Els transistors de germani van gaudir del seu apogeu durant la primera dècada d'electrònica de semiconductors abans de ser substituïts àmpliament per dispositius de silici de microones. En aquest article, analitzarem per què el primer tipus de transistors encara es considera un element important a la indústria musical i és de gran importància per als coneixedors del bon so.
El naixement de l'element
El germani va ser descobert per Clemens i Winkler a la ciutat alemanya de Freiberg el 1886. L'existència d'aquest element va ser predita per Mendeleiev, havent fixat per endavant el seu pes atòmic igual a 71, i la densitat de 5,5 g/cm3.
A principis de tardor de 1885, un miner que treballava a la mina de plata de Himmelsfürst, prop de Freiberg, es va trobar amb un mineral inusual. Va ser donat a Albin Weisbach de la propera Acadèmia de Mines, que va confirmar que era un mineral nou. Ell, al seu torn, va demanar al seu company Winkler que analitzés l'extracció. Winkler ho va descobrirde l'element químic trobat és un 75% de plata, un 18% de sofre, el científic no va poder determinar la composició del 7% restant del volum de la troballa.
El febrer de 1886, es va adonar que es tractava d'un nou element semblant al metall. Quan es van provar les seves propietats, va quedar clar que era l'element que f altava a la taula periòdica, que es troba sota el silici. El mineral del qual es va originar es coneix com a argirodita - Ag 8 GeS 6. D'aquí a unes dècades, aquest element formarà la base dels transistors de germani per al so.
Germani
A finals del segle XIX, el germani va ser aïllat i identificat per primera vegada pel químic alemany Clemens Winkler. Aquest material, que porta el nom de la terra natal de Winkler, s'ha considerat durant molt de temps un metall de baixa conductivitat. Aquesta afirmació va ser revisada durant la Segona Guerra Mundial, ja que va ser llavors quan es van descobrir les propietats semiconductors del germani. Els aparells consistents en germani es van estendre en els anys de la postguerra. En aquest moment, era necessari satisfer la necessitat de la producció de transistors de germani i dispositius similars. Així, la producció de germani als Estats Units va créixer d'uns pocs centenars de quilograms el 1946 a 45 tones el 1960.
Crònica
La història dels transistors comença l'any 1947 amb els Bell Laboratories, situats a Nova Jersey. Tres brillants físics nord-americans van participar en el procés: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) i William Shockley (1910-1989).
L'equip dirigit per Shockley va intentar desenvolupar un nou tipus d'amplificador per asistema telefònic dels EUA, però el que van inventar va resultar molt més interessant.
Bardeen i Brattain van construir el primer transistor el dimarts 16 de desembre de 1947. Es coneix com el transistor de contacte puntual. Shockley va treballar dur en el projecte, així que no és d'estranyar que estigués inquiet i enfadat per ser rebutjat. Aviat va formar sol la teoria del transistor d'unió. Aquest dispositiu és superior en molts aspectes al transistor de contacte puntual.
El naixement d'un nou món
Mentre Bardeen va deixar els Bell Labs per convertir-se en un acadèmic (va estudiar transistors i superconductors de germani a la Universitat d'Illinois), Brattain va treballar durant un temps abans de passar a l'ensenyament. Shockley va iniciar la seva pròpia empresa de fabricació de transistors i va crear un lloc únic: Silicon Valley. Aquesta és una zona pròspera a Califòrnia al voltant de Palo Alto on es troben les principals corporacions d'electrònica. Dos dels seus empleats, Robert Noyce i Gordon Moore, van fundar Intel, el fabricant de xips més gran del món.
Bardeen, Brattain i Shockley es van reunir breument el 1956 quan van rebre el premi científic més alt del món, el Premi Nobel de Física, pel seu descobriment.
Llei de patents
El disseny original del transistor de contacte puntual es descriu en una patent dels EUA presentada per John Bardeen i W alter Brattain el juny de 1948 (uns sis mesos després del descobriment original). Patent expedida el 3 d'octubre de 1950de l'any. Un transistor PN senzill tenia una capa superior prima de germani de tipus P (groc) i una capa inferior de germani de tipus N (taronja). Els transistors de germani tenien tres pins: emissor (E, vermell), col·lector (C, blau) i base (G, verd).
