Germanium-Transistoren erlebten ihre Blütezeit im ersten Jahrzehnt der Halbleiterelektronik, bevor sie weitgehend durch Mikrowellen-Siliziumgeräte ersetzt wurden. In diesem Artikel werden wir diskutieren, warum die erste Art von Transistoren immer noch als wichtiges Element in der Musikindustrie gilt und für Kenner guten Klangs von hoher Bedeutung ist.
Die Geburt des Elements
Germanium wurde 1886 von Clemens und Winkler in der deutschen Stadt Freiberg entdeckt. Die Existenz dieses Elements wurde von Mendeleev vorhergesagt, nachdem er sein Atomgewicht auf 71 und die Dichte auf 5,5 g/cm3. gesetzt hatte.
Im Frühherbst 1885 stieß ein Bergmann im Silberbergwerk Himmelsfürst bei Freiberg auf ein ungewöhnliches Erz. Es wurde Albin Weisbach von der nahe gelegenen Bergbauakademie übergeben, der bestätigte, dass es sich um ein neues Mineral handelte. Dieser wiederum bat seinen Kollegen Winkler, die Extraktion zu analysieren. Winkler hat das herausgefundendes gefundenen chemischen Elements besteht zu 75 % aus Silber und zu 18 % aus Schwefel, der Wissenschaftler konnte die Zusammensetzung der restlichen 7 % des Fundvolumens nicht bestimmen.
Im Februar 1886 erkannte er, dass dies ein neues metallähnliches Element war. Als seine Eigenschaften getestet wurden, stellte sich heraus, dass es das fehlende Element im Periodensystem war, das sich unterhalb von Silizium befindet. Das Mineral, aus dem es stammt, ist als Argyrodit bekannt - Ag 8 GeS 6. In einigen Jahrzehnten wird dieses Element die Grundlage von Germanium-Transistoren für den Klang bilden.
Germanium
Ende des 19. Jahrhunderts wurde Germanium erstmals von dem deutschen Chemiker Clemens Winkler isoliert und identifiziert. Das nach Winklers Heimat benannte Material g alt lange Zeit als Metall mit geringer Leitfähigkeit. Diese Aussage wurde während des Zweiten Weltkriegs revidiert, da damals die Halbleitereigenschaften von Germanium entdeckt wurden. Geräte aus Germanium verbreiteten sich in den Nachkriegsjahren. Zu dieser Zeit war es notwendig, den Bedarf an der Produktion von Germaniumtransistoren und ähnlichen Geräten zu decken. So wuchs die Produktion von Germanium in den Vereinigten Staaten von einigen hundert Kilogramm im Jahr 1946 auf 45 Tonnen im Jahr 1960.
Chronik
Die Geschichte der Transistoren beginnt 1947 mit den Bell Laboratories in New Jersey. Drei brillante amerikanische Physiker waren an dem Prozess beteiligt: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) und William Shockley (1910-1989).
Das Team um Shockley versuchte, einen neuen Verstärkertyp für zu entwickelnUS-Telefonsystem, aber was sie tatsächlich erfunden haben, stellte sich als viel interessanter heraus.
Bardeen und Brattain bauten am Dienstag, den 16. Dezember 1947 den ersten Transistor. Er ist als Punktkontakttransistor bekannt. Shockley hat hart an dem Projekt gearbeitet, daher ist es keine Überraschung, dass er nervös und wütend war, als er abgelehnt wurde. Bald bildete er im Alleingang die Theorie des Sperrschichttransistors. Dieses Gerät ist dem Punktkontakttransistor in vielerlei Hinsicht überlegen.
