Germanium-transistorer njöt av sin storhetstid under det första decenniet av halvledarelektronik innan de ersattes i stor utsträckning av mikrovågskiselenheter. I den här artikeln kommer vi att diskutera varför den första typen av transistorer fortfarande anses vara ett viktigt inslag i musikbranschen och är av stor betydelse för finsmakare av bra ljud.
elementets födelse
Germanium upptäcktes av Clemens och Winkler i den tyska staden Freiberg 1886. Förekomsten av detta grundämne förutspåddes av Mendeleev, efter att ha ställt in dess atomvikt i förväg lika med 71, och densiteten på 5,5 g/cm3.
I början av hösten 1885 snubblade en gruvarbetare som arbetade vid Himmelsfürsts silvergruva nära Freiberg över en ovanlig malm. Det gavs till Albin Weisbach från den närliggande gruvakademin, som bekräftade att det var ett nytt mineral. Han bad i sin tur sin kollega Winkler att analysera utvinningen. Winkler upptäckte detav det hittade kemiska elementet är 75 % silver, 18 % svavel, vetenskapsmannen kunde inte fastställa sammansättningen av de återstående 7 % volymen av fyndet.
I februari 1886 insåg han att detta var ett nytt metallliknande element. När dess egenskaper testades stod det klart att det var det saknade grundämnet i det periodiska systemet, som ligger under kisel. Mineralet som det härstammar från är känt som argyrodite - Ag 8 GeS 6. Om några decennier kommer detta element att utgöra basen för germaniumtransistorer för ljud.
Germanium
I slutet av 1800-talet isolerades och identifierades germanium först av den tyske kemisten Clemens Winkler. Detta material, uppkallat efter Winklers hemland, har länge ansetts vara en metall med låg ledningsförmåga. Detta uttalande reviderades under andra världskriget, eftersom det var då som halvledaregenskaperna hos germanium upptäcktes. Apparater bestående av germanium blev utbredda under efterkrigsåren. Vid denna tidpunkt var det nödvändigt att tillfredsställa behovet av produktion av germaniumtransistorer och liknande enheter. Sålunda växte produktionen av germanium i USA från några hundra kilo 1946 till 45 ton 1960.
Chronicle
Transistorernas historia börjar 1947 med Bell Laboratories, beläget i New Jersey. Tre briljanta amerikanska fysiker deltog i processen: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) och William Shockley (1910-1989).
Teamet ledd av Shockley försökte utveckla en ny typ av förstärkare förUSA:s telefonsystem, men det de faktiskt uppfann visade sig vara mycket mer intressant.
Bardeen och Brattain byggde den första transistorn tisdagen den 16 december 1947. Den är känd som punktkontakttransistorn. Shockley arbetade hårt med projektet, så det är ingen överraskning att han var upprörd och arg över att bli avvisad. Snart formade han på egen hand teorin om kopplingstransistorn. Den här enheten är överlägsen punktkontakttransistorn i många avseenden.
Födelsen av en ny värld
Medan Bardeen lämnade Bell Labs för att bli akademiker (han fortsatte med att studera germaniumtransistorer och supraledare vid University of Illinois), arbetade Brattain ett tag innan han gick vidare till undervisningen. Shockley startade sitt eget transistortillverkningsföretag och skapade en unik plats - Silicon Valley. Detta är ett blomstrande område i Kalifornien runt Palo Alto där stora elektronikföretag finns. Två av hans anställda, Robert Noyce och Gordon Moore, grundade Intel, världens största chiptillverkare.
Bardeen, Brattain och Shockley återförenades kort 1956 när de fick världens högsta vetenskapliga pris, Nobelpriset i fysik, för sin upptäckt.
Patentlag
Den ursprungliga punktkontakttransistordesignen beskrivs i ett amerikanskt patent som lämnats in av John Bardeen och W alter Brattain i juni 1948 (cirka sex månader efter den ursprungliga upptäckten). Patent utfärdat 3 oktober 1950årets. En enkel PN-transistor hade ett tunt toppskikt av P-typ germanium (gul) och ett bottenskikt av N-typ germanium (orange). Germaniumtransistorer hade tre stift: emitter (E, röd), kollektor (C, blå) och bas (G, grön).
