ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมมีความสุขในช่วงทศวรรษแรกของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ก่อนที่จะถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ไมโครเวฟซิลิคอนอย่างกว้างขวาง ในบทความนี้ เราจะพูดถึงสาเหตุที่ทรานซิสเตอร์ประเภทแรกยังคงเป็นองค์ประกอบสำคัญในวงการเพลงและมีความสำคัญสูงสำหรับผู้ที่ชื่นชอบเสียงที่ดี
การเกิดของธาตุ
เจอร์เมเนียมถูกค้นพบโดย Clemens และ Winkler ในเมือง Freiberg ของเยอรมนีในปี 1886 Mendeleev ทำนายการมีอยู่ของธาตุนี้ โดยได้กำหนดน้ำหนักอะตอมล่วงหน้าเท่ากับ 71 และความหนาแน่น 5.5 g/cm3.
ในต้นฤดูใบไม้ร่วงปี 2428 คนขุดแร่ที่ทำงานอยู่ที่เหมืองเงินฮิมเมลสฟือร์สท์ใกล้กับเมืองไฟรแบร์ก บังเอิญพบแร่ประหลาด มันถูกมอบให้กับ Albin Weisbach จาก Mining Academy ที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งยืนยันว่าเป็นแร่ใหม่ ในทางกลับกัน เขาขอให้ Winkler เพื่อนร่วมงานของเขาวิเคราะห์การสกัด Winkler ค้นพบว่าขององค์ประกอบทางเคมีที่พบคือ เงิน 75% กำมะถัน 18% นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถระบุองค์ประกอบของปริมาณ 7% ที่เหลือของการค้นพบได้
ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 เขาตระหนักว่านี่เป็นธาตุโลหะชนิดใหม่ เมื่อทดสอบคุณสมบัติของมันแล้ว ก็เห็นได้ชัดว่ามันเป็นธาตุที่ขาดหายไปในตารางธาตุซึ่งอยู่ใต้ซิลิกอน แร่ธาตุที่เป็นแหล่งกำเนิดนั้นเรียกว่าอาร์ไจโรไดต์ - Ag 8 GeS 6 ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า องค์ประกอบนี้จะเป็นพื้นฐานของทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมสำหรับเสียง
เจอร์เมเนียม
ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เจอร์เมเนียมถูกแยกออกเป็นครั้งแรกและระบุโดยนักเคมีชาวเยอรมัน Clemens Winkler วัสดุนี้ตั้งชื่อตามบ้านเกิดของ Winkler ถือเป็นโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาช้านาน ข้อความนี้ได้รับการแก้ไขในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเนื่องจากเป็นตอนที่ค้นพบคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ของเจอร์เมเนียม อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเจอร์เมเนียมแพร่หลายในปีหลังสงคราม ในเวลานี้จำเป็นต้องตอบสนองความต้องการในการผลิตทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมและอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้นการผลิตเจอร์เมเนียมในสหรัฐอเมริกาจึงเพิ่มขึ้นจากไม่กี่ร้อยกิโลกรัมในปี 2489 เป็น 45 ตันในปี 2503
พงศาวดาร
