. På dette tidspunkt var det nødvendigt at tilfredsstille behovet for produktion af germaniumtransistorer og lignende enheder. Således voksede produktionen af germanium i USA fra nogle få hundrede kilo i 1946 til 45 tons i 1960.
Chronicle
Transistorernes historie begynder i 1947 med Bell Laboratories, der ligger i New Jersey. Tre geniale amerikanske fysikere deltog i processen: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) og William Shockley (1910-1989).
Teamet ledet af Shockley forsøgte at udvikle en ny type forstærker tilAmerikansk telefonsystem, men det, de rent faktisk opfandt, viste sig at være meget mere interessant.
Bardeen og Brattain byggede den første transistor tirsdag den 16. december 1947. Det er kendt som punktkontakttransistoren. Shockley arbejdede hårdt på projektet, så det er ingen overraskelse, at han var forvirret og vred over at blive afvist. Snart dannede han på egen hånd teorien om overgangstransistoren. Denne enhed er i mange henseender bedre end punktkontakttransistoren.
Fødslen af en ny verden
Mens Bardeen forlod Bell Labs for at blive akademiker (han fortsatte med at studere germaniumtransistorer og superledere ved University of Illinois), arbejdede Brattain et stykke tid, før han gik videre til undervisningen. Shockley startede sit eget transistorfremstillingsfirma og skabte et unikt sted - Silicon Valley. Dette er et blomstrende område i Californien omkring Palo Alto, hvor store elektronikselskaber er placeret. To af hans medarbejdere, Robert Noyce og Gordon Moore, grundlagde Intel, verdens største chipproducent.
Bardeen, Brattain og Shockley genforenes kortvarigt i 1956, da de modtog verdens højeste videnskabelige pris, Nobelprisen i fysik, for deres opdagelse.
Patentlovgivning
Det originale punkt-kontakt transistor design er skitseret i et amerikansk patent indgivet af John Bardeen og W alter Brattain i juni 1948 (ca. seks måneder efter den oprindelige opdagelse). Patent udstedt 3. oktober 1950årets. En simpel PN-transistor havde et tyndt toplag af P-type germanium (gul) og et bundlag af N-type germanium (orange). Germanium-transistorer havde tre ben: emitter (E, rød), kollektor (C, blå) og base (G, grøn).
Som sagt
Princippet for drift af en transistorlydforstærker vil blive tydeligere, hvis vi drager en analogi med princippet om drift af en vandhane: emitteren er en rørledning, og solfangeren er en hane. Denne sammenligning hjælper med at forklare, hvordan en transistor fungerer.
Lad os forestille os, at transistoren er en vandhane. Elektrisk strøm virker som vand. Transistoren har tre terminaler: base, kollektor og emitter. Basen fungerer som et vandhanehåndtag, opsamleren fungerer som vand, der løber ind i vandhanen, og emitteren fungerer som et hul, hvorfra der strømmer vand ud. Ved at dreje lidt på vandhanens håndtag kan du styre den kraftige vandstrøm. Hvis du drejer lidt på vandhanens håndtag, vil vandgennemstrømningen stige betydeligt. Hvis vandhanens håndtag er helt lukket, vil vandet ikke flyde. Hvis du drejer knappen hele vejen, vil vandet flyde meget hurtigere.
Driftsprincip
Som tidligere nævnt er germaniumtransistorer kredsløb, der er baseret på tre kontakter: emitter (E), kollektor (C) og base (B). Basen styrer strømmen fra solfangeren til emitteren. Strømmen, der løber fra solfangeren til emitteren, er proportional med basisstrømmen. Emitterstrømmen eller basisstrømmen er lig med hFE. Denne opsætning bruger en kollektormodstand (RI). Hvis den nuværende Ic løber igennemRI, vil der blive genereret en spænding over denne modstand, som er lig med produktet af Ic x RI. Det betyder, at spændingen over transistoren er: E2 - (RI x Ic). Ic er omtrent lig med Ie, så hvis IE=hFE x IB, så er Ic også lig med hFE x IB. Derfor er spændingen over transistorerne (E) efter udskiftningen E2 (RI x le x hFE).
Funktioner
Transistorlydforstærkeren er bygget på forstærknings- og omskiftningsfunktioner. Tager man radio som eksempel, er de signaler, som en radio modtager fra atmosfæren, ekstremt svage. Radioen forstærker disse signaler gennem højttalerudgangen. Dette er "boost"-funktionen. Så for eksempel er germanium-transistoren gt806 beregnet til brug i pulsenheder, omformere og strøm- og spændingsstabilisatorer.
For analog radio vil en forstærkning af signalet få højttalerne til at producere lyd. For digitale enheder skal indgangsbølgeformen dog ændres. For en digital enhed, såsom en computer eller MP3-afspiller, skal transistoren skifte sign altilstanden til 0 eller 1. Dette er "switching-funktionen"
Du kan finde mere komplekse komponenter kaldet transistorer. Vi taler om integrerede kredsløb lavet af flydende siliciuminfiltration.
Sovjetiske Silicon Valley
I sovjettiden, i begyndelsen af 60'erne, blev byen Zelenograd et springbræt for organisationen af Microelectronics Center i den. Den sovjetiske ingeniør Shchigol F. A. udvikler 2T312-transistoren og dens analoge 2T319, som senere blevhovedkomponenten i hybridkredsløb. Det var denne mand, der lagde grundlaget for produktionen af germaniumtransistorer i USSR.