I enkla ordalag
Principen för driften av en transistorljudförstärkare kommer att bli tydligare om vi drar en analogi med principen för driften av en vattenkran: emittern är en rörledning och kollektorn är en kran. Den här jämförelsen hjälper till att förklara hur en transistor fungerar.
Låt oss föreställa oss att transistorn är en vattenkran. Elektrisk ström fungerar som vatten. Transistorn har tre terminaler: bas, kollektor och emitter. Basen fungerar som ett kranhandtag, uppsamlaren fungerar som att vatten rinner in i kranen, och emittern fungerar som ett hål från vilket vatten rinner ut. Genom att vrida lätt på kranens handtag kan du kontrollera det kraftfulla vattenflödet. Om du vrider på kranens handtag något, kommer vattenflödet att öka avsevärt. Om kranens handtag är helt stängt kommer inte vatten att rinna. Vrider du vredet hela vägen kommer vattnet att rinna mycket snabbare.
Driftsprincip
Som nämnts tidigare är germaniumtransistorer kretsar som är baserade på tre kontakter: emitter (E), kollektor (C) och bas (B). Basen styr strömmen från kollektorn till emittern. Strömmen som flyter från kollektorn till emittern är proportionell mot basströmmen. Emitterströmmen, eller basströmmen, är lika med hFE. Denna inställning använder ett kollektormotstånd (RI). Om strömmen Ic rinner igenomRI, kommer en spänning att genereras över detta motstånd, som är lika med produkten av Ic x RI. Detta betyder att spänningen över transistorn är: E2 - (RI x Ic). Ic är ungefär lika med Ie, så om IE=hFE x IB, så är Ic också lika med hFE x IB. Därför, efter bytet, är spänningen över transistorerna (E) E2 (RI x le x hFE).
Funktioner
Transistorljudförstärkaren är byggd på förstärknings- och omkopplingsfunktioner. Med radio som exempel är signalerna som en radio tar emot från atmosfären extremt svaga. Radion förstärker dessa signaler genom högtalarutgången. Detta är "boost"-funktionen. Så till exempel är germaniumtransistorn gt806 avsedd för användning i pulsenheter, omvandlare och ström- och spänningsstabilisatorer.
För analog radio, bara förstärkning av signalen gör att högtalarna producerar ljud. För digitala enheter måste dock ingångsvågformen ändras. För en digital enhet som en dator eller MP3-spelare måste transistorn växla sign altillståndet till 0 eller 1. Detta är "växlingsfunktionen"
Du kan hitta mer komplexa komponenter som kallas transistorer. Vi talar om integrerade kretsar gjorda av infiltration av flytande kisel.
Sovjet Silicon Valley
I sovjettiden, i början av 60-talet, blev staden Zelenograd en språngbräda för organisationen av Microelectronics Center i den. Den sovjetiske ingenjören Shchigol F. A. utvecklar transistorn 2T312 och dess analoga 2T319, som senare blevhuvudkomponenten i hybridkretsar. Det var denna man som lade grunden för tillverkningen av germaniumtransistorer i Sovjetunionen.
1964 skapade Angstrem-anläggningen, på basis av Research Institute of Precision Technologies, den första integrerade IC-Path-kretsen med 20 element på ett chip, som utför uppgiften att kombinera transistorer med resistiva anslutningar. Samtidigt dök en annan teknik upp: de första platta transistorerna "Plane" lanserades.
År 1966 började den första experimentstationen för produktion av platta integrerade kretsar att fungera vid Pulsar Research Institute. På NIIME började Dr. Valievs grupp tillverka linjära motstånd med logiska integrerade kretsar.
År 1968 producerade Pulsar Research Institute den första delen av KD910, KD911, KT318 tunnfilms-hybrid-transistorer med öppen ram, som är designade för kommunikation, tv, radiosändningar.
Linjära transistorer med digitala IC:er för massanvändning (typ 155) utvecklades vid DOE Research Institute. År 1969 upptäckte den sovjetiske fysikern Zh. I. Alferov teorin för världen om att kontrollera elektron- och ljusflöden i heterostrukturer baserade på galliumarsenidsystemet.
