טרנזיסטורי גרמניום נהנו מתקופת הזוהר שלהם במהלך העשור הראשון של האלקטרוניקה מוליכים למחצה לפני שהוחלפו בהרחבה במכשירי סיליקון מיקרוגל. במאמר זה, נדון מדוע הסוג הראשון של טרנזיסטורים עדיין נחשב למרכיב חשוב בתעשיית המוזיקה והוא בעל חשיבות גבוהה לאניני סאונד טוב.
הולדת היסוד
גרמניום התגלה על ידי קלמנס ווינקלר בעיר פרייברג שבגרמניה בשנת 1886. את קיומו של יסוד זה חזה מנדלייב, לאחר שקבע מראש את משקלו האטומי שווה ל-71, ואת הצפיפות של 5.5 גרם/ס מ3.
בתחילת הסתיו של 1885, כורה שעבד במכרה הכסף Himmelsfürst ליד פרייברג נתקל בעפרה יוצאת דופן. הוא ניתן לאלבין וייסבך מהאקדמיה לכרייה הסמוכה, שאישר כי מדובר במינרל חדש. הוא, בתורו, ביקש מעמיתו וינקלר לנתח את המיצוי. וינקלר גילה את זהמהיסוד הכימי שנמצא הוא 75% כסף, 18% גופרית, המדען לא הצליח לקבוע את ההרכב של 7% הנפח הנותרים של הממצא.
בפברואר 1886, הוא הבין שזהו אלמנט חדש דמוי מתכת. כאשר נבדקו תכונותיו, התברר שזהו היסוד החסר בטבלה המחזורית, שנמצא מתחת לסיליקון. המינרל שממנו מקורו ידוע בשם ארגירודיט - Ag 8 GeS 6. בעוד כמה עשורים, יסוד זה יהווה את הבסיס לטרנזיסטורי גרמניום לצליל.
Germanium
בסוף המאה ה-19, גרמניום בודד וזוהה לראשונה על ידי הכימאי הגרמני קלמנס וינקלר. החומר הזה, שנקרא על שם מולדתו של וינקלר, נחשב זה מכבר למתכת בעלת מוליכות נמוכה. הצהרה זו תוקנה במהלך מלחמת העולם השנייה, שכן אז התגלו תכונות המוליכים למחצה של גרמניום. מכשירים המורכבים מגרמניום הפכו נפוצים בשנים שלאחר המלחמה. בשלב זה, היה צורך לספק את הצורך בייצור טרנזיסטורים גרמניום והתקנים דומים. כך, ייצור הגרמניום בארצות הברית גדל מכמה מאות קילוגרמים ב-1946 ל-45 טון ב-1960.
כרוניקה
ההיסטוריה של הטרנזיסטורים מתחילה ב-1947 עם מעבדות בל, הממוקמות בניו ג'רזי. שלושה פיזיקאים אמריקאים מבריקים השתתפו בתהליך: ג'ון ברדין (1908-1991), וולטר ברטן (1902-1987) וויליאם שוקלי (1910-1989).
הצוות בראשות Shockley ניסה לפתח סוג חדש של מגבר עבורמערכת טלפון בארה ב, אבל מה שהם בעצם המציאו התברר כהרבה יותר מעניין.
ברדין וברטיין בנו את הטרנזיסטור הראשון ביום שלישי, 16 בדצמבר, 1947. זה ידוע בתור טרנזיסטור מגע נקודתי. שוקלי עבד קשה על הפרויקט, אז זה לא מפתיע שהוא היה מבולבל וכעס על שנדחה. עד מהרה הוא יצר לבדו את התיאוריה של טרנזיסטור הצומת. מכשיר זה עדיף במובנים רבים על טרנזיסטור מגע נקודתי.
