Germanijumski tranzistori su uživali u svom vrhuncu tokom prve decenije poluprovodničke elektronike pre nego što su ih zamenili mikrotalasni silicijumski uređaji. U ovom članku ćemo raspravljati o tome zašto se prvi tip tranzistora još uvijek smatra važnim elementom u muzičkoj industriji i od velikog je značaja za poznavaoce dobrog zvuka.
Rođenje elementa
Germanijum su otkrili Clemens i Winkler u njemačkom gradu Frajbergu 1886. godine. Postojanje ovog elementa je predvideo Mendeljejev, unapred odredivši njegovu atomsku težinu na 71, i gustinu 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 sa obližnje Rudarske akademije, koji je potvrdio da je riječ o novom mineralu. On je zauzvrat zamolio svog kolegu Winklera da analizira ekstrakciju. Winkler je to otkriood pronađenog hemijskog elementa je 75% srebra, 18% sumpora, naučnik nije mogao odrediti sastav preostalih 7% zapremine nalaza.
Do februara 1886. shvatio je da je ovo novi element sličan metalu. Kada su testirane njegove osobine, postalo je jasno da je to element koji nedostaje u periodnom sistemu, koji se nalazi ispod silicijuma. Mineral iz kojeg je nastao je poznat kao argirodit - Ag 8 GeS 6. Za nekoliko decenija, ovaj element će činiti osnovu germanijumskih tranzistora za zvuk.
Njemačka
Krajem 19. veka germanijum je prvi izolovao i identifikovao nemački hemičar Klemens Vinkler. Ovaj materijal, nazvan po Winklerovoj domovini, dugo se smatrao metalom niske provodljivosti. Ova izjava je revidirana tokom Drugog svetskog rata, jer su tada otkrivena poluprovodnička svojstva germanijuma. Uređaji koji se sastoje od germanijuma postali su široko rasprostranjeni u poslijeratnim godinama. U to vrijeme bilo je potrebno zadovoljiti potrebe za proizvodnjom germanijumskih tranzistora i sličnih uređaja. Tako je proizvodnja germanijuma u Sjedinjenim Državama porasla sa nekoliko stotina kilograma 1946. na 45 tona do 1960. godine.
Hronika
Historija tranzistora počinje 1947. godine sa Bell Laboratories, smještenim u New Jerseyu. U procesu su učestvovala 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 sistem, ali ono što su zapravo izmislili pokazalo se mnogo zanimljivijim.
Bardeen i Brattain su napravili prvi tranzistor u utorak, 16. decembra 1947. godine. Poznat je kao tranzistor točkastog kontakta. Šokli je naporno radio na projektu, pa ne čudi što je bio uznemiren i ljut što je odbijen. Ubrzo je sam formirao teoriju spojnog tranzistora. Ovaj uređaj je superiorniji u mnogim aspektima od tranzistora sa tačkastim kontaktom.
Rođenje novog svijeta
Dok je Bardeen napustio Bell Labs da bi postao akademik (nastavio je da studira germanijumske tranzistore i supravodnike na Univerzitetu u Ilinoisu), Brattain je radio neko vreme pre nego što je prešao na podučavanje. Shockley je pokrenuo vlastitu kompaniju za proizvodnju tranzistora i stvorio jedinstveno mjesto - Silicijumsku dolinu. Ovo je napredno područje u Kaliforniji oko Palo Alta gdje su smještene velike elektronske korporacije. Dvojica njegovih zaposlenika, Robert Noyce i Gordon Moore, osnovali su Intel, najvećeg svjetskog proizvođača čipova.
Bardeen, Brattain i Shockley nakratko su se ponovo ujedinili 1956. godine kada su za svoje otkriće dobili najvišu svjetsku naučnu nagradu, Nobelovu nagradu za fiziku.