ประวัติศาสตร์ของทรานซิสเตอร์เริ่มต้นขึ้นในปี 1947 โดย Bell Laboratories ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐนิวเจอร์ซีย์ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันที่เก่งกาจสามคนเข้าร่วมในกระบวนการนี้: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) และ William Shockley (1910-1989)
ทีมที่นำโดย Shockley พยายามพัฒนาเครื่องขยายเสียงรูปแบบใหม่สำหรับระบบโทรศัพท์ของสหรัฐฯ แต่สิ่งที่พวกเขาคิดค้นกลับกลายเป็นสิ่งที่น่าสนใจกว่ามาก
Bardeen และ Brattain สร้างทรานซิสเตอร์ตัวแรกเมื่อวันอังคารที่ 16 ธันวาคม พ.ศ. 2490 เรียกว่าทรานซิสเตอร์แบบสัมผัสจุด ช็อคลีย์ทำงานอย่างหนักในโปรเจ็กต์ ดังนั้นจึงไม่แปลกใจเลยที่เขารู้สึกหงุดหงิดและโกรธที่ถูกปฏิเสธ ในไม่ช้าเขาก็สร้างทฤษฎีของทรานซิสเตอร์ทางแยกเพียงลำพัง อุปกรณ์นี้เหนือกว่าทรานซิสเตอร์จุดสัมผัสหลายจุด
กำเนิดโลกใหม่
ในขณะที่ Bardeen ออกจาก Bell Labs เพื่อเป็นนักวิชาการ (เขาไปศึกษาเกี่ยวกับเจอร์เมเนียมทรานซิสเตอร์และตัวนำยิ่งยวดที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์) Brattain ทำงานอยู่พักหนึ่งก่อนที่จะย้ายไปสอน Shockley ก่อตั้งบริษัทผลิตทรานซิสเตอร์ของตัวเองและสร้างสถานที่ที่ไม่เหมือนใคร - Silicon Valley นี่คือพื้นที่ที่เจริญรุ่งเรืองในแคลิฟอร์เนียรอบๆ เมือง Palo Alto ซึ่งเป็นที่ตั้งของบริษัทอิเล็กทรอนิกส์รายใหญ่ พนักงานสองคนของเขา Robert Noyce และ Gordon Moore ก่อตั้ง Intel ซึ่งเป็นผู้ผลิตชิปรายใหญ่ที่สุดในโลก
Bardeen, Brattain และ Shockley กลับมาพบกันอีกครั้งในปี 1956 เมื่อพวกเขาได้รับรางวัลทางวิทยาศาสตร์สูงสุดของโลก นั่นคือรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นพบของพวกเขา
กฎหมายสิทธิบัตร
การออกแบบทรานซิสเตอร์แบบจุดสัมผัสดั้งเดิมได้รับการจดสิทธิบัตรในสหรัฐอเมริกาโดย John Bardeen และ W alter Brattain ในเดือนมิถุนายน 1948 (ประมาณหกเดือนหลังจากการค้นพบครั้งแรก) สิทธิบัตรที่ออกเมื่อ 3 ตุลาคม 1950ของปี. ทรานซิสเตอร์ PN แบบธรรมดามีชั้นบนสุดบางของเจอร์เมเนียมชนิด P (สีเหลือง) และชั้นล่างของเจอร์เมเนียมชนิด N (สีส้ม) ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมมีสามพิน: อีซีแอล (E, สีแดง), ตัวสะสม (C, สีน้ำเงิน) และฐาน (G, สีเขียว)
พูดง่ายๆ
หลักการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณเสียงทรานซิสเตอร์จะชัดเจนขึ้นถ้าเราวาดการเปรียบเทียบกับหลักการทำงานของก๊อกน้ำ: ตัวปล่อยคือไปป์ไลน์ และตัวสะสมคือก๊อก การเปรียบเทียบนี้ช่วยอธิบายว่าทรานซิสเตอร์ทำงานอย่างไร