I 1964 skabte Angstrem-anlægget, på grundlag af Research Institute of Precision Technologies, det første IC-Path integrerede kredsløb med 20 elementer på en chip, som udfører opgaven med en kombination af transistorer med resistive forbindelser. Samtidig dukkede en anden teknologi op: de første flade transistorer "Plane" blev lanceret.
I 1966 begyndte den første forsøgsstation til produktion af flade integrerede kredsløb at fungere på Pulsar Research Institute. På NIIME begyndte Dr. Valievs gruppe at fremstille lineære modstande med logiske integrerede kredsløb.
I 1968 producerede Pulsar Research Institute den første del af KD910, KD911, KT318 tyndfilm åben-frame flad transistor hybrid IC'er, som er designet til kommunikation, tv, radioudsendelser.
Lineære transistorer med massebrugte digitale IC'er (type 155) blev udviklet på DOE Research Institute. I 1969 opdagede den sovjetiske fysiker Zh. I. Alferov for verden teorien om at kontrollere elektron- og lysflux i heterostrukturer baseret på galliumarsenidsystemet.
Fortid versus fremtid
De første serielle transistorer var baseret på germanium. P-type og N-type germanium blev forbundet sammen for at danne en overgangstransistor.
Det amerikanske firma Fairchild Semiconductor opfandt den plane proces i 1960'erne. Her til produktion af transistorer medsilicium og fotolitografi er blevet brugt til forbedret reproducerbarhed i industriel skala. Dette førte til ideen om integrerede kredsløb.
Væsentlige forskelle mellem germanium- og siliciumtransistorer er som følger:
- siliciumtransistorer er meget billigere;
- siliciumtransistor har en tærskelspænding på 0,7V, mens germanium har en tærskelspænding på 0,3V;
- silicium tåler temperaturer omkring 200°C, germanium 85°C;
- siliciumlækstrøm måles i nA, for germanium i mA;
- PIV Si er større end Ge;
- Ge kan registrere små ændringer i signaler, og derfor er de de mest "musikalske" transistorer på grund af deres høje følsomhed.
Audio
For at få lyd i høj kvalitet på analogt lydudstyr skal du beslutte dig. Hvad skal man vælge: moderne integrerede kredsløb (IC'er) eller ULF på germaniumtransistorer?
I transistorernes tidlige dage skændtes videnskabsmænd og ingeniører om det materiale, der skulle ligge til grund for enhederne. Blandt elementerne i det periodiske system er nogle ledere, andre er isolatorer. Men nogle elementer har en interessant egenskab, der gør det muligt at kalde dem halvledere. Silicium er en halvleder og bruges i næsten alle transistorer og integrerede kredsløb, der fremstilles i dag.
Men før silicium blev brugt som et passende materiale til fremstilling af en transistor, blev det erstattet af germanium. Fordelen ved silicium frem for germanium skyldtes hovedsageligt den højere gevinst, der kunne opnås.
Selvom germaniumtransistorer fra forskellige producenter ofte har forskellige egenskaber fra hinanden, anses nogle typer for at producere en varm, rig og dynamisk lyd. Lyde kan variere fra sprøde og ujævne til dæmpede og flade med imellem. En sådan transistor fortjener utvivlsomt yderligere undersøgelse som en forstærkeranordning.
Råd til handling
Opkøb af radiokomponenter er en proces, hvor du kan finde alt, hvad du har brug for til dit arbejde. Hvad siger eksperterne?
Ifølge mange radioamatører og kendere af højkvalitetslyd er P605, KT602, KT908-serien anerkendt som de mest musikalske transistorer.
For stabilisatorer er det bedre at bruge AD148, AD162-serien fra Siemens, Philips, Telefunken.
At dømme efter anmeldelserne, den mest kraftfulde af germanium-transistorerne - GT806, vinder den sammenlignet med P605-serien, men med hensyn til klangfrekvens er det bedre at foretrække sidstnævnte. Det er værd at være opmærksom på typen KT851 og KT850 samt felteffekttransistoren KP904.
P210- og ASY21-typerne anbefales ikke, da de faktisk har dårlige lydegenskaber.
guitarer
Selvom forskellige mærker af germanium-transistorer har forskellige egenskaber, kan de alle bruges til at skabe en dynamisk, rigere og mere behagelig lyd. De kan hjælpe med at ændre lyden af en guitari en bred vifte af toner, inklusive intens, dæmpet, hård, glattere eller en kombination af disse. I nogle enheder er de meget brugt til at give guitarmusik et fantastisk spil, ekstremt håndgribelig og blød lyd.
Hvad er den største ulempe ved germanium-transistorer? Selvfølgelig deres uforudsigelige adfærd. Ifølge eksperter vil det være nødvendigt at foretage et storslået indkøb af radiokomponenter, det vil sige at købe hundredvis af transistorer for at finde den rigtige for dig efter gentagne tests. Denne mangel blev identificeret af studieingeniøren og musikeren Zachary Vex, mens han søgte efter vintage lydeffektblokke.
Vex begyndte at skabe Fuzz-guitareffektenheder for at få guitarmusik til at lyde klarere ved at blande de originale Fuzz-enheder i bestemte proportioner. Han brugte disse transistorer uden at teste deres potentiale for at få den bedste kombination, udelukkende baseret på held. Til sidst blev han tvunget til at opgive nogle transistorer på grund af deres uegnede lyd og begyndte at producere gode Fuzz-blokke med germanium-transistorer på sin fabrik.