Zakon o patentima
Originalni dizajn tranzistora sa tačkastim kontaktom opisan je u američkom patentu koji su prijavili John Bardeen i W alter Brattain u junu 1948. (oko šest mjeseci nakon originalnog otkrića). Patent izdat 3. oktobra 1950. godinegodine. Jednostavan PN tranzistor imao je tanak gornji sloj od germanijuma P-tipa (žuti) i donji sloj od germanijuma N-tipa (narandžasti). Germanijumski tranzistori su imali tri pina: emiter (E, crveni), kolektor (C, plavi) i bazu (G, zeleni).
Jednostavno
Princip rada tranzistorskog pojačivača zvuka postat će jasniji ako povučemo analogiju sa principom rada slavine: emiter je cjevovod, a kolektor je slavina. Ovo poređenje pomaže da se objasni kako tranzistor radi.
Zamislimo da je tranzistor slavina za vodu. Električna struja se ponaša kao voda. 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 kontrolisati snažan protok vode. Ako lagano okrenete ručicu slavine, tada će se protok vode značajno povećati. Ako je ručka slavine potpuno zatvorena, voda neće teći. Ako okrenete dugme do kraja, voda će teći mnogo brže.
Princip rada
Kao što je ranije pomenuto, germanijumski tranzistori su kola koja se zasnivaju na tri kontakta: emiter (E), kolektor (C) i baza (B). Baza kontroliše 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 stvoriti napon, koji je jednak proizvodu 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, onda 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 je izgrađeno na funkcijama pojačanja i prebacivanja. Uzimajući radio kao primjer, signali koje radio prima iz atmosfere su izuzetno slabi. Radio pojačava ove signale preko izlaza zvučnika. Ovo je funkcija "pojačanja". Tako je, na primjer, germanij tranzistor gt806 namijenjen za upotrebu u impulsnim uređajima, pretvaračima i stabilizatorima struje i napona.
Za analogni radio, jednostavno pojačanje signala će učiniti da zvučnici proizvode zvuk. Međutim, za digitalne uređaje, ulazni talasni oblik se mora promijeniti. Za digitalni uređaj kao što je kompjuter ili MP3 plejer, tranzistor mora prebaciti stanje signala na 0 ili 1. Ovo je "funkcija prebacivanja"
Možete pronaći složenije komponente zvane tranzistori. Govorimo o integrisanim kolima napravljenim od infiltracije tečnog silikona.
Sovjetska Silicijumska dolina
U sovjetsko vreme, početkom 60-ih, grad Zelenograd je postao 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 kola. Upravo je ovaj čovjek postavio temelje za proizvodnju germanijumskih tranzistora u SSSR-u.
1964. godine, postrojenje Angstrem, na bazi Istraživačkog instituta za precizne tehnologije, stvorilo je prvo IC-Path integrisano kolo sa 20 elemenata na čipu, koje obavlja zadatak kombinacije tranzistora sa otpornim vezama. U isto vrijeme pojavila se još jedna tehnologija: lansirani su prvi ravni tranzistori "Avion".
1966. godine, prva eksperimentalna stanica za proizvodnju ravnih integrisanih kola počela je sa radom u Pulsar istraživačkom institutu. U NIIME, grupa dr. Valieva počela je proizvodnju linearnih otpornika sa logičkim integrisanim kolima.
Godine 1968, Pulsar Research Institute proizveo je prvi dio KD910, KD911, KT318 tankoslojnih hibridnih IC-ova ravnog tranzistora otvorenog okvira, koji su dizajnirani za komunikaciju, televiziju, radio emitiranje.
Linearni tranzistori sa 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 zasnovanu na sistemu galij-arsenida.
Prošlost protiv budućnosti
Prvi serijski tranzistori bili su bazirani na germanijumu. P-tip i N-tip germanijuma su povezani zajedno da formiraju spojni tranzistor.