ลองนึกภาพว่าทรานซิสเตอร์เป็นก๊อกน้ำ กระแสไฟฟ้าทำหน้าที่เหมือนน้ำ ทรานซิสเตอร์มีสามขั้ว: ฐาน ตัวสะสม และตัวส่ง ฐานทำงานเหมือนมือจับก๊อกน้ำ ตัวสะสมทำงานเหมือนน้ำไหลเข้าก๊อกน้ำ และตัวปล่อยจะทำงานเหมือนรูที่น้ำไหลออกมา คุณสามารถควบคุมการไหลของน้ำอันทรงพลังได้โดยหมุนที่จับก๊อกน้ำเล็กน้อย หากคุณหมุนที่จับก๊อกน้ำเล็กน้อยอัตราการไหลของน้ำจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก หากปิดด้ามก๊อกจนสุดน้ำจะไม่ไหล หากคุณหมุนปุ่มตลอดทาง น้ำจะไหลเร็วขึ้นมาก
หลักการทำงาน
ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมเป็นวงจรที่ยึดตามหน้าสัมผัสสามตัว: อีซีแอล (E) คอลเลคเตอร์ (C) และฐาน (B) ฐานควบคุมกระแสจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย กระแสที่ไหลจากตัวสะสมไปยังอิมิตเตอร์นั้นแปรผันตามกระแสฐาน กระแสอีซีแอลหรือกระแสฐานเท่ากับ hFE การตั้งค่านี้ใช้ตัวต้านทานตัวสะสม (RI) ถ้ากระแสไอซีไหลผ่านRI แรงดันจะถูกสร้างขึ้นตามตัวต้านทานนี้ ซึ่งเท่ากับผลคูณของ Ic x RI ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าข้ามทรานซิสเตอร์คือ: E2 - (RI x Ic) Ic เท่ากับ Ie โดยประมาณ ดังนั้นหาก IE=hFE x IB แล้ว Ic ก็จะเท่ากับ hFE x IB ด้วย ดังนั้นหลังจากเปลี่ยนแล้ว แรงดันไฟคร่อมทรานซิสเตอร์ (E) คือ E2 (RI x le x hFE)
ฟังก์ชั่น
เครื่องขยายสัญญาณเสียงทรานซิสเตอร์สร้างขึ้นจากการขยายเสียงและการสลับฟังก์ชัน ยกตัวอย่างวิทยุ สัญญาณที่วิทยุได้รับจากบรรยากาศนั้นอ่อนมาก วิทยุขยายสัญญาณเหล่านี้ผ่านเอาต์พุตของลำโพง นี่คือฟังก์ชัน "บูสต์" ตัวอย่างเช่น ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม gt806 มีไว้สำหรับใช้ในอุปกรณ์พัลส์ คอนเวอร์เตอร์ และความคงตัวของกระแสและแรงดันไฟฟ้า
สำหรับวิทยุอนาล็อก การขยายสัญญาณจะทำให้ลำโพงผลิตเสียงได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับอุปกรณ์ดิจิทัล จะต้องเปลี่ยนรูปคลื่นอินพุต สำหรับอุปกรณ์ดิจิตอล เช่น คอมพิวเตอร์หรือเครื่องเล่น MP3 ทรานซิสเตอร์ต้องเปลี่ยนสถานะสัญญาณเป็น 0 หรือ 1 นี่คือ "ฟังก์ชันการสลับ"
คุณสามารถหาส่วนประกอบที่ซับซ้อนกว่าที่เรียกว่าทรานซิสเตอร์ได้ เรากำลังพูดถึงวงจรรวมที่เกิดจากการแทรกซึมของซิลิคอนเหลว
โซเวียตซิลิคอนแวลลีย์
ในสมัยโซเวียต ในช่วงต้นทศวรรษ 60 เมือง Zelenograd ได้กลายเป็นกระดานกระโดดน้ำสำหรับองค์กรของ Microelectronics Center ในนั้น วิศวกรโซเวียต Shchigol F. A. พัฒนาทรานซิสเตอร์ 2T312 และอะนาล็อก 2T319 ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นองค์ประกอบหลักของวงจรไฮบริด ผู้ชายคนนี้เป็นผู้วางรากฐานสำหรับการผลิตทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมในสหภาพโซเวียต
ในปี 1964 โรงงาน Angstrem บนพื้นฐานของ Research Institute of Precision Technologies ได้สร้างวงจรรวม IC-Path ตัวแรกที่มี 20 องค์ประกอบบนชิป ซึ่งทำหน้าที่รวมทรานซิสเตอร์กับการเชื่อมต่อแบบต้านทาน. ในเวลาเดียวกัน เทคโนโลยีอื่นก็ปรากฏขึ้น: เปิดตัว "Plane" ทรานซิสเตอร์แบบแบนแรก