Die Geburt einer neuen Welt
Während Bardeen die Bell Labs verließ, um Akademiker zu werden (er studierte Germaniumtransistoren und Supraleiter an der University of Illinois), arbeitete Brattain eine Weile, bevor er zum Unterrichten überging. Shockley gründete seine eigene Firma zur Herstellung von Transistoren und schuf einen einzigartigen Ort – das Silicon Valley. Dies ist eine florierende Gegend in Kalifornien um Palo Alto, in der sich große Elektronikkonzerne befinden. Zwei seiner Mitarbeiter, Robert Noyce und Gordon Moore, gründeten Intel, den weltgrößten Chiphersteller.
Bardeen, Brattain und Shockley kamen 1956 für kurze Zeit wieder zusammen, als sie für ihre Entdeckung die höchste wissenschaftliche Auszeichnung der Welt, den Nobelpreis für Physik, erhielten.
Patentrecht
Das ursprüngliche Design des Punktkontakttransistors ist in einem US-Patent beschrieben, das von John Bardeen und W alter Brattain im Juni 1948 (etwa sechs Monate nach der ursprünglichen Entdeckung) eingereicht wurde. Patent erteilt am 3. Oktober 1950des Jahres. Ein einfacher PN-Transistor hatte eine dünne obere Schicht aus Germanium vom P-Typ (gelb) und eine untere Schicht aus Germanium vom N-Typ (orange). Germanium-Transistoren hatten drei Pins: Emitter (E, rot), Kollektor (C, blau) und Basis (G, grün).
In einfachen Worten
Das Funktionsprinzip eines Transistor-Tonverstärkers wird klarer, wenn wir eine Analogie zum Funktionsprinzip eines Wasserhahns ziehen: Der Emitter ist eine Rohrleitung und der Kollektor ist ein Wasserhahn. Dieser Vergleich hilft zu erklären, wie ein Transistor funktioniert.
Stellen wir uns vor, dass der Transistor ein Wasserhahn ist. Elektrischer Strom wirkt wie Wasser. Der Transistor hat drei Anschlüsse: Basis, Kollektor und Emitter. Die Basis funktioniert wie ein Wasserhahngriff, der Kollektor funktioniert wie Wasser, das in den Wasserhahn läuft, und der Emitter funktioniert wie ein Loch, aus dem Wasser herausfließt. Durch leichtes Drehen des Wasserhahngriffs können Sie den kraftvollen Wasserfluss steuern. Wenn Sie den Wasserhahngriff leicht drehen, erhöht sich die Wasserdurchflussmenge erheblich. Wenn der Griff des Wasserhahns vollständig geschlossen ist, fließt kein Wasser. Wenn Sie den Knopf ganz drehen, fließt das Wasser viel schneller.
Funktionsprinzip
Wie bereits erwähnt, sind Germaniumtransistoren Sch altungen, die auf drei Kontakten basieren: Emitter (E), Kollektor (C) und Basis (B). Die Basis steuert den Strom vom Kollektor zum Emitter. Der Strom, der vom Kollektor zum Emitter fließt, ist proportional zum Basisstrom. Der Emitterstrom oder Basisstrom ist gleich hFE. Dieser Aufbau verwendet einen Kollektorwiderstand (RI). Wenn der Strom Ic durchfließtRI, über diesem Widerstand wird eine Spannung erzeugt, die gleich dem Produkt aus Ic x RI ist. Das bedeutet, dass die Spannung über dem Transistor: E2 - (RI x Ic) ist. Ic ist ungefähr gleich Ie, wenn also IE=hFE x IB ist, dann ist Ic auch gleich hFE x IB. Daher ist nach dem Austausch die Spannung an den Transistoren (E) gleich E2 (RI x le x hFE).
Funktionen
Der Transistor-Audioverstärker ist auf Verstärkungs- und Sch altfunktionen aufgebaut. Am Beispiel des Radios sind die Signale, die ein Radio aus der Atmosphäre empfängt, extrem schwach. Das Radio verstärkt diese Signale über den Lautsprecherausgang. Dies ist die "Boost"-Funktion. So ist beispielsweise der Germanium-Transistor gt806 für den Einsatz in Impulsgeräten, Konvertern und Strom- und Spannungsstabilisatoren vorgesehen.
