Τα τρανζίστορ γερμανικού απολάμβαναν την ακμή τους την πρώτη δεκαετία των ηλεκτρονικών ημιαγωγών προτού αντικατασταθούν ευρέως από συσκευές πυριτίου μικροκυμάτων. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε γιατί το πρώτο είδος τρανζίστορ εξακολουθεί να θεωρείται σημαντικό στοιχείο στη μουσική βιομηχανία και έχει μεγάλη σημασία για τους γνώστες του καλού ήχου.
Η γέννηση του στοιχείου
ΤοGermanium ανακαλύφθηκε από τους Clemens και Winkler στη γερμανική πόλη Freiberg το 1886. Η ύπαρξη αυτού του στοιχείου είχε προβλεφθεί από τον Mendeleev, έχοντας εκ των προτέρων ορίσει το ατομικό του βάρος ίσο με 71, και την πυκνότητα 5,5 g/cm3.
Στις αρχές του φθινοπώρου του 1885, ένας ανθρακωρύχος που εργαζόταν στο ορυχείο αργύρου Himmelsfürst κοντά στο Φράιμπεργκ έπεσε πάνω σε ένα ασυνήθιστο μετάλλευμα. Δόθηκε στον Albin Weisbach από την κοντινή Mining Academy, ο οποίος επιβεβαίωσε ότι ήταν ένα νέο ορυκτό. Αυτός, με τη σειρά του, ζήτησε από τον συνάδελφό του Winkler να αναλύσει την εξαγωγή. Ο Winkler το ανακάλυψετου χημικού στοιχείου που βρέθηκε είναι 75% ασήμι, 18% θείο, ο επιστήμονας δεν μπόρεσε να προσδιορίσει τη σύνθεση του υπόλοιπου 7% όγκου του ευρήματος.
Μέχρι τον Φεβρουάριο του 1886, συνειδητοποίησε ότι αυτό ήταν ένα νέο στοιχείο που μοιάζει με μέταλλο. Όταν δοκιμάστηκαν οι ιδιότητές του, έγινε σαφές ότι ήταν το στοιχείο που έλειπε στον περιοδικό πίνακα, το οποίο βρίσκεται κάτω από το πυρίτιο. Το ορυκτό από το οποίο προήλθε είναι γνωστό ως αργυροδίτης - Ag 8 GeS 6. Σε μερικές δεκαετίες, αυτό το στοιχείο θα αποτελέσει τη βάση των τρανζίστορ γερμανίου για τον ήχο.
Γερμάνιο
Στα τέλη του 19ου αιώνα, το γερμάνιο απομονώθηκε για πρώτη φορά και αναγνωρίστηκε από τον Γερμανό χημικό Κλέμενς Βίνκλερ. Αυτό το υλικό, που πήρε το όνομά του από την πατρίδα του Winkler, θεωρείται από καιρό ένα μέταλλο χαμηλής αγωγιμότητας. Αυτή η δήλωση αναθεωρήθηκε κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, καθώς ήταν τότε που ανακαλύφθηκαν οι ημιαγωγικές ιδιότητες του γερμανίου. Οι συσκευές που αποτελούνται από γερμάνιο έγιναν ευρέως διαδεδομένες στα μεταπολεμικά χρόνια. Αυτή τη στιγμή, ήταν απαραίτητο να ικανοποιηθεί η ανάγκη για παραγωγή τρανζίστορ γερμανίου και παρόμοιων συσκευών. Έτσι, η παραγωγή γερμανίου στις Ηνωμένες Πολιτείες αυξήθηκε από μερικές εκατοντάδες κιλά το 1946 σε 45 τόνους μέχρι το 1960.
Chronicle
Η ιστορία των τρανζίστορ ξεκινά το 1947 με τα εργαστήρια Bell, που βρίσκονται στο Νιου Τζέρσεϊ. Τρεις λαμπροί Αμερικανοί φυσικοί συμμετείχαν στη διαδικασία: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) και William Shockley (1910-1989).
Η ομάδα με επικεφαλής τον Shockley προσπάθησε να αναπτύξει έναν νέο τύπο ενισχυτή γιαΤηλεφωνικό σύστημα των ΗΠΑ, αλλά αυτό που στην πραγματικότητα ανακάλυψαν αποδείχθηκε πολύ πιο ενδιαφέρον.
