Njemački tranzistori uživali su u svom vrhuncu tijekom prvog desetljeća poluvodičke elektronike prije nego što su ih naširoko zamijenili mikrovalni silikonski uređaji. U ovom članku ćemo raspravljati o tome zašto se prva vrsta tranzistora još uvijek smatra važnim elementom u glazbenoj industriji i od velike je važnosti za poznavatelje dobrog zvuka.
Rođenje elementa
Germanij su otkrili Clemens i Winkler u njemačkom gradu Freibergu 1886. godine. Postojanje ovog elementa predvidio je Mendeljejev, odredivši unaprijed njegovu atomsku težinu na 71, a gustoću od 5,5 g/cm3.
U ranu jesen 1885., rudar koji je radio u rudniku srebra Himmelsfürst u blizini Freiberga naišao je na neobičnu rudu. Dobio ga je Albin Weisbach s obližnje Rudarske akademije, koji je potvrdio da je riječ o novom mineralu. On je pak zamolio svog kolegu Winklera da analizira ekstrakciju. Winkler je to otkriood pronađenog kemijskog elementa je 75% srebra, 18% sumpora, znanstvenik nije mogao odrediti sastav preostalih 7% volumena nalaza.
Do veljače 1886. shvatio je da je to novi element nalik metalu. Kada su testirana njegova svojstva, postalo je jasno da je to element koji nedostaje u periodnom sustavu, koji se nalazi ispod silicija. Mineral iz kojeg je nastao poznat je kao argirodit - Ag 8 GeS 6. Za nekoliko desetljeća, ovaj element će činiti osnovu germanijevih tranzistora za zvuk.
Njemačka
Krajem 19. stoljeća germanij je prvi izolirao i identificirao njemački kemičar Clemens Winkler. Ovaj materijal, nazvan po Winklerovoj domovini, dugo se smatrao metalom niske vodljivosti. Ova izjava je revidirana tijekom Drugog svjetskog rata, jer su tada otkrivena poluvodička svojstva germanija. Uređaji koji se sastoje od germanija postali su široko rasprostranjeni u poslijeratnim godinama. U to vrijeme bilo je potrebno zadovoljiti potrebe za proizvodnjom germanijevih tranzistora i sličnih uređaja. Tako je proizvodnja germanija u Sjedinjenim Državama porasla s nekoliko stotina kilograma 1946. na 45 tona do 1960.
Kronika
Povijest tranzistora počinje 1947. godine s Bell Laboratories, smještenim u New Jerseyju. U procesu su sudjelovala tri briljantna američka fizičara: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) i William Shockley (1910-1989).
Tim predvođen Shockleyem pokušao je razviti novi tip pojačala zaAmerički telefonski sustav, ali ono što su zapravo izumili pokazalo se mnogo zanimljivijim.
Bardeen i Brattain izgradili su prvi tranzistor u utorak, 16. prosinca 1947. godine. Poznat je kao tranzistor točkastog kontakta. Shockley je naporno radio na projektu, pa ne čudi što je bio uznemiren i ljut što su ga odbili. Ubrzo je sam formirao teoriju spojnog tranzistora. Ovaj uređaj je superioran u mnogim aspektima od tranzistora s točkastim kontaktom.
Rođenje novog svijeta
Dok je Bardeen napustio Bell Labs kako bi postao akademik (nastavio je studirati germanijeve tranzistore i supravodiče na Sveučilištu Illinois), Brattain je radio neko vrijeme prije nego što je prešao na podučavanje. Shockley je pokrenuo vlastitu tvrtku za proizvodnju tranzistora i stvorio jedinstveno mjesto - Silicijsku dolinu. Ovo je uspješno područje u Kaliforniji oko Palo Alta gdje su smještene velike elektroničke korporacije. Dvojica njegovih zaposlenika, Robert Noyce i Gordon Moore, osnovali su Intel, najvećeg svjetskog proizvođača čipova.
Bardeen, Brattain i Shockley nakratko su se ponovno ujedinili 1956. godine kada su za svoje otkriće dobili najvišu svjetsku znanstvenu nagradu, Nobelovu nagradu za fiziku.
Zakon o patentima
Izvorni dizajn tranzistora s točkastim kontaktom opisan je u američkom patentu koji su podnijeli John Bardeen i W alter Brattain u lipnju 1948. (oko šest mjeseci nakon originalnog otkrića). Patent izdan 3. listopada 1950. godinegodine. Jednostavan PN tranzistor imao je tanak gornji sloj od germanija P-tipa (žuti) i donji sloj od germanija N-tipa (narančasti). Germanijski tranzistori imali su tri igle: emiter (E, crveni), kolektor (C, plavi) i bazu (G, zeleni).