Bei analogem Radio genügt es, das Signal zu verstärken, damit die Lautsprecher Ton erzeugen. Bei digitalen Geräten muss jedoch die Eingangswellenform geändert werden. Bei einem digitalen Gerät wie einem Computer oder MP3-Player muss der Transistor den Signalzustand auf 0 oder 1 sch alten. Das ist die „Sch altfunktion“
Du kannst komplexere Komponenten finden, die Transistoren genannt werden. Wir sprechen über integrierte Sch altkreise, die durch Infiltration von flüssigem Silizium hergestellt werden.
Sowjetisches Silicon Valley
In der Sowjetzeit, Anfang der 60er Jahre, wurde die Stadt Zelenograd zum Sprungbrett für die Organisation des Mikroelektronikzentrums. Der sowjetische Ingenieur Shchigol F. A. entwickelt den Transistor 2T312 und sein Analogon 2T319, das später wurdeHauptbestandteil von Hybridsch altungen. Dieser Mann legte den Grundstein für die Produktion von Germanium-Transistoren in der UdSSR.
Im Jahr 1964 schuf das Werk Angstrem auf der Grundlage des Forschungsinstituts für Präzisionstechnologien die erste integrierte IC-Path-Sch altung mit 20 Elementen auf einem Chip, die die Aufgabe einer Kombination von Transistoren mit Widerstandsverbindungen erfüllt. Gleichzeitig erschien eine andere Technologie: Die ersten flachen Transistoren "Plane" wurden auf den Markt gebracht.
Im Jahr 1966 wurde am Pulsar Research Institute die erste Versuchsstation zur Herstellung flacher integrierter Sch altkreise in Betrieb genommen. Bei NIIME begann die Gruppe von Dr. Valiev mit der Herstellung linearer Widerstände mit integrierten Logiksch altkreisen.
Im Jahr 1968 produzierte das Pulsar Research Institute den ersten Teil der Dünnschicht-Open-Frame-Flachtransistor-Hybrid-ICs KD910, KD911, KT318, die für Kommunikation, Fernsehen und Rundfunk entwickelt wurden.
Lineare Transistoren mit massentauglichen digitalen ICs (Typ 155) wurden am DOE Research Institute entwickelt. 1969 entdeckte der sowjetische Physiker Zh. I. Alferov der Welt die Theorie zur Steuerung von Elektronen- und Lichtflüssen in Heterostrukturen auf der Grundlage des Galliumarsenidsystems.
Vergangenheit versus Zukunft
Die ersten seriellen Transistoren basierten auf Germanium. P-Typ- und N-Typ-Germanium wurden miteinander verbunden, um einen Sperrschichttransistor zu bilden.
Die amerikanische Firma Fairchild Semiconductor hat in den 1960er Jahren das Planarverfahren erfunden. Hier zur Herstellung von Transistoren mitSilizium und Photolithographie wurden für eine verbesserte Reproduzierbarkeit im industriellen Maßstab verwendet. Daraus entstand die Idee der integrierten Sch altungen.
Signifikante Unterschiede zwischen Germanium- und Siliziumtransistoren sind wie folgt:
- Siliziumtransistoren sind viel billiger;
- Siliziumtransistor hat eine Schwellenspannung von 0,7 V, während Germanium eine Schwellenspannung von 0,3 V hat;
- Silizium verträgt Temperaturen um 200°C, Germanium 85°C;
- Silizium-Leckstrom wird in nA gemessen, für Germanium in mA;
- PIV Si ist größer als Ge;
- Ge kann kleine Änderungen in Signalen erkennen, daher sind sie aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit die "musikalischsten" Transistoren.
Audio
Um qualitativ hochwertigen Sound auf analogen Audiogeräten zu erh alten, müssen Sie sich entscheiden. Was zu wählen: moderne integrierte Sch altungen (ICs) oder ULF auf Germanium-Transistoren?
