Германий транзисторлары микротолқынды кремний құрылғыларымен кеңінен алмастырылғанға дейін жартылай өткізгіш электрониканың бірінші онжылдығында өзінің гүлденген кезінен ләззат алды. Бұл мақалада біз транзисторлардың бірінші түрі неге әлі күнге дейін музыка индустриясының маңызды элементі болып саналатынын және жақсы дыбысты білушілер үшін маңызды екенін талқылаймыз.
Элементтің пайда болуы
Германийді 1886 жылы Германияның Фрайберг қаласында Клеменс пен Винклер ашқан. Бұл элементтің болуын Менделеев алдын ала оның атомдық салмағын 71-ге, ал тығыздығын 5,5 г/см3 деп болжаған..
1885 жылы күздің басында Фрайберг маңындағы Химмельсфюрст күміс кенішінде жұмыс істейтін кенші әдеттен тыс кенге тап болды. Оны жақын маңдағы Тау-кен академиясынан Альбин Вайсбахқа берді, ол оның жаңа минерал екенін растады. Ол өз кезегінде әріптесі Винклерден экстракцияны талдауды сұрады. Мұны Винклер аштытабылған химиялық элементтің 75% күміс, 18% күкірт, ғалым табылған заттардың қалған 7% көлемінің құрамын анықтай алмады.
1886 жылдың ақпанында ол бұл металға ұқсас жаңа элемент екенін түсінді. Оның қасиеттерін тексерген кезде оның кремнийден төмен орналасқан периодтық жүйеде жетіспейтін элемент екені белгілі болды. Ол пайда болған минерал аргиродит ретінде белгілі - Ag 8 GeS 6. Бірнеше онжылдықтарда бұл элемент дыбыс үшін германий транзисторларының негізін құрайды.
Германия
19 ғасырдың аяғында германийді алғаш рет неміс химигі Клеменс Винклер бөліп алып, анықтады. Винклердің туған жерінің атымен аталған бұл материал ежелден бері өткізгіштігі төмен металл болып саналды. Бұл мәлімдеме Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде қайта қаралды, өйткені германийдің жартылай өткізгіштік қасиеттері сол кезде ашылды. Соғыстан кейінгі жылдары германийден тұратын құрылғылар кең тарады. Осы уақытта германий транзисторлары мен ұқсас құрылғыларды өндіру қажеттілігін қанағаттандыру қажет болды. Осылайша, Америка Құрама Штаттарында германий өндірісі 1946 жылғы бірнеше жүз килограммнан 1960 жылға қарай 45 тоннаға дейін өсті.
Хроника
Транзисторлардың тарихы 1947 жылы Нью-Джерсиде орналасқан Bell Laboratories-тен басталады. Бұл процеске үш тамаша американдық физик қатысты: Джон Бардин (1908-1991), Уолтер Бреттейн (1902-1987) және Уильям Шокли (1910-1989).
Шокли бастаған топ күшейткіштің жаңа түрін жасауға тырыстыАҚШ телефон жүйесі, бірақ олар ойлап тапқан нәрсе әлдеқайда қызықты болды.
Бардин мен Браттейн бірінші транзисторды сейсенбі, 16 желтоқсан, 1947 жылы құрастырды. Ол нүктелік контактілі транзистор ретінде белгілі. Шокли жобада көп жұмыс істеді, сондықтан оның қабылданбағанына ашуланып, ашуланғаны таңқаларлық емес. Көп ұзамай ол жалғыз өзі қосылыс транзисторының теориясын қалыптастырды. Бұл құрылғы нүктелік контактілі транзистордан көп жағынан жоғары.