הולדתו של עולם חדש
בעוד שבארדין עזב את בל לאבס כדי להפוך לאקדמאי (הוא המשיך ללמוד טרנזיסטורים גרמניום ומוליכי-על באוניברסיטת אילינוי), ברטן עבד זמן מה לפני שהמשיך להוראה. שוקלי הקים חברה משלו לייצור טרנזיסטורים ויצר מקום ייחודי - עמק הסיליקון. זהו אזור משגשג בקליפורניה סביב פאלו אלטו בו ממוקמים תאגידי אלקטרוניקה גדולים. שניים מעובדיו, רוברט נויס וגורדון מור, הקימו את אינטל, יצרנית השבבים הגדולה בעולם.
ברדין, ברטיין ושוקלי התאחדו לזמן קצר ב-1956 כשקיבלו את הפרס המדעי הגבוה בעולם, פרס נובל לפיזיקה, על גילוים.
דיני פטנטים
העיצוב המקורי של טרנזיסטור מגע נקודתי מתואר בפטנט אמריקאי שהוגש על ידי ג'ון ברדין ווולטר ברטן ביוני 1948 (כחצי שנה לאחר הגילוי המקורי). פטנט ניתן ב-3 באוקטובר 1950של השנה. לטרנזיסטור PN פשוט הייתה שכבה עליונה דקה של גרמניום מסוג P (צהוב) ושכבה תחתונה של גרמניום מסוג N (כתום). לטרנזיסטורי גרמניום היו שלושה פינים: פולט (E, אדום), אספן (C, כחול) ובסיס (G, ירוק).
במונחים פשוטים
עקרון הפעולה של מגבר קול טרנזיסטור יתבהר אם נצייר אנלוגיה לעקרון הפעולה של ברז מים: הפולט הוא צינור, והקולט הוא ברז. השוואה זו עוזרת להסביר כיצד פועל טרנזיסטור.
בוא נדמיין שהטרנזיסטור הוא ברז מים. זרם חשמלי פועל כמו מים. לטרנזיסטור שלושה מסופים: בסיס, קולט ופליט. הבסיס עובד כמו ידית לברז, הקולט פועל כמו מים שנגרמים לתוך הברז, והפולט פועל כמו חור שממנו זורמים מים. על ידי סיבוב קל של ידית הברז, אתה יכול לשלוט בזרימת המים העוצמתית. אם תסובב מעט את ידית הברז, קצב זרימת המים יגדל באופן משמעותי. אם ידית הברז סגורה לחלוטין, המים לא יזרמו. אם תסובב את הכפתור עד הסוף, המים יזרמו הרבה יותר מהר.
עקרון הפעולה
כפי שהוזכר קודם לכן, טרנזיסטורי גרמניום הם מעגלים המבוססים על שלושה מגעים: פולט (E), קולט (C) ובסיס (B). הבסיס שולט בזרם מהקולט לפולט. הזרם שזורם מהקולט לפולט הוא פרופורציונלי לזרם הבסיס. זרם הפולט, או זרם הבסיס, שווה ל-hFE. הגדרה זו משתמשת בנגד אספן (RI). אם ה-IC הנוכחי זורם דרכוRI, ייווצר מתח על פני הנגד הזה, ששווה למכפלה של Ic x RI. המשמעות היא שהמתח על פני הטרנזיסטור הוא: E2 - (RI x Ic). Ic שווה בערך ל-Ie, אז אם IE=hFE x IB, אז Ic שווה גם ל-hFE x IB. לכן, לאחר ההחלפה, המתח על פני הטרנזיסטורים (E) הוא E2 (RI x le x hFE).
פונקציות
מגבר האודיו של הטרנזיסטור בנוי על פונקציות הגברה ומיתוג. אם לוקחים רדיו כדוגמה, האותות שרדיו קולט מהאטמוספירה חלשים ביותר. הרדיו מגביר את האותות הללו דרך יציאת הרמקול. זוהי פונקציית ה"בוסט". כך, למשל, טרנזיסטור הגרמניום gt806 מיועד לשימוש בהתקני פולסים, ממירים ומייצבי זרם ומתח.
