I transistor al germanio hanno goduto del loro periodo di massimo splendore durante il primo decennio dell'elettronica a semiconduttore prima di essere ampiamente sostituiti da dispositivi a microonde in silicio. In questo articolo, discuteremo del motivo per cui il primo tipo di transistor è ancora considerato un elemento importante nell'industria musicale ed è di grande importanza per gli intenditori del buon suono.
La nascita dell'elemento
Il germanio fu scoperto da Clemens e Winkler nella città tedesca di Freiberg nel 1886. L'esistenza di questo elemento fu predetta da Mendeleev, avendo fissato in anticipo il suo peso atomico pari a 71, e la densità di 5,5 g/cm3.
All'inizio dell'autunno del 1885, un minatore che lavorava nella miniera d'argento di Himmelsfürst vicino a Freiberg si imbatté in un minerale insolito. Fu dato ad Albin Weisbach della vicina Accademia Mineraria, che confermò che si trattava di un nuovo minerale. Egli, a sua volta, ha chiesto al suo collega Winkler di analizzare l'estrazione. Winkler lo ha scopertodell'elemento chimico trovato è il 75% di argento, il 18% di zolfo, lo scienziato non è stato in grado di determinare la composizione del restante 7% di volume del ritrovamento.
Nel febbraio 1886, si rese conto che si trattava di un nuovo elemento simile al metallo. Quando le sue proprietà sono state testate, è diventato chiaro che era l'elemento mancante nella tavola periodica, che si trova sotto il silicio. Il minerale da cui ha avuto origine è noto come argyrodite - Ag 8 GeS 6. In pochi decenni, questo elemento formerà la base dei transistor al germanio per il suono.
Germanio
Alla fine del 19° secolo, il germanio fu isolato e identificato per la prima volta dal chimico tedesco Clemens Winkler. Questo materiale, dal nome della patria di Winkler, è stato a lungo considerato un metallo a bassa conduttività. Questa affermazione fu rivista durante la seconda guerra mondiale, poiché fu allora che furono scoperte le proprietà semiconduttrici del germanio. I dispositivi costituiti da germanio si sono diffusi negli anni del dopoguerra. In questo momento, era necessario soddisfare l'esigenza della produzione di transistor al germanio e dispositivi simili. Pertanto, la produzione di germanio negli Stati Uniti è cresciuta da poche centinaia di chilogrammi nel 1946 a 45 tonnellate nel 1960.
Cronaca
La storia dei transistor inizia nel 1947 con i Bell Laboratories, con sede nel New Jersey. Tre brillanti fisici americani hanno partecipato al processo: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) e William Shockley (1910-1989).
Il team guidato da Shockley ha cercato di sviluppare un nuovo tipo di amplificatore persistema telefonico statunitense, ma quello che hanno effettivamente inventato si è rivelato molto più interessante.
Bardeen e Brattain costruirono il primo transistor martedì 16 dicembre 1947. È noto come transistor a contatto puntuale. Shockley ha lavorato duramente al progetto, quindi non sorprende che fosse agitato e arrabbiato per essere stato rifiutato. Presto formò da solo la teoria del transistor a giunzione. Questo dispositivo è superiore per molti aspetti al transistor a contatto puntuale.
La nascita di un nuovo mondo
Mentre Bardeen ha lasciato i Bell Labs per diventare un accademico (ha continuato a studiare transistor al germanio e superconduttori all'Università dell'Illinois), Brattain ha lavorato per un po' prima di passare all'insegnamento. Shockley ha avviato la sua azienda di produzione di transistor e ha creato un luogo unico: la Silicon Valley. Questa è una fiorente area della California intorno a Palo Alto, dove si trovano le principali società di elettronica. Due dei suoi dipendenti, Robert Noyce e Gordon Moore, hanno fondato Intel, il più grande produttore di chip del mondo.
Bardeen, Brattain e Shockley si sono riuniti brevemente nel 1956 quando hanno ricevuto il più alto riconoscimento scientifico del mondo, il Premio Nobel per la fisica, per la loro scoperta.
Legge sui brevetti
Il design originale del transistor a contatto puntuale è delineato in un brevetto statunitense depositato da John Bardeen e W alter Brattain nel giugno 1948 (circa sei mesi dopo la scoperta originale). Brevetto rilasciato il 3 ottobre 1950dell'anno. Un semplice transistor PN aveva un sottile strato superiore di germanio di tipo P (giallo) e uno strato inferiore di germanio di tipo N (arancione). I transistor al germanio avevano tre pin: emettitore (E, rosso), collettore (C, blu) e base (G, verde).