In den frühen Tagen der Transistoren stritten sich Wissenschaftler und Ingenieure über das Material, das den Geräten zugrunde liegen würde. Unter den Elementen des Periodensystems sind einige Leiter, andere Isolatoren. Einige Elemente haben jedoch eine interessante Eigenschaft, die es ihnen ermöglicht, Halbleiter genannt zu werden. Silizium ist ein Halbleiter und wird in fast allen heute hergestellten Transistoren und integrierten Sch altkreisen verwendet.
Aber bevor Silizium als geeignetes Material zur Herstellung eines Transistors verwendet wurde, wurde es durch Germanium ersetzt. Der Vorteil von Silizium gegenüber Germanium lag hauptsächlich an der höheren erreichbaren Verstärkung.
Obwohl Germanium-Transistoren verschiedener Hersteller oft unterschiedliche Eigenschaften haben, gelten einige Typen als warm, satt und dynamisch. Die Geräusche können von knusprig und ungleichmäßig bis hin zu gedämpft und flach mit dazwischen liegen. Zweifellos verdient ein solcher Transistor als Verstärkungsgerät weitere Untersuchungen.
Handlungshinweise
Der Kauf von Funkkomponenten ist ein Vorgang, bei dem Sie alles finden, was Sie für Ihre Arbeit benötigen. Was sagen die Experten?
Laut vielen Funkamateuren und Kennern des hochwertigen Klangs gelten die Serien P605, KT602, KT908 als die musikalischsten Transistoren.
Als Stabilisatoren sollte man besser auf die AD148, AD162 Serie von Siemens, Philips, Telefunken zurückgreifen.
Nach den Bewertungen zu urteilen, gewinnt der stärkste der Germaniumtransistoren - GT806 - im Vergleich zur P605-Serie, aber in Bezug auf die Klangfrequenz ist es besser, letzteren den Vorzug zu geben. Es lohnt sich, auf die Typen KT851 und KT850 sowie den Feldeffekttransistor KP904 zu achten.
P210- und ASY21-Typen werden nicht empfohlen, da sie tatsächlich schlechte Klangeigenschaften haben.
Gitarren
Obwohl verschiedene Marken von Germanium-Transistoren unterschiedliche Eigenschaften haben, können sie alle verwendet werden, um einen dynamischen, satteren und angenehmeren Klang zu erzeugen. Sie können helfen, den Klang einer Gitarre zu verändernin einer breiten Palette von Tönen, einschließlich intensiv, gedämpft, rau, weicher oder einer Kombination davon. In einigen Geräten werden sie häufig verwendet, um Gitarrenmusik einen großartigen, extrem greifbaren und weichen Klang zu verleihen.
Was ist der größte Nachteil von Germanium-Transistoren? Natürlich ihr unberechenbares Verh alten. Experten zufolge wird es notwendig sein, einen grandiosen Kauf von Funkkomponenten durchzuführen, dh Hunderte von Transistoren zu kaufen, um nach wiederholtem Testen den richtigen für Sie zu finden. Dieser Mangel wurde vom Studioingenieur und Musiker Zachary Vex bei der Suche nach alten Soundeffektblöcken identifiziert.
Vex begann mit der Entwicklung von Fuzz-Gitarreneffekteinheiten, um Gitarrenmusik klarer klingen zu lassen, indem die ursprünglichen Fuzz-Einheiten in bestimmten Anteilen gemischt wurden. Er verwendete diese Transistoren, ohne ihr Potenzial zu testen, um die beste Kombination zu erh alten, und verließ sich ausschließlich auf Glück. Am Ende musste er einige Transistoren wegen ihres ungeeigneten Klangs aufgeben und begann in seiner Fabrik gute Fuzz-Blöcke mit Germanium-Transistoren zu produzieren.