Forntid kontra framtid
De första seriella transistorerna var baserade på germanium. P-typ och N-typ germanium kopplades samman för att bilda en kopplingstransistor.
Det amerikanska företaget Fairchild Semiconductor uppfann den plana processen på 1960-talet. Här för tillverkning av transistorer medkisel och fotolitografi har använts för förbättrad reproducerbarhet i industriell skala. Detta ledde till idén om integrerade kretsar.
Betydande skillnader mellan germanium- och kiseltransistorer är följande:
- kiseltransistorer är mycket billigare;
- kiseltransistor har en tröskelspänning på 0,7V medan germanium har en tröskelspänning på 0,3V;
- silikon tål temperaturer runt 200°C, germanium 85°C;
- kiselläckström mäts i nA, för germanium i mA;
- PIV Si är större än Ge;
- Ge kan upptäcka små förändringar i signaler och därför är de de mest "musikaliska" transistorerna på grund av deras höga känslighet.
Audio
För att få högkvalitativt ljud på analog ljudutrustning måste du bestämma dig. Vad ska man välja: moderna integrerade kretsar (IC) eller ULF på germaniumtransistorer?
I transistorernas tidiga dagar bråkade forskare och ingenjörer om materialet som skulle ligga till grund för enheterna. Bland elementen i det periodiska systemet är några ledare, andra är isolatorer. Men vissa element har en intressant egenskap som gör att de kan kallas halvledare. Kisel är en halvledare och används i nästan alla transistorer och integrerade kretsar som tillverkas idag.
Men innan kisel användes som ett lämpligt material för att tillverka en transistor ersattes det med germanium. Fördelen med kisel framför germanium berodde främst på den högre vinsten som kunde uppnås.
Även om germaniumtransistorer från olika tillverkare ofta har olika egenskaper från varandra, anses vissa typer ge ett varmt, fylligt och dynamiskt ljud. Ljuden kan variera från krispigt och ojämnt till dämpat och platt med däremellan. Utan tvekan förtjänar en sådan transistor ytterligare studier som en förstärkningsanordning.
Råd till handling
Att köpa radiokomponenter är en process där du kan hitta allt du behöver för ditt arbete. Vad säger experterna?
Enligt många radioamatörer och kännare av högkvalitativt ljud är P605, KT602, KT908-serien erkänd som de mest musikaliska transistorerna.
För stabilisatorer är det bättre att använda AD148, AD162-serien från Siemens, Philips, Telefunken.
Att döma av recensionerna, den mest kraftfulla av germaniumtransistorerna - GT806, vinner den jämfört med P605-serien, men när det gäller klangfrekvens är det bättre att föredra den senare. Det är värt att uppmärksamma typen KT851 och KT850, samt fälteffekttransistorn KP904.
P210 och ASY21-typerna rekommenderas inte eftersom de faktiskt har dåliga ljudegenskaper.
gitarrer
Även om olika märken av germaniumtransistorer har olika egenskaper kan de alla användas för att skapa ett dynamiskt, fylligare och roligare ljud. De kan hjälpa till att ändra ljudet på en gitarri ett brett spektrum av toner, inklusive intensiv, dämpad, hård, mjukare eller en kombination av dessa. I vissa enheter används de ofta för att ge gitarrmusik ett fantastiskt spel, extremt påtagligt och mjukt ljud.
Vilken är den största nackdelen med germaniumtransistorer? Naturligtvis deras oförutsägbara beteende. Enligt experter kommer det att vara nödvändigt att genomföra ett storslaget köp av radiokomponenter, det vill säga att köpa hundratals transistorer för att hitta rätt för dig efter upprepade tester. Denna brist identifierades av studioingenjören och musikern Zachary Vex när han sökte efter vintage ljudeffektblock.
Vex började skapa Fuzz gitarreffektenheter för att få gitarrmusik att låta tydligare genom att mixa de ursprungliga Fuzz-enheterna i vissa proportioner. Han använde dessa transistorer utan att testa deras potential för att få den bästa kombinationen, och förlitade sig enbart på tur. Till slut tvingades han överge några transistorer på grund av deras olämpliga ljud och började producera bra Fuzz-block med germaniumtransistorer i sin fabrik.