In parole povere
Il principio di funzionamento di un amplificatore sonoro a transistor diventerà più chiaro se tracciamo un'analogia con il principio di funzionamento di un rubinetto dell'acqua: l'emettitore è una tubazione e il collettore è un rubinetto. Questo confronto aiuta a spiegare come funziona un transistor.
Immaginiamo che il transistor sia un rubinetto dell'acqua. La corrente elettrica agisce come l'acqua. Il transistor ha tre terminali: base, collettore ed emettitore. La base funziona come la maniglia di un rubinetto, il collettore funziona come l'acqua che scorre nel rubinetto e l'emettitore funziona come un foro da cui fuoriesce l'acqua. Ruotando leggermente la maniglia del rubinetto, puoi controllare il potente flusso d'acqua. Se giri leggermente la maniglia del rubinetto, la portata dell'acqua aumenterà in modo significativo. Se la maniglia del rubinetto è completamente chiusa, l'acqua non scorrerà. Se giri completamente la manopola, l'acqua scorrerà molto più velocemente.
Principio di funzionamento
Come accennato in precedenza, i transistor al germanio sono circuiti basati su tre contatti: emettitore (E), collettore (C) e base (B). La base controlla la corrente dal collettore all'emettitore. La corrente che scorre dal collettore all'emettitore è proporzionale alla corrente di base. La corrente dell'emettitore, o corrente di base, è uguale a hFE. Questa configurazione utilizza un resistore del collettore (RI). Se la corrente Ic scorreRI, verrà generata una tensione attraverso questo resistore, che è uguale al prodotto di Ic x RI. Ciò significa che la tensione ai capi del transistor è: E2 - (RI x Ic). Ic è approssimativamente uguale a Ie, quindi se IE=hFE x IB, allora anche Ic è uguale a hFE x IB. Pertanto, dopo la sostituzione, la tensione ai capi dei transistor (E) è E2 (RI x le x hFE).
Funzioni
L'amplificatore audio a transistor è basato su funzioni di amplificazione e commutazione. Prendendo la radio come esempio, i segnali che una radio riceve dall'atmosfera sono estremamente deboli. La radio amplifica questi segnali attraverso l'uscita dell' altoparlante. Questa è la funzione "boost". Quindi, ad esempio, il transistor al germanio gt806 è destinato all'uso in dispositivi a impulsi, convertitori e stabilizzatori di corrente e tensione.
Per la radio analogica, semplicemente amplificando il segnale gli altoparlanti produrranno suoni. Tuttavia, per i dispositivi digitali, la forma d'onda di ingresso deve essere modificata. Per un dispositivo digitale come un computer o un lettore MP3, il transistor deve commutare lo stato del segnale su 0 o 1. Questa è la "funzione di commutazione"
Puoi trovare componenti più complessi chiamati transistor. Parliamo di circuiti integrati ricavati da infiltrazione di silicio liquido.
Silicon Valley sovietica
In epoca sovietica, all'inizio degli anni '60, la città di Zelenograd divenne un trampolino di lancio per l'organizzazione del Centro di Microelettronica al suo interno. L'ingegnere sovietico Shchigol FA sviluppa il transistor 2T312 e il suo analogico 2T319, che in seguito divennecomponente principale dei circuiti ibridi. Fu quest'uomo a gettare le basi per la produzione di transistor al germanio in URSS.
Nel 1964, lo stabilimento di Angstrem, sulla base del Research Institute of Precision Technologies, ha creato il primo circuito integrato IC-Path con 20 elementi su un chip, che svolge il compito di una combinazione di transistor con connessioni resistive. Allo stesso tempo, è apparsa un' altra tecnologia: sono stati lanciati i primi transistor piatti "Plane".
Nel 1966 iniziò ad operare la prima stazione sperimentale per la produzione di circuiti integrati piatti presso il Pulsar Research Institute. Alla NIIME, il gruppo del Dr. Valiev ha iniziato a produrre resistori lineari con circuiti logici integrati.
Nel 1968, il Pulsar Research Institute ha prodotto la prima parte dei circuiti integrati ibridi a transistor piatto open frame a film sottile KD910, KD911, KT318, progettati per comunicazioni, televisione e trasmissioni radiofoniche.
I transistor lineari con circuiti integrati digitali per uso di massa (tipo 155) sono stati sviluppati presso il DOE Research Institute. Nel 1969, il fisico sovietico Zh. I. Alferov scoprì al mondo la teoria del controllo dei flussi di elettroni e luce in eterostrutture basata sul sistema dell'arseniuro di gallio.