ในปี 1966 สถานีทดลองแห่งแรกสำหรับการผลิตวงจรรวมแบบแบนเริ่มดำเนินการที่สถาบันวิจัยพัลซาร์ ที่ NIIME กลุ่มของ Dr. Valiev เริ่มผลิตตัวต้านทานเชิงเส้นด้วยวงจรรวมลอจิก
ในปี 1968 สถาบันวิจัยพัลซาร์ได้ผลิตชิ้นส่วนแรกของ KD910, KD911, KT318 ไอซีไฮบริดทรานซิสเตอร์แบบเปิดเฟรมแบบฟิล์มบางแบบฟิล์มบาง ซึ่งออกแบบมาสำหรับการสื่อสาร โทรทัศน์ วิทยุกระจายเสียง
ทรานซิสเตอร์เชิงเส้นพร้อมไอซีดิจิตอลที่ใช้งานจำนวนมาก (ประเภท 155) ได้รับการพัฒนาที่สถาบันวิจัย DOE ในปี 1969 นักฟิสิกส์โซเวียต Zh. I. Alferov ได้ค้นพบทฤษฎีของการควบคุมอิเล็กตรอนและฟลักซ์ของแสงในโครงสร้าง heterostructures บนระบบแกลเลียม arsenide ให้โลกได้เห็น
อดีตกับอนาคต
ทรานซิสเตอร์ซีเรียลตัวแรกที่ใช้เจอร์เมเนียม เจอร์เมเนียมชนิด P และ N เชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างทรานซิสเตอร์ทางแยก
บริษัทอเมริกัน Fairchild Semiconductor ได้คิดค้นกระบวนการระนาบในปี 1960 ที่นี่สำหรับการผลิตทรานซิสเตอร์ด้วยซิลิคอนและโฟโตลิโทกราฟีถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำซ้ำในระดับอุตสาหกรรม สิ่งนี้นำไปสู่แนวคิดของวงจรรวม
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมและซิลิกอนมีดังนี้:
- ซิลิกอนทรานซิสเตอร์ถูกกว่ามาก
- ซิลิคอนทรานซิสเตอร์มีแรงดันธรณีประตู 0.7V ในขณะที่เจอร์เมเนียมมีแรงดันธรณีประตูที่ 0.3V;
- ซิลิคอนทนอุณหภูมิประมาณ 200°C, เจอร์เมเนียม 85°C;
- กระแสรั่วไหลของซิลิกอนมีหน่วยวัดเป็น nA สำหรับเจอร์เมเนียมในหน่วย mA
- PIV Si ใหญ่กว่า Ge;
- Ge สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของสัญญาณได้ ดังนั้นพวกมันจึงเป็นทรานซิสเตอร์ "ดนตรี" ที่สุดเนื่องจากมีความไวสูง
เสียง
คุณต้องตัดสินใจเพื่อให้ได้เสียงคุณภาพสูงจากอุปกรณ์เสียงอนาล็อก สิ่งที่ควรเลือก: วงจรรวมสมัยใหม่ (IC) หรือ ULF บนทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม
ในยุคแรกๆ ของทรานซิสเตอร์ นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรโต้เถียงกันเรื่องวัสดุที่จะรองรับอุปกรณ์ ในบรรดาองค์ประกอบของตารางธาตุ บางชนิดเป็นตัวนำไฟฟ้า บางชนิดเป็นฉนวน แต่องค์ประกอบบางอย่างมีคุณสมบัติที่น่าสนใจที่ช่วยให้เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ได้ ซิลิคอนเป็นสารกึ่งตัวนำและใช้ในทรานซิสเตอร์และวงจรรวมเกือบทั้งหมดที่ผลิตในปัจจุบัน
แต่ก่อนที่ซิลิคอนจะถูกนำมาใช้เป็นวัสดุที่เหมาะสมในการทำทรานซิสเตอร์ มันถูกแทนที่ด้วยเจอร์เมเนียมข้อได้เปรียบของซิลิกอนเหนือเจอร์เมเนียมส่วนใหญ่เกิดจากการได้รับที่สูงขึ้นที่สามารถทำได้