Ο Bardeen και ο Brattain κατασκεύασαν το πρώτο τρανζίστορ την Τρίτη, 16 Δεκεμβρίου 1947. Είναι γνωστό ως τρανζίστορ επαφής σημείου. Ο Σόκλεϋ δούλεψε σκληρά για το έργο, οπότε δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι ήταν ταραγμένος και θυμωμένος που τον απέρριψαν. Σύντομα διαμόρφωσε μόνος του τη θεωρία του τρανζίστορ διασταύρωσης. Αυτή η συσκευή είναι ανώτερη από πολλές απόψεις από το τρανζίστορ επαφής σημείου.
Η γέννηση ενός νέου κόσμου
Ενώ ο Bardeen άφησε τα Bell Labs για να γίνει ακαδημαϊκός (συνέχισε να σπουδάζει τρανζίστορ και υπεραγωγούς γερμανίου στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις), ο Brattain εργάστηκε για λίγο πριν προχωρήσει στη διδασκαλία. Ο Shockley ξεκίνησε τη δική του εταιρεία κατασκευής τρανζίστορ και δημιούργησε ένα μοναδικό μέρος - τη Silicon Valley. Αυτή είναι μια ακμάζουσα περιοχή στην Καλιφόρνια γύρω από το Palo Alto, όπου βρίσκονται μεγάλες εταιρείες ηλεκτρονικών ειδών. Δύο από τους υπαλλήλους του, ο Robert Noyce και ο Gordon Moore, ίδρυσαν την Intel, τον μεγαλύτερο κατασκευαστή chip στον κόσμο.
Ο Bardeen, ο Brattain και ο Shockley επανενώθηκαν για λίγο το 1956 όταν έλαβαν το υψηλότερο επιστημονικό βραβείο στον κόσμο, το Νόμπελ Φυσικής, για την ανακάλυψή τους.
Νόμος για διπλώματα ευρεσιτεχνίας
Ο αρχικός σχεδιασμός του τρανζίστορ σημείου επαφής περιγράφεται σε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ που κατατέθηκε από τους John Bardeen και W alter Brattain τον Ιούνιο του 1948 (περίπου έξι μήνες μετά την αρχική ανακάλυψη). Ευρεσιτεχνία που εκδόθηκε στις 3 Οκτωβρίου 1950της χρονιάς. Ένα απλό τρανζίστορ PN είχε ένα λεπτό επάνω στρώμα γερμανίου τύπου Ρ (κίτρινο) και ένα κάτω στρώμα γερμανίου τύπου Ν (πορτοκαλί). Τα τρανζίστορ γερμανίου είχαν τρεις ακίδες: πομπό (E, κόκκινο), συλλέκτη (C, μπλε) και βάση (G, πράσινο).
Με απλά λόγια
Η αρχή της λειτουργίας ενός ενισχυτή ήχου τρανζίστορ θα γίνει πιο ξεκάθαρη, αν κάνουμε μια αναλογία με την αρχή λειτουργίας μιας βρύσης: ο πομπός είναι ένας αγωγός και ο συλλέκτης είναι μια βρύση. Αυτή η σύγκριση εξηγεί πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ.
Ας φανταστούμε ότι το τρανζίστορ είναι μια βρύση νερού. Το ηλεκτρικό ρεύμα λειτουργεί σαν νερό. Το τρανζίστορ έχει τρεις ακροδέκτες: βάση, συλλέκτη και πομπό. Η βάση λειτουργεί σαν λαβή βρύσης, ο συλλέκτης λειτουργεί σαν νερό που τρέχει στη βρύση και ο πομπός λειτουργεί σαν μια τρύπα από την οποία ρέει το νερό. Περιστρέφοντας ελαφρά τη λαβή της βρύσης, μπορείτε να ελέγξετε την ισχυρή ροή του νερού. Εάν γυρίσετε ελαφρώς τη λαβή της βρύσης, τότε η ταχύτητα ροής του νερού θα αυξηθεί σημαντικά. Εάν η λαβή της βρύσης είναι τελείως κλειστή, το νερό δεν θα ρέει. Αν γυρίσετε το πόμολο μέχρι τέρμα, το νερό θα ρέει πολύ πιο γρήγορα.
Αρχή λειτουργίας
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα τρανζίστορ γερμανίου είναι κυκλώματα που βασίζονται σε τρεις επαφές: πομπό (Ε), συλλέκτη (C) και βάση (Β). Η βάση ελέγχει το ρεύμα από τον συλλέκτη στον πομπό. Το ρεύμα που ρέει από τον συλλέκτη στον πομπό είναι ανάλογο με το ρεύμα βάσης. Το ρεύμα εκπομπού, ή το ρεύμα βάσης, είναι ίσο με hFE. Αυτή η ρύθμιση χρησιμοποιεί μια αντίσταση συλλέκτη (RI). Αν το ρεύμα Ic διαρρέειRI, θα δημιουργηθεί μια τάση σε αυτήν την αντίσταση, η οποία είναι ίση με το γινόμενο του Ic x RI. Αυτό σημαίνει ότι η τάση στο τρανζίστορ είναι: E2 - (RI x Ic). Το Ic είναι περίπου ίσο με Ie, οπότε αν IE=hFE x IB, τότε το Ic είναι επίσης ίσο με hFE x IB. Επομένως, μετά την αντικατάσταση, η τάση στα τρανζίστορ (E) είναι E2 (RI x le x hFE).
Λειτουργίες
Ο ενισχυτής ήχου τρανζίστορ βασίζεται σε λειτουργίες ενίσχυσης και μεταγωγής. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το ραδιόφωνο, τα σήματα που λαμβάνει ένα ραδιόφωνο από την ατμόσφαιρα είναι εξαιρετικά αδύναμα. Το ραδιόφωνο ενισχύει αυτά τα σήματα μέσω της εξόδου των ηχείων. Αυτή είναι η λειτουργία «ενίσχυσης». Έτσι, για παράδειγμα, το τρανζίστορ γερμανίου gt806 προορίζεται για χρήση σε παλμικές συσκευές, μετατροπείς και σταθεροποιητές ρεύματος και τάσης.
Για αναλογικό ραδιόφωνο, η απλή ενίσχυση του σήματος θα κάνει τα ηχεία να παράγουν ήχο. Ωστόσο, για τις ψηφιακές συσκευές, η κυματομορφή εισόδου πρέπει να αλλάξει. Για μια ψηφιακή συσκευή όπως ένας υπολογιστής ή μια συσκευή αναπαραγωγής MP3, το τρανζίστορ πρέπει να αλλάξει την κατάσταση σήματος σε 0 ή 1. Αυτή είναι η "λειτουργία μεταγωγής"
Μπορείτε να βρείτε πιο πολύπλοκα εξαρτήματα που ονομάζονται τρανζίστορ. Μιλάμε για ολοκληρωμένα κυκλώματα από διήθηση υγρού πυριτίου.
Soviet Silicon Valley
Στα σοβιετικά χρόνια, στις αρχές της δεκαετίας του '60, η πόλη Zelenograd έγινε εφαλτήριο για την οργάνωση του Κέντρου Μικροηλεκτρονικής σε αυτήν. Ο Σοβιετικός μηχανικός Shchigol F. A. αναπτύσσει το τρανζίστορ 2T312 και το ανάλογο του 2T319, το οποίο αργότερα έγινεκύριο συστατικό των υβριδικών κυκλωμάτων. Ήταν αυτός ο άνθρωπος που έθεσε τα θεμέλια για την παραγωγή τρανζίστορ γερμανίου στην ΕΣΣΔ.
Το 1964, το εργοστάσιο Angstrem, με βάση το Ερευνητικό Ινστιτούτο Τεχνολογιών Ακριβείας, δημιούργησε το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα IC-Path με 20 στοιχεία σε ένα τσιπ, το οποίο εκτελεί την εργασία ενός συνδυασμού τρανζίστορ με συνδέσεις αντίστασης. Ταυτόχρονα, εμφανίστηκε μια άλλη τεχνολογία: κυκλοφόρησαν τα πρώτα επίπεδα τρανζίστορ "Plane".