Жаңа әлемнің туылуы
Бардин Bell Labs-тен академик болу үшін кеткенде (ол Иллинойс университетінде германий транзисторлары мен асқын өткізгіштерін оқуды жалғастырды), Браттайн сабақ беруді жалғастырмас бұрын біраз уақыт жұмыс істеді. Шокли өзінің транзисторлар шығаратын компаниясын ашты және бірегей орынды - Силикон алқабын құрды. Бұл Калифорниядағы Пало-Альто төңірегінде ірі электроника корпорациялары орналасқан гүлденген аймақ. Оның екі қызметкері Роберт Нойс пен Гордон Мур әлемдегі ең ірі чип өндіруші Intel компаниясының негізін қалады.
Бардин, Бреттейн және Шокли 1956 жылы ашқан жаңалықтары үшін әлемнің ең жоғары ғылыми сыйлығы - физика бойынша Нобель сыйлығын алған кезде қысқаша қайта қосылды.
Патенттік заң
Түпнұсқалық контактілі транзистордың дизайны 1948 жылы маусымда Джон Бардин мен Уолтер Браттейн берген АҚШ патентінде (бастапқы ашылғаннан кейін шамамен алты айдан кейін) көрсетілген. Патент 1950 жылы 3 қазанда берілгенжылдың. Қарапайым PN транзисторында P-типті германийдің (сары) жұқа жоғарғы қабаты және N-типті германийдің (қызғылт сары) төменгі қабаты болды. Германий транзисторларының үш түйреуіштері болды: эмитент (E, қызыл), коллектор (C, көк) және негіз (G, жасыл).
Қарапайым тілмен айтқанда
Транзисторлық дыбыс күшейткішінің жұмыс істеу принципі су шүмегінің жұмыс істеу принципіне ұқсастық келтіретін болсақ, айқынырақ болады: эмитент - құбыр, ал коллектор - кран. Бұл салыстыру транзистордың қалай жұмыс істейтінін түсіндіруге көмектеседі.
Транзисторды су шүмегі деп елестетейік. Электр тогы су сияқты әрекет етеді. Транзистордың үш терминалы бар: базалық, коллекторлық және эмитент. Негіз кранның тұтқасы сияқты жұмыс істейді, коллектор кранға ағып жатқан су сияқты жұмыс істейді, ал эмитент су ағатын тесік сияқты жұмыс істейді. Кранның тұтқасын сәл бұру арқылы сіз судың күшті ағынын басқара аласыз. Егер сіз кранның тұтқасын сәл бұрсаңыз, онда судың ағыны айтарлықтай артады. Кранның тұтқасы толығымен жабылған болса, су ағып кетпейді. Тұтқаны соңына дейін бұрсаңыз, су әлдеқайда жылдам ағып кетеді.
Жұмыс принципі
Бұрын айтылғандай, германий транзисторлары үш контактіге негізделген тізбектер: эмитент (E), коллектор (C) және негіз (B). База коллектордан эмитентке дейінгі токты басқарады. Коллектордан эмитентке өтетін ток базалық токқа пропорционал. Эмитент тогы немесе базалық ток hFE-ге тең. Бұл орнату коллекторлық резисторды (RI) пайдаланады. Егер ток Ic арқылы өтетін болсаRI, бұл резисторда кернеу пайда болады, ол Ic x RI көбейтіндісіне тең. Бұл транзистордағы кернеудің: E2 - (RI x Ic) екенін білдіреді. Ic шамамен Ie тең, сондықтан IE=hFE x IB болса, онда Ic де hFE x IB тең болады. Сондықтан ауыстырудан кейін транзисторлардағы кернеу (E) E2 (RI x le x hFE) болады.
Функциялар
Транзисторлық дыбыс күшейткіші күшейту және ауыстыру функцияларына негізделген. Радионы мысалға алсақ, радионың атмосферадан алатын сигналдары өте әлсіз. Радио бұл сигналдарды динамик шығысы арқылы күшейтеді. Бұл «көтеру» функциясы. Мысалы, германий транзисторы gt806 импульстік құрылғыларда, түрлендіргіштерде және ток пен кернеу тұрақтандырғыштарында пайдалануға арналған.