Jednostavno rečeno
Načelo rada tranzistorskog pojačala zvuka postat će jasnije ako povučemo analogiju s principom rada slavine za vodu: emiter je cjevovod, a kolektor je slavina. Ova usporedba pomaže objasniti kako tranzistor radi.
Zamislimo da je tranzistor slavina za vodu. Električna struja djeluje poput vode. Tranzistor ima tri terminala: bazu, kolektor i emiter. Baza radi kao ručka za slavinu, kolektor radi kao voda koja teče u slavinu, a emiter radi kao rupa iz koje voda istječe. Laganim okretanjem ručke slavine možete kontrolirati snažan protok vode. Ako lagano okrenete ručku slavine, tada će se brzina protoka vode značajno povećati. Ako je ručka slavine potpuno zatvorena, voda neće teći. Ako okrenete gumb do kraja, voda će teći mnogo brže.
Princip rada
Kao što je ranije spomenuto, germanijski tranzistori su sklopovi koji se temelje na tri kontakta: emiter (E), kolektor (C) i baza (B). Baza kontrolira struju od kolektora do emitera. Struja koja teče od kolektora do emitera proporcionalna je struji baze. Struja emitera, ili bazna struja, jednaka je hFE. Ova postavka koristi kolektorski otpornik (RI). Ako struja Ic teče krozRI, na ovom otporniku će se generirati napon, koji je jednak umnošku Ic x RI. To znači da je napon na tranzistoru: E2 - (RI x Ic). Ic je približno jednak Ie, pa ako je IE=hFE x IB, tada je Ic također jednak hFE x IB. Stoga, nakon zamjene, napon na tranzistorima (E) je E2 (RI x le x hFE).
Funkcije
Tranzistorsko audio pojačalo izgrađeno je na funkcijama pojačanja i prebacivanja. Uzmimo radio kao primjer, signali koje radio prima iz atmosfere su izuzetno slabi. Radio pojačava ove signale kroz izlaz zvučnika. Ovo je funkcija "pojačanja". Tako je, na primjer, germanijev tranzistor gt806 namijenjen za upotrebu u impulsnim uređajima, pretvaračima i stabilizatorima struje i napona.
Za analogni radio, jednostavno pojačanje signala učinit će da zvučnici proizvode zvuk. Međutim, za digitalne uređaje, ulazni valni oblik mora se promijeniti. Za digitalni uređaj kao što je računalo ili MP3 player, tranzistor mora promijeniti stanje signala na 0 ili 1. Ovo je "funkcija prebacivanja"
Možete pronaći složenije komponente zvane tranzistori. Govorimo o integriranim krugovima napravljenim od infiltracije tekućeg silicija.
Sovjetska Silicijska dolina
U sovjetsko vrijeme, početkom 60-ih, grad Zelenograd postao je odskočna daska za organizaciju Centra za mikroelektroniku u njemu. Sovjetski inženjer Shchigol F. A. razvija tranzistor 2T312 i njegov analogni 2T319, koji je kasnije postaoglavna komponenta hibridnih sklopova. Upravo je taj čovjek postavio temelje za proizvodnju germanijevih tranzistora u SSSR-u.
Tvornica Angstrem je 1964. godine, na temelju Istraživačkog instituta za precizne tehnologije, stvorila prvi IC-Path integrirani krug s 20 elemenata na čipu, koji obavlja zadatak kombinacije tranzistora s otpornim vezama. U isto vrijeme pojavila se još jedna tehnologija: lansirani su prvi ravni tranzistori "Plane".
U Pulsar Research Instituteu 1966. godine počela je raditi prva eksperimentalna stanica za proizvodnju ravnih integriranih sklopova. U NIIME-u, grupa dr. Valieva započela je proizvodnju linearnih otpornika s logičkim integriranim krugovima.
Godine 1968. Pulsar Research Institute proizveo je prvi dio KD910, KD911, KT318 tankoslojnih hibridnih IC-ova s ravnim tranzistorom otvorenog okvira, koji su dizajnirani za komunikaciju, televiziju, radio emitiranje.
Linearni tranzistori s digitalnim IC-ovima za masovnu upotrebu (tip 155) razvijeni su u Istraživačkom institutu DOE. Godine 1969. sovjetski fizičar Zh. I. Alferov otkrio je svijetu teoriju kontrole tokova elektrona i svjetlosti u heterostrukturama na temelju galij-arsenidnog sustava.
Prošlost protiv budućnosti
Prvi serijski tranzistori bili su bazirani na germaniju. Germanij P-tipa i N-tip spojeni su zajedno kako bi formirali spojni tranzistor.