Passato contro futuro
I primi transistor seriali erano basati sul germanio. Il germanio di tipo P e di tipo N sono stati collegati insieme per formare un transistor a giunzione.
La società americana Fairchild Semiconductor ha inventato il processo planare negli anni '60. Qui per la produzione di transistor consilicio e fotolitografia sono stati utilizzati per una migliore riproducibilità su scala industriale. Ciò ha portato all'idea di circuiti integrati.
Le differenze significative tra i transistor al silicio e al germanio sono le seguenti:
- I transistor al silicio sono molto più economici;
- Il transistor al silicio ha una tensione di soglia di 0,7V mentre il germanio ha una tensione di soglia di 0,3V;
- il silicio resiste a temperature intorno ai 200°C, il germanio 85°C;
- La corrente di dispersione del silicio è misurata in nA, per il germanio in mA;
- PIV Si è maggiore di Ge;
- Ge può rilevare piccoli cambiamenti nei segnali, quindi sono i transistor più "musicali" grazie alla loro elevata sensibilità.
Audio
Per ottenere un suono di alta qualità su apparecchiature audio analogiche, devi decidere. Cosa scegliere: moderni circuiti integrati (CI) o ULF su transistor al germanio?
Agli albori dei transistor, scienziati e ingegneri discutevano sul materiale che sarebbe alla base dei dispositivi. Tra gli elementi della tavola periodica, alcuni sono conduttori, altri sono isolanti. Ma alcuni elementi hanno una proprietà interessante che permette loro di essere chiamati semiconduttori. Il silicio è un semiconduttore e viene utilizzato in quasi tutti i transistor e i circuiti integrati prodotti oggi.
Ma prima che il silicio fosse usato come materiale adatto per fare un transistor, fu sostituito dal germanio. Il vantaggio del silicio rispetto al germanio era dovuto principalmente al maggiore guadagno che si poteva ottenere.
Sebbene i transistor al germanio di diversi produttori abbiano spesso caratteristiche diverse l'uno dall' altro, si ritiene che alcuni tipi producano un suono caldo, ricco e dinamico. I suoni possono variare da croccanti e irregolari a smorzati e piatti con una via di mezzo. Indubbiamente, un tale transistor merita ulteriori studi come dispositivo di amplificazione.
Consigli per l'azione
L'acquisto di componenti radio è un processo in cui puoi trovare tutto ciò di cui hai bisogno per il tuo lavoro. Cosa dicono gli esperti?
Secondo molti radioamatori e intenditori di suono di alta qualità, le serie P605, KT602, KT908 sono riconosciute come i transistor più musicali.
Per gli stabilizzatori, è meglio utilizzare le serie AD148, AD162 di Siemens, Philips, Telefunken.
A giudicare dalle recensioni, il più potente dei transistor al germanio - il GT806, vince rispetto alla serie P605, ma in termini di frequenza timbrica meglio dare la preferenza a quest'ultimo. Vale la pena prestare attenzione al tipo KT851 e KT850, nonché al transistor ad effetto di campo KP904.
I tipi P210 e ASY21 non sono consigliati poiché in re altà hanno scarse caratteristiche sonore.
Chitarre
Sebbene diverse marche di transistor al germanio abbiano caratteristiche diverse, possono essere utilizzate tutte per creare un suono dinamico, più ricco e più piacevole. Possono aiutare a cambiare il suono di una chitarrain un'ampia gamma di toni, inclusi intensi, tenui, aspri, più levigati o una combinazione di questi. In alcuni dispositivi, sono ampiamente utilizzati per dare alla musica per chitarra un suono eccezionale, estremamente tangibile e morbido.
Qual è il principale svantaggio dei transistor al germanio? Naturalmente, il loro comportamento imprevedibile. Secondo gli esperti, sarà necessario effettuare un acquisto grandioso di componenti radio, ovvero acquistare centinaia di transistor per trovare quello giusto per te dopo ripetuti test. Questa lacuna è stata identificata dall'ingegnere di studio e musicista Zachary Vex durante la ricerca di blocchi di effetti sonori vintage.
Vex ha iniziato a creare unità di effetti per chitarra Fuzz per rendere più chiaro il suono della musica per chitarra mixando le unità Fuzz originali in determinate proporzioni. Ha usato questi transistor senza testarne il potenziale per ottenere la migliore combinazione, affidandosi esclusivamente alla fortuna. Alla fine, fu costretto ad abbandonare alcuni transistor a causa del loro suono inadatto e iniziò a produrre buoni blocchi Fuzz con transistor al germanio nella sua fabbrica.