עבור רדיו אנלוגי, פשוט הגברה של האות יגרום לרמקולים להפיק קול. עם זאת, עבור התקנים דיגיטליים, יש לשנות את צורת גל הקלט. עבור מכשיר דיגיטלי כגון מחשב או נגן MP3, הטרנזיסטור חייב להעביר את מצב האות ל-0 או 1. זוהי "פונקציית המיתוג"
תוכל למצוא רכיבים מורכבים יותר הנקראים טרנזיסטורים. אנחנו מדברים על מעגלים משולבים העשויים מחדירת סיליקון נוזלי.
עמק הסיליקון הסובייטי
בימי ברית המועצות, בתחילת שנות ה-60, הפכה העיר זלנוגרד לקרש קפיצה לארגון המרכז למיקרואלקטרוניקה בה. המהנדס הסובייטי Shchigol F. A. מפתח את הטרנזיסטור 2T312 והאנלוגי שלו 2T319, שהפך מאוחר יותרהמרכיב העיקרי של מעגלים היברידיים. האיש הזה הוא שהניח את היסודות לייצור טרנזיסטורי גרמניום בברית המועצות.
בשנת 1964, מפעל Angstrem, על בסיס מכון המחקר לטכנולוגיות דיוק, יצר את המעגל המשולב הראשון IC-Path עם 20 אלמנטים על שבב, שמבצע את המשימה של שילוב של טרנזיסטורים עם חיבורים התנגדות. במקביל, הופיעה טכנולוגיה נוספת: הטרנזיסטורים השטוחים הראשונים "מטוס" הושקו.
ב-1966 החלה לפעול במכון המחקר Pulsar תחנת הניסוי הראשונה לייצור מעגלים משולבים שטוחים. ב-NIIME, הקבוצה של ד ר ואלייב החלה לייצר נגדים ליניאריים עם מעגלים משולבים לוגיים.
בשנת 1968, מכון המחקר Pulsar הפיק את החלק הראשון של KD910, KD911, KT318 ICs היברידיים של טרנזיסטורים שטוחים עם סרט דק עם מסגרת פתוחה, המיועדים לתקשורת, טלוויזיה, שידורי רדיו.
טרנזיסטורים לינאריים עם IC דיגיטלי בשימוש המוני (סוג 155) פותחו במכון המחקר DOE. בשנת 1969, הפיזיקאי הסובייטי Zh I. Alferov גילה לעולם את התיאוריה של שליטה בשטפי אלקטרונים ואור בהטרו-מבנים המבוססים על מערכת גליום ארסניד.
עבר מול עתיד
הטרנזיסטורים הטוריים הראשונים היו מבוססים על גרמניום. גרמניום מסוג P וסוג N חוברו יחד ליצירת טרנזיסטור צומת.
חברת Fairchild Semiconductor האמריקאית המציאה את התהליך המישורי בשנות ה-60. כאן לייצור טרנזיסטורים עםנעשה שימוש בסיליקון ובפוטוליתוגרפיה לשיפור יכולת השחזור בקנה מידה תעשייתי. זה הוביל לרעיון של מעגלים משולבים.
הבדלים משמעותיים בין טרנזיסטורי גרמניום לסיליקון הם כדלקמן:
- טרנזיסטורי סיליקון זולים בהרבה;
- לטרנזיסטור סיליקון יש מתח סף של 0.7V ואילו לגרמניום יש מתח סף של 0.3V;
- סיליקון עומד בטמפרטורות סביב 200°C, גרמניום 85°C;
- זרם דליפת סיליקון נמדד ב-nA, עבור גרמניום ב-mA;
- PIV Si גדול מ-Ge;
- Ge יכול לזהות שינויים קטנים באותות ולכן הם הטרנזיסטורים ה"מוסיקליים" ביותר בשל הרגישות הגבוהה שלהם.
Audio
כדי לקבל סאונד באיכות גבוהה בציוד שמע אנלוגי, עליך להחליט. מה לבחור: מעגלים משולבים מודרניים (ICs) או ULF על טרנזיסטורי גרמניום?