Το 1966, ο πρώτος πειραματικός σταθμός για την παραγωγή επίπεδων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων άρχισε να λειτουργεί στο Ινστιτούτο Ερευνών Pulsar. Στη NIIME, η ομάδα του Δρ. Valiev άρχισε να κατασκευάζει γραμμικές αντιστάσεις με λογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα.
Το 1968, το Ερευνητικό Ινστιτούτο Pulsar παρήγαγε το πρώτο μέρος των επίπεδων τρανζίστορ υβριδικών IC λεπτής μεμβράνης KD910, KD911, KT318, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για επικοινωνία, τηλεόραση και ραδιοφωνικές εκπομπές.
Γραμμικά τρανζίστορ με ψηφιακά IC μαζικής χρήσης (τύπου 155) αναπτύχθηκαν στο Ερευνητικό Ινστιτούτο DOE. Το 1969, ο Σοβιετικός φυσικός Zh. I. Alferov ανακάλυψε στον κόσμο τη θεωρία του ελέγχου των ροών ηλεκτρονίων και φωτός σε ετεροδομές που βασίζονται στο σύστημα αρσενιδίου του γαλλίου.
Παρελθόν έναντι μέλλοντος
Τα πρώτα σειριακά τρανζίστορ βασίστηκαν στο γερμάνιο. Το γερμάνιο τύπου P και τύπου Ν συνδέθηκαν μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα τρανζίστορ διασταύρωσης.
Η αμερικανική εταιρεία Fairchild Semiconductor εφηύρε την επίπεδη διεργασία τη δεκαετία του 1960. Εδώ για την παραγωγή τρανζίστορ μεπυρίτιο και φωτολιθογραφία έχουν χρησιμοποιηθεί για βελτιωμένη αναπαραγωγιμότητα σε βιομηχανική κλίμακα. Αυτό οδήγησε στην ιδέα των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Οι σημαντικές διαφορές μεταξύ των τρανζίστορ γερμανίου και πυριτίου είναι οι εξής:
- τα τρανζίστορ πυριτίου είναι πολύ φθηνότερα;
- τρανζίστορ πυριτίου έχει οριακή τάση 0,7V ενώ το γερμάνιο έχει οριακή τάση 0,3V;
- πυρίτιο αντέχει σε θερμοκρασίες περίπου 200°C, γερμάνιο 85°C;
- το ρεύμα διαρροής πυριτίου μετράται σε nA, για το γερμάνιο σε mA;
- PIV Si είναι μεγαλύτερο από Ge;
- Το Ge μπορεί να ανιχνεύσει μικρές αλλαγές στα σήματα, επομένως είναι τα πιο "μουσικά" τρανζίστορ λόγω της υψηλής ευαισθησίας τους.
Ήχος
Για να έχετε ήχο υψηλής ποιότητας σε αναλογικό εξοπλισμό ήχου, πρέπει να αποφασίσετε. Τι να επιλέξετε: σύγχρονα ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC) ή ULF σε τρανζίστορ γερμανίου;
Στις πρώτες μέρες των τρανζίστορ, επιστήμονες και μηχανικοί μάλωναν για το υλικό που θα κρύβονταν πίσω από τις συσκευές. Μεταξύ των στοιχείων του περιοδικού πίνακα, μερικά είναι αγωγοί, άλλα είναι μονωτές. Αλλά ορισμένα στοιχεία έχουν μια ενδιαφέρουσα ιδιότητα που τους επιτρέπει να ονομάζονται ημιαγωγοί. Το πυρίτιο είναι ημιαγωγός και χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλα τα τρανζίστορ και τα ολοκληρωμένα κυκλώματα που κατασκευάζονται σήμερα.
Αλλά πριν χρησιμοποιηθεί το πυρίτιο ως κατάλληλο υλικό για την κατασκευή ενός τρανζίστορ, αντικαταστάθηκε από το γερμάνιο. Το πλεονέκτημα του πυριτίου έναντι του γερμανίου οφειλόταν κυρίως στο υψηλότερο κέρδος που μπορούσε να επιτευχθεί.