Američka kompanija Fairchild Semiconductor izumila je planarni proces 1960-ih. Ovdje za proizvodnju tranzistora sasilicijum i fotolitografija su korišteni za poboljšanu ponovljivost u industrijskim razmjerima. To je dovelo do ideje o integrisanim kolima.
Značajne razlike između germanijumskih i silicijumskih tranzistora su sledeće:
- silicijumski tranzistori su mnogo jeftiniji;
- silicijumski tranzistor ima granični napon od 0,7V dok germanijum ima granični napon od 0,3V;
- silicijum podnosi temperature oko 200°C, germanijum 85°C;
- struja curenja silikona se mjeri u nA, za germanij u mA;
- PIV Si je veći od Ge;
- Ge može detektovati male promjene u signalima pa su oni naj"muzikalniji" tranzistori zbog svoje visoke osjetljivosti.
Audio
Da biste dobili zvuk visokog kvaliteta na analognoj audio opremi, morate odlučiti. Šta izabrati: moderna integrisana kola (IC) ili ULF na germanijumskim tranzistorima?
U ranim danima tranzistora, naučnici i inženjeri su se raspravljali oko materijala koji bi bio u osnovi uređaja. Među elementima periodnog sistema, neki su provodnici, drugi su izolatori. Ali neki elementi imaju zanimljivu osobinu koja im omogućava da se nazivaju poluvodičima. Silicijum je poluprovodnik i koristi se u skoro svim tranzistorima i integrisanim kolima koje se danas proizvode.
Ali pre nego što je silicijum korišćen kao odgovarajući materijal za izradu tranzistora, zamenjen je germanijumom. Prednost silicijuma nad germanijumom uglavnom je bila posledica većeg dobitka koji se mogao postići.
Iako germanijumski tranzistori različitih proizvođača često imaju različite karakteristike jedni od drugih, smatra se da neki tipovi proizvode topao, bogat i dinamičan zvuk. Zvukovi mogu varirati od hrskavih i neujednačenih do prigušenih i ravnih s između. Bez sumnje, takav tranzistor zaslužuje dalje proučavanje kao uređaj za pojačanje.
Savjet za akciju
Kupovina radio komponenti je proces u kojem možete pronaći sve što vam je potrebno za vaš rad. Šta kažu stručnjaci?
Prema mnogim radio-amaterima i poznavaocima visokokvalitetnog zvuka, serije P605, KT602, KT908 su prepoznate kao najmuzikalniji tranzistori.
Za stabilizatore je bolje koristiti serije AD148, AD162 od Siemens, Philips, Telefunken.
Sudeći po recenzijama, najmoćniji od germanijumskih tranzistora - GT806, pobjeđuje u odnosu na P605 seriju, ali u pogledu frekvencije tembra, bolje je dati prednost potonjem. Vrijedi 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 germanijumskih 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 uređajima se široko koriste da gitarskoj muzici daju odlično sviranje, izuzetno opipljiv i mekan zvuk.
Koji je glavni nedostatak germanijumskih tranzistora? Naravno, njihovo nepredvidivo ponašanje. Prema riječima stručnjaka, bit će potrebno izvršiti grandioznu kupovinu radio komponenti, odnosno kupiti stotine tranzistora kako biste nakon ponovljenih testiranja pronašli pravi za vas. Ovaj nedostatak je identifikovao studijski inženjer i muzičar Zachary Vex dok je tražio vintage blokove zvučnih efekata.
Vex je počeo kreirati jedinice za efekte Fuzz gitare kako bi gitarska muzika zvučala jasnije miješanjem originalnih Fuzz jedinica u određenim proporcijama. Koristio je ove tranzistore ne testirajući njihov potencijal da dobije najbolju kombinaciju, oslanjajući se isključivo na sreću. Na kraju je bio primoran da napusti neke tranzistore zbog njihovog neodgovarajućeg zvuka i počeo je proizvoditi dobre Fuzz blokove sa germanijumskim tranzistorima u svojoj fabrici.