בימים הראשונים של הטרנזיסטורים, מדענים ומהנדסים התווכחו על החומר שיעמוד בבסיס המכשירים. בין מרכיבי הטבלה המחזורית, חלקם מוליכים, אחרים הם מבודדים. אבל לאלמנטים מסוימים יש תכונה מעניינת המאפשרת להם להיקרא מוליכים למחצה. סיליקון הוא מוליך למחצה ומשמש כמעט בכל הטרנזיסטורים והמעגלים המשולבים המיוצרים כיום.
אבל לפני שסיליקון שימש כחומר מתאים לייצור טרנזיסטור, הוא הוחלף בגרמניום.היתרון של הסיליקון על פני גרמניום נבע בעיקר מהרווח הגבוה שניתן להשיג.
למרות שלטרנזיסטורי גרמניום מיצרנים שונים יש לרוב מאפיינים שונים זה מזה, סוגים מסוימים נחשבים כמפיקים צליל חם, עשיר ודינמי. הצלילים יכולים לנוע בין פריכים ולא אחידים ועד עמומים ושטוחים עם ביניים. ללא ספק, טרנזיסטור כזה ראוי ללימוד נוסף כמכשיר הגברה.
עצה לפעולה
קניית רכיבי רדיו היא תהליך שבו אתה יכול למצוא את כל מה שאתה צריך לעבודה שלך. מה אומרים המומחים?
על פי הרבה חובבי רדיו ואניני טעם של צליל באיכות גבוהה, סדרות P605, KT602, KT908 מוכרות כטרנזיסטורים המוזיקליים ביותר.
למייצבים, עדיף להשתמש בסדרת AD148, AD162 מבית סימנס, פיליפס, טלפונקן.
אם לשפוט לפי הביקורות, החזק ביותר מבין טרנזיסטורי הגרמניום - GT806, הוא מנצח בהשוואה לסדרת P605, אבל מבחינת תדר הגוון, עדיף לתת עדיפות את האחרון. כדאי לשים לב לסוג KT851 ו-KT850, וכן לטרנזיסטור אפקט שדה KP904.
סוגי P210 ו-ASY21 אינם מומלצים מכיוון שלמעשה יש להם מאפייני סאונד גרועים.
גיטרות
למרות שלמותגים שונים של טרנזיסטורים גרמניום יש מאפיינים שונים, ניתן להשתמש בכולם ליצירת צליל דינמי, עשיר ומהנה יותר. הם יכולים לעזור לשנות את הצליל של גיטרהבמגוון רחב של גוונים, כולל אינטנסיבי, מושתק, חריף, חלק יותר או שילוב של אלה. במכשירים מסוימים, הם נמצאים בשימוש נרחב כדי להעניק למוזיקת גיטרה נגינה נהדרת, צליל מוחשי ורך במיוחד.
מהו החיסרון העיקרי של טרנזיסטורי גרמניום? כמובן, ההתנהגות הבלתי צפויה שלהם. לטענת מומחים, יהיה צורך לבצע רכישה גרנדיוזית של רכיבי רדיו, כלומר לרכוש מאות טרנזיסטורים על מנת למצוא את המתאים עבורכם לאחר בדיקות חוזרות ונשנות. חיסרון זה זוהה על ידי מהנדס האולפן והמוזיקאי Zachary Vex בזמן חיפוש אחר בלוקים של אפקט קול וינטג'.
Vex החלה ליצור יחידות אפקטים לגיטרה של Fuzz כדי לגרום למוזיקה לגיטרה להישמע ברורה יותר על ידי ערבוב יחידות Fuzz המקוריות בפרופורציות מסוימות. הוא השתמש בטרנזיסטורים האלה מבלי לבדוק את הפוטנציאל שלהם להשיג את השילוב הטוב ביותר, תוך הסתמכות על המזל בלבד. בסופו של דבר, הוא נאלץ לנטוש כמה טרנזיסטורים בגלל הסאונד הלא מתאים שלהם והחל לייצר בלוקים טובים של Fuzz עם טרנזיסטורי גרמניום במפעל שלו.