Аналогтық радио үшін сигналды жай ғана күшейту динамиктер дыбыс шығарады. Дегенмен, сандық құрылғылар үшін кіріс толқын пішінін өзгерту керек. Компьютер немесе MP3 ойнатқышы сияқты сандық құрылғы үшін транзистор сигнал күйін 0 немесе 1 күйіне ауыстыруы керек. Бұл "қосу функциясы"
Сіз транзисторлар деп аталатын күрделірек құрамдастарды таба аласыз. Біз сұйық кремний инфильтрациясынан жасалған интегралды схемалар туралы айтып отырмыз.
Кеңестік Силикон алқабы
Кеңес дәуірінде, 60-жылдардың басында Зеленоград қаласы ондағы Микроэлектроника орталығын ұйымдастырудың трамплиніне айналды. Кеңес инженері Щигол Ф. А. 2T312 транзисторын және оның аналогы 2T319 әзірлейді, кейінірек ол болды.гибридті тізбектердің негізгі құрамдас бөлігі. КСРО-да германий транзисторларын шығарудың негізін қалаған осы адам болды.
1964 жылы Angstrem зауыты дәлме-дәл технологиялар ғылыми-зерттеу институтының негізінде резистивті қосылыстары бар транзисторлардың комбинациясы тапсырмасын орындайтын чипте 20 элементі бар бірінші IC-Path интегралды схемасын жасады.. Сонымен бірге тағы бір технология пайда болды: «Ұшақ» алғашқы жалпақ транзисторлары іске қосылды.
1966 жылы Пульсар ғылыми-зерттеу институтында жазық интегралдық схемаларды шығаратын алғашқы тәжірибелік станция жұмыс істей бастады. NIIME-де доктор Валиев тобы логикалық интегралдық схемалары бар сызықтық резисторларды шығаруды бастады.
1968 жылы Пульсар ғылыми-зерттеу институты байланыс, теледидар, радиохабар таратуға арналған KD910, KD911, KT318 жұқа пленкалы ашық рамкалы жалпақ транзисторлы гибридті ИК-тердің бірінші бөлігін шығарды.
Жаппай қолданылатын цифрлық IC (155 түрі) бар сызықтық транзисторлар DOE ғылыми-зерттеу институтында жасалған. 1969 жылы совет физигі Ж. И. Альферов галлий арсенидтер жүйесіне негізделген гетероқұрылымдардағы электронды және жарық ағындарын басқару теориясын әлемге ашты.
Өткен және болашақ
Алғашқы сериялық транзисторлар германий негізінде жасалған. P-типті және N-типті германий қосылыс транзисторын құру үшін біріктірілді.
Американдық Fairchild Semiconductor компаниясы 1960 жылдары жазық процесті ойлап тапты. Мұнда транзисторларды өндіру үшінкремний және фотолитография өнеркәсіптік масштабтағы қайталану мүмкіндігін жақсарту үшін пайдаланылды. Бұл интегралдық схемалар идеясына әкелді.
Германий және кремний транзисторлары арасындағы елеулі айырмашылықтар келесідей:
- кремний транзисторлары әлдеқайда арзан;
- кремний транзисторының шекті кернеуі 0,7В, ал германийдің шекті кернеуі 0,3В;
- кремний шамамен 200°C, германий 85°C температураға төзеді;
- кремнийдің ағу тогы nA-мен, германий үшін мА-мен өлшенеді;
- PIV Si Ge-ден үлкен;
- Ge сигналдардағы шағын өзгерістерді анықтай алады, сондықтан олар жоғары сезімталдыққа байланысты ең «музыкалық» транзисторлар болып табылады.
Аудио
Аналогтық аудио жабдығында жоғары сапалы дыбыс алу үшін шешім қабылдау керек. Не таңдау керек: заманауи интегралды схемалар (IC) немесе германий транзисторларындағы ULF?