En termes senzills
El principi de funcionament d'un amplificador de so de transistor es farà més clar si fem una analogia amb el principi de funcionament d'una aixeta d'aigua: l'emissor és una canonada i el col·lector és una aixeta. Aquesta comparació ajuda a explicar com funciona un transistor.
Imaginem que el transistor és una aixeta d'aigua. El corrent elèctric actua com l'aigua. El transistor té tres terminals: base, col·lector i emissor. La base funciona com un mànec d'aixeta, el col·lector funciona com l'aigua que corre a l'aixeta i l'emissor funciona com un forat del qual surt l'aigua. Girant lleugerament el mànec de l'aixeta, podeu controlar el potent flux d'aigua. Si gireu lleugerament el mànec de l'aixeta, el cabal d'aigua augmentarà significativament. Si el mànec de l'aixeta està completament tancat, l'aigua no fluirà. Si gireu el botó fins al final, l'aigua fluirà molt més ràpid.
Principi de funcionament
Com s'ha esmentat anteriorment, els transistors de germani són circuits que es basen en tres contactes: emissor (E), col·lector (C) i base (B). La base controla el corrent del col·lector a l'emissor. El corrent que flueix del col·lector a l'emissor és proporcional al corrent de base. El corrent de l'emissor, o corrent base, és igual a hFE. Aquesta configuració utilitza una resistència de col·lector (RI). Si travessa el corrent IcRI, es generarà una tensió a través d'aquesta resistència, que és igual al producte de Ic x RI. Això vol dir que la tensió a través del transistor és: E2 - (RI x Ic). Ic és aproximadament igual a Ie, de manera que si IE=hFE x IB, llavors Ic també és igual a hFE x IB. Per tant, després de la substitució, la tensió als transistors (E) és E2 (RI x le x hFE).
Funcions
L'amplificador d'àudio transistor està construït amb funcions d'amplificació i commutació. Prenent com a exemple la ràdio, els senyals que rep una ràdio de l'atmosfera són extremadament febles. La ràdio amplifica aquests senyals a través de la sortida dels altaveus. Aquesta és la funció "boost". Així, per exemple, el transistor de germani gt806 està pensat per utilitzar-se en dispositius d'impulsos, convertidors i estabilitzadors de corrent i tensió.
Per a la ràdio analògica, simplement amplificant el senyal farà que els altaveus produeixin so. Tanmateix, per als dispositius digitals, la forma d'ona d'entrada s'ha de canviar. Per a un dispositiu digital com un ordinador o un reproductor de MP3, el transistor ha de canviar l'estat del senyal a 0 o 1. Aquesta és la "funció de commutació"
Podeu trobar components més complexos anomenats transistors. Estem parlant de circuits integrats fets amb infiltració de silici líquid.
Soviet Silicon Valley
A l'època soviètica, a principis dels anys 60, la ciutat de Zelenograd es va convertir en un trampolí per a l'organització del Centre de Microelectrònica. L'enginyer soviètic Shchigol F. A. desenvolupa el transistor 2T312 i el seu analògic 2T319, que més tard esdevinguécomponent principal dels circuits híbrids. Va ser aquest home qui va establir les bases per a la producció de transistors de germani a l'URSS.
L'any 1964, la planta d'Angstrem, sobre la base de l'Institut de Recerca de Tecnologies de Precisió, va crear el primer circuit integrat IC-Path amb 20 elements en un xip, que realitza la tasca d'una combinació de transistors amb connexions resistives.. Al mateix temps, va aparèixer una altra tecnologia: es van llançar els primers transistors plans "Plane".
L'any 1966 va començar a funcionar la primera estació experimental per a la producció de circuits integrats plans a l'Institut de Recerca Pulsar. A NIIME, el grup del Dr. Valiev va començar a fabricar resistències lineals amb circuits integrats lògics.
L'any 1968, el Pulsar Research Institute va produir la primera part dels circuits integrats híbrids de transistor pla obert de pel·lícula fina KD910, KD911, KT318, dissenyats per a la comunicació, la televisió i la radiodifusió.
Els transistors lineals amb circuits integrats digitals d'ús massiu (tipus 155) es van desenvolupar al DOE Research Institute. El 1969, el físic soviètic Zh. I. Alferov va descobrir al món la teoria del control dels fluxos d'electrons i llum en heteroestructures basades en el sistema d'arsenur de gal·li.