Αν και τα τρανζίστορ γερμανίου από διαφορετικούς κατασκευαστές έχουν συχνά διαφορετικά χαρακτηριστικά μεταξύ τους, ορισμένοι τύποι θεωρείται ότι παράγουν ζεστό, πλούσιο και δυναμικό ήχο. Οι ήχοι μπορεί να κυμαίνονται από τραγανούς και ανομοιόμορφους έως πνιγμένους και επίπεδους με ενδιάμεσο. Αναμφίβολα, ένα τέτοιο τρανζίστορ αξίζει περαιτέρω μελέτη ως ενισχυτική συσκευή.
Συμβουλές για δράση
Η αγορά εξαρτημάτων ραδιοφώνου είναι μια διαδικασία κατά την οποία μπορείτε να βρείτε όλα όσα χρειάζεστε για την εργασία σας. Τι λένε οι ειδικοί;
Σύμφωνα με πολλούς ραδιοερασιτέχνες και γνώστες του ήχου υψηλής ποιότητας, οι σειρές P605, KT602, KT908 αναγνωρίζονται ως τα πιο μουσικά τρανζίστορ.
Για σταθεροποιητές, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε τις σειρές AD148, AD162 της Siemens, Philips, Telefunken.
Κρίνοντας από τις κριτικές, το πιο ισχυρό από τα τρανζίστορ γερμανίου - GT806, κερδίζει σε σύγκριση με τη σειρά P605, αλλά όσον αφορά τη συχνότητα χροιάς, είναι καλύτερο να προτιμάτε το τελευταίο. Αξίζει να προσέξετε τους τύπους KT851 και KT850, καθώς και το τρανζίστορ πεδίου KP904.
Οι τύποι P210 και ASY21 δεν συνιστώνται καθώς έχουν στην πραγματικότητα κακά χαρακτηριστικά ήχου.
Κιθάρες
Αν και διαφορετικές μάρκες τρανζίστορ γερμανίου έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά, μπορούν όλα να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν έναν δυναμικό, πιο πλούσιο και πιο ευχάριστο ήχο. Μπορούν να βοηθήσουν στην αλλαγή του ήχου μιας κιθάραςσε ένα ευρύ φάσμα τόνων, συμπεριλαμβανομένων έντονων, σίγασης, σκληρών, πιο απαλών ή συνδυασμού αυτών. Σε ορισμένες συσκευές, χρησιμοποιούνται ευρέως για να δώσουν στη μουσική της κιθάρας ένα εξαιρετικό παιχνίδι, εξαιρετικά απτό και απαλό ήχο.
Ποιο είναι το σημαντικότερο μειονέκτημα των τρανζίστορ γερμανίου; Φυσικά η απρόβλεπτη συμπεριφορά τους. Σύμφωνα με τους ειδικούς, θα χρειαστεί να πραγματοποιήσετε μια μεγαλειώδη αγορά εξαρτημάτων ραδιοφώνου, δηλαδή να αγοράσετε εκατοντάδες τρανζίστορ για να βρείτε το κατάλληλο για εσάς μετά από επαναλαμβανόμενες δοκιμές. Αυτή η έλλειψη εντοπίστηκε από τον μηχανικό και μουσικό στούντιο Zachary Vex κατά την αναζήτηση μπλοκ vintage ηχητικών εφέ.
Η Vex άρχισε να δημιουργεί Fuzz μονάδες εφέ κιθάρας για να κάνει τη μουσική της κιθάρας να ακούγεται πιο καθαρά αναμιγνύοντας τις αρχικές μονάδες Fuzz σε συγκεκριμένες αναλογίες. Χρησιμοποίησε αυτά τα τρανζίστορ χωρίς να δοκιμάσει τις δυνατότητές τους για να πετύχει τον καλύτερο συνδυασμό, βασιζόμενος αποκλειστικά στην τύχη. Στο τέλος, αναγκάστηκε να εγκαταλείψει μερικά τρανζίστορ λόγω του ακατάλληλου ήχου τους και άρχισε να παράγει καλά μπλοκ Fuzz με τρανζίστορ γερμανίου στο εργοστάσιό του.