Транзисторлардың алғашқы күндерінде ғалымдар мен инженерлер құрылғылардың негізінде жатқан материал туралы дауласып жатты. Периодтық жүйенің элементтерінің ішінде кейбіреулері өткізгіштер, басқалары оқшаулағыштар болып табылады. Бірақ кейбір элементтерде жартылай өткізгіштер деп атауға мүмкіндік беретін қызықты қасиет бар. Кремний жартылай өткізгіш болып табылады және қазіргі уақытта шығарылатын барлық дерлік транзисторлар мен интегралдық схемаларда қолданылады.
Бірақ кремний транзистор жасау үшін қолайлы материал ретінде пайдаланылмай тұрып, оны германий алмастырды. Кремнийдің германийден артықшылығы, негізінен, қол жеткізуге болатын жоғары табысқа байланысты болды.
Әртүрлі өндірушілердің германий транзисторлары жиі бір-бірінен әртүрлі сипаттамаларға ие болғанымен, кейбір түрлері жылы, бай және динамикалық дыбыс шығарады деп саналады. Дыбыстар қытырлақ және біркелкі еместен күңгірт және жалпаққа дейін болуы мүмкін. Сөзсіз, мұндай транзистор күшейткіш құрылғы ретінде қосымша зерттеуге лайық.
Әрекетке қатысты кеңес
Радио құрамдастарын сатып алу - бұл жұмысыңызға қажеттінің бәрін таба алатын процесс. Сарапшылар не дейді?
Көптеген радио әуесқойлары мен жоғары сапалы дыбысты білушілердің пікірінше, P605, KT602, KT908 сериялары ең музыкалық транзисторлар ретінде танылған.
Тұрақтандырғыштар үшін Siemens, Philips, Telefunken AD148, AD162 серияларын қолданған дұрыс.
Пікірлерге қарағанда, германий транзисторларының ең қуаттысы - GT806, ол P605 сериясымен салыстырғанда жеңеді, бірақ тембр жиілігі бойынша соңғысына артықшылық берген дұрыс. KT851 және KT850 түріне, сондай-ақ KP904 өрістік транзисторына назар аударған жөн.
P210 және ASY21 түрлері ұсынылмайды, өйткені олардың дыбыс сипаттамалары нашар.
Гитаралар
Германий транзисторларының әртүрлі брендтері әртүрлі сипаттамаларға ие болғанымен, олардың барлығын динамикалық, бай және жағымды дыбыс жасау үшін пайдалануға болады. Олар гитара дыбысын өзгертуге көмектеседіқарқынды, дыбыссыз, қатал, тегіс немесе осылардың тіркесімін қоса, кең ауқымда. Кейбір құрылғыларда олар гитара музыкасына керемет ойнау, өте сезілетін және жұмсақ дыбыс беру үшін кеңінен қолданылады.
Германий транзисторларының негізгі кемшілігі неде? Әрине, олардың күтпеген мінез-құлқы. Сарапшылардың пікірінше, бірнеше рет сынақтан өткеннен кейін сізге сәйкес келетінін табу үшін радио компоненттерін үлкен сатып алу, яғни жүздеген транзисторларды сатып алу қажет болады. Бұл кемшілікті студия инженері және музыкант Захари Векс көне дыбыс әсерлері блоктарын іздеу кезінде анықтады.
Vex белгілі бір пропорцияларда түпнұсқа Fuzz бірліктерін араластыру арқылы гитара музыкасының дыбысын анық ету үшін Fuzz гитара эффекті бірліктерін жасай бастады. Ол бұл транзисторларды тек сәттілікке сүйене отырып, ең жақсы комбинацияны алу үшін олардың әлеуетін сынамай пайдаланды. Соңында ол кейбір транзисторлардың дыбысы жарамсыз болғандықтан бас тартуға мәжбүр болды және өз зауытында германий транзисторлары бар жақсы Fuzz блоктарын шығара бастады.