Pasat versus futur
Els primers transistors en sèrie es basaven en germani. El germani de tipus P i de tipus N es van connectar per formar un transistor d'unió.
La companyia nord-americana Fairchild Semiconductor va inventar el procés planar als anys 60. Aquí per a la producció de transistors ambEl silici i la fotolitografia s'han utilitzat per millorar la reproductibilitat a escala industrial. Això va donar lloc a la idea dels circuits integrats.
Les diferències significatives entre els transistors de germani i de silici són les següents:
- transistors de silici són molt més barats;
- El transistor de silici té una tensió de llindar de 0,7V mentre que el germani té una tensió de llindar de 0,3V;
- silici suporta temperatures d'uns 200 °C, germani 85 °C;
- El corrent de fuga de silici es mesura en nA, per al germani en mA;
- PIV Si és més gran que Ge;
- Ge pot detectar petits canvis en els senyals, per tant, són els transistors més "musicals" a causa de la seva alta sensibilitat.
Àudio
Per obtenir un so d' alta qualitat en equips d'àudio analògic, has de decidir. Què triar: circuits integrats (CI) moderns o ULF en transistors de germani?
Als primers dies dels transistors, científics i enginyers van discutir sobre el material que seria la base dels dispositius. Entre els elements de la taula periòdica, alguns són conductors, altres són aïllants. Però alguns elements tenen una propietat interessant que els permet anomenar-los semiconductors. El silici és un semiconductor i s'utilitza en gairebé tots els transistors i circuits integrats que es fabriquen avui.
Però abans que el silici fos utilitzat com a material adequat per fer un transistor, es va substituir pel germani. L'avantatge del silici sobre el germani es va deure principalment al guany més gran que es podia aconseguir.
Tot i que els transistors de germani de diferents fabricants solen tenir característiques diferents entre si, es considera que alguns tipus produeixen un so càlid, ric i dinàmic. Els sons poden variar des de cruixents i desiguals fins a apagats i plans amb el medi. Sens dubte, aquest transistor mereix un estudi addicional com a dispositiu amplificador.
Consell d'acció
Comprar components de ràdio és un procés en el qual pots trobar tot el que necessites per al teu treball. Què diuen els experts?
Segons molts radioaficionats i coneixedors del so d' alta qualitat, les sèries P605, KT602 i KT908 són reconegudes com els transistors més musicals.
Per als estabilitzadors, és millor utilitzar les sèries AD148, AD162 de Siemens, Philips, Telefunken.
A jutjar per les ressenyes, el més potent dels transistors de germani - GT806, guanya en comparació amb la sèrie P605, però pel que fa a la freqüència del timbre, és millor donar preferència a aquest últim. Val la pena parar atenció als tipus KT851 i KT850, així com al transistor d'efecte de camp KP904.
No es recomanen els tipus P210 i ASY21, ja que en realitat tenen característiques de so pobres.
Guitarres
Tot i que diferents marques de transistors de germani tenen característiques diferents, tots es poden utilitzar per crear un so dinàmic, més ric i més agradable. Poden ajudar a canviar el so d'una guitarraen una àmplia gamma de tons, inclosos intensos, apagats, aspres, més suaus o una combinació d'aquests. En alguns dispositius, s'utilitzen àmpliament per donar a la música de guitarra un to fantàstic, un so extremadament tangible i suau.
Quin és el principal desavantatge dels transistors de germani? Per descomptat, el seu comportament impredictible. Segons els experts, caldrà dur a terme una compra grandiosa de components de ràdio, és a dir, comprar centenars de transistors per trobar l'adequat per a vostè després de proves repetides. L'enginyer i músic d'estudi Zachary Vex va identificar aquesta deficiència mentre cercava blocs d'efectes de so vintage.
Vex va començar a crear unitats d'efectes de guitarra Fuzz per fer que la música de guitarra soni més clara barrejant les unitats Fuzz originals en determinades proporcions. Va utilitzar aquests transistors sense provar el seu potencial per obtenir la millor combinació, confiant únicament en la sort. Al final, es va veure obligat a abandonar alguns transistors a causa del seu so inadequat i va començar a produir bons blocs Fuzz amb transistors de germani a la seva fàbrica.