Američka tvrtka Fairchild Semiconductor izumila je planarni proces 1960-ih. Ovdje za proizvodnju tranzistora ssilicij i fotolitografija korišteni su za poboljšanu ponovljivost u industrijskim razmjerima. To je dovelo do ideje o integriranim krugovima.
Značajne razlike između germanijevih i silicijskih tranzistora su sljedeće:
- silikonski tranzistori su mnogo jeftiniji;
- silikonski tranzistor ima granični napon od 0,7V dok germanij ima prag napona od 0,3V;
- silicij podnosi temperature oko 200°C, germanij 85°C;
- struja curenja silicija mjeri se u nA, za germanij u mA;
- PIV Si je veći od Ge;
- Ge može otkriti male promjene u signalima stoga su oni naj"glazbeniji" tranzistori zbog svoje visoke osjetljivosti.
Audio
Da biste dobili zvuk visoke kvalitete na analognoj audio opremi, morate odlučiti. Što odabrati: moderni integrirani krugovi (IC) ili ULF na germanijevim tranzistorima?
U ranim danima tranzistora, znanstvenici i inženjeri raspravljali su oko materijala koji bi bio u osnovi uređaja. Među elementima periodnog sustava, neki su vodiči, drugi su izolatori. Ali neki elementi imaju zanimljivo svojstvo koje im omogućuje da se nazivaju poluvodičima. Silicij je poluvodič i koristi se u gotovo svim tranzistorima i integriranim krugovima koji se danas proizvode.
Ali prije nego što je silicij korišten kao prikladan materijal za izradu tranzistora, zamijenjen je germanijem. Prednost silicija u odnosu na germanij uglavnom je posljedica većeg dobitka koji se mogao postići.
Iako germanijevi tranzistori različitih proizvođača često imaju različite karakteristike jedni od drugih, smatra se da neke vrste proizvode topao, bogat i dinamičan zvuk. Zvukovi mogu varirati od hrskavih i neravnih do prigušenih i ravnih s između. Bez sumnje, takav tranzistor zaslužuje daljnje proučavanje kao uređaj za pojačanje.
Savjet za akciju
Kupovanje radio komponenti je proces u kojem možete pronaći sve što vam je potrebno za svoj rad. Što kažu stručnjaci?
Prema mnogim radioamaterima i poznavateljima visokokvalitetnog zvuka, serije P605, KT602, KT908 prepoznate su kao najglazbeniji tranzistori.
Za stabilizatore je bolje koristiti AD148, AD162 serije Siemens, Philips, Telefunken.
Sudeći po recenzijama, najmoćniji od germanijevih tranzistora - GT806, pobjeđuje u odnosu na P605 seriju, ali u pogledu frekvencije zvuka, bolje je dati prednost potonjem. Vrijedno je obratiti pažnju na tip KT851 i KT850, kao i tranzistor s efektom polja KP904.
P210 i ASY21 tipovi se ne preporučuju jer zapravo imaju loše karakteristike zvuka.
Gitare
Iako različite marke germanijevih tranzistora imaju različite karakteristike, svi se mogu koristiti za stvaranje dinamičnog, bogatijeg i ugodnijeg zvuka. Oni mogu pomoći u promjeni zvuka gitareu širokom rasponu tonova, uključujući intenzivne, prigušene, oštre, glađe ili kombinaciju ovih. U nekim se uređajima naširoko koriste kako bi gitarskoj glazbi dali izvrsno sviranje, iznimno opipljiv i mekan zvuk.
Koji je glavni nedostatak germanijevih tranzistora? Naravno, njihovo nepredvidivo ponašanje. Prema riječima stručnjaka, bit će potrebno izvršiti grandioznu kupnju radio komponenti, odnosno kupiti stotine tranzistora kako biste nakon ponovljenog testiranja pronašli onaj koji vam odgovara. Ovaj nedostatak otkrio je studijski inženjer i glazbenik Zachary Vex dok je tražio vintage blokove zvučnih efekata.
Vex je počeo stvarati jedinice za efekte za gitaru Fuzz kako bi gitarska glazba zvučala jasnije miješanjem originalnih Fuzz jedinica u određenim omjerima. Koristio je te tranzistore bez testiranja njihovog potencijala kako bi dobio najbolju kombinaciju, oslanjajući se isključivo na sreću. Na kraju je bio prisiljen napustiti neke tranzistore zbog njihovog neprikladnog zvuka i počeo proizvoditi dobre Fuzz blokove s germanijevim tranzistorima u svojoj tvornici.