แม้ว่าทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมจากผู้ผลิตหลายรายมักจะมีลักษณะที่แตกต่างกัน แต่บางประเภทก็ถือว่าให้เสียงที่อบอุ่น สมบูรณ์ และมีพลัง เสียงอาจมีตั้งแต่กรุบกรอบและไม่สม่ำเสมอไปจนถึงอู้อี้และแบนด้วย ไม่ต้องสงสัยเลย ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวสมควรได้รับการศึกษาเพิ่มเติมในฐานะอุปกรณ์ขยายสัญญาณ
คำแนะนำในการดำเนินการ
การซื้อส่วนประกอบวิทยุเป็นกระบวนการที่คุณจะพบทุกสิ่งที่จำเป็นสำหรับการทำงานของคุณ ผู้เชี่ยวชาญพูดอะไร
ตามที่นักวิทยุสมัครเล่นและผู้ชื่นชอบเสียงคุณภาพสูงกล่าวไว้ ชุด P605, KT602, KT908 ได้รับการยอมรับว่าเป็นทรานซิสเตอร์ทางดนตรีมากที่สุด
เพื่อความคงตัว ควรใช้ AD148, AD162 series จาก Siemens, Philips, Telefunken
ตัดสินโดยบทวิจารณ์ ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมที่ทรงพลังที่สุด - GT806 นั้นชนะเมื่อเทียบกับซีรีส์ P605 แต่ในแง่ของความถี่เสียงต่ำ จะดีกว่าถ้าเลือกอันหลัง ควรให้ความสนใจกับประเภท KT851 และ KT850 เช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์ภาคสนาม KP904
P210 และ ASY21 ไม่แนะนำเนื่องจากมีลักษณะเสียงที่ไม่ดีจริงๆ
กีต้าร์
แม้ว่าทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมแต่ละยี่ห้อจะมีลักษณะที่แตกต่างกัน แต่ก็สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างเสียงไดนามิก สมบูรณ์ยิ่งขึ้น และน่าเพลิดเพลินยิ่งขึ้น สามารถช่วยเปลี่ยนเสียงกีต้าร์ได้ในโทนเสียงที่หลากหลาย รวมทั้งเข้ม อ่อน รุนแรง นุ่มนวล หรือผสมกัน ในบางอุปกรณ์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้การเล่นกีตาร์เป็นไปอย่างยอดเยี่ยม จับต้องได้ และให้เสียงที่นุ่มนวล
ข้อเสียที่สำคัญของทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมคืออะไร? แน่นอนว่าพฤติกรรมที่คาดเดาไม่ได้ของพวกเขา ตามที่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าจำเป็นต้องซื้อส่วนประกอบวิทยุอย่างยิ่งใหญ่นั่นคือซื้อทรานซิสเตอร์หลายร้อยตัวเพื่อค้นหาชิ้นส่วนที่เหมาะสมสำหรับคุณหลังจากทำการทดสอบซ้ำแล้วซ้ำอีก ข้อบกพร่องนี้ระบุโดยวิศวกรสตูดิโอและนักดนตรี Zachary Vex ขณะค้นหาบล็อกเอฟเฟกต์เสียงโบราณ
Vex เริ่มสร้างหน่วยเอฟเฟกต์กีตาร์ Fuzz เพื่อให้เสียงดนตรีของกีตาร์ชัดเจนขึ้นโดยผสมหน่วย Fuzz ดั้งเดิมในสัดส่วนที่แน่นอน เขาใช้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้โดยไม่ทดสอบศักยภาพของพวกมันเพื่อให้ได้ส่วนผสมที่ดีที่สุด โดยอาศัยโชคเพียงอย่างเดียว ในท้ายที่สุด เขาถูกบังคับให้ละทิ้งทรานซิสเตอร์บางตัวเนื่องจากเสียงที่ไม่เหมาะสมและเริ่มผลิตบล็อก Fuzz ที่ดีด้วยทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมในโรงงานของเขา
