تمتعت ترانزستورات الجرمانيوم بذروتها خلال العقد الأول من إلكترونيات أشباه الموصلات قبل أن يتم استبدالها على نطاق واسع بأجهزة الميكروويف السيليكون. في هذه المقالة ، سنناقش سبب استمرار اعتبار النوع الأول من الترانزستورات عنصرًا مهمًا في صناعة الموسيقى وله أهمية كبيرة لخبراء الصوت الجيد.
ولادة العنصر
اكتشف كليمنس ووينكلر الجرمانيوم في مدينة فرايبرج الألمانية عام 1886. تنبأ مندليف بوجود هذا العنصر ، بعد أن حدد مسبقًا وزنه الذري الذي يساوي 71 ، وكثافة 5.5 جم / سم3.
في أوائل خريف عام 1885 ، عثر عامل منجم يعمل في منجم هيملسفورست للفضة بالقرب من فرايبرغ على خام غير عادي. أعطيت لألبين ويسباخ من أكاديمية التعدين القريبة ، والتي أكدت أنها معدن جديد. هو ، بدوره ، طلب من زميله وينكلر تحليل عملية الاستخراج. اكتشف وينكلر ذلكمن العنصر الكيميائي الموجود 75٪ فضة ، 18٪ كبريت ، لم يتمكن العالم من تحديد تكوين الحجم المتبقي 7٪ من الاكتشاف.
بحلول فبراير 1886 ، أدرك أن هذا عنصر جديد يشبه المعدن. عندما تم اختبار خصائصه ، اتضح أنه العنصر المفقود في الجدول الدوري ، والذي يقع أسفل السيليكون. يُعرف المعدن الذي نشأ منه باسم argyrodite - Ag 8 GeS 6. في غضون بضعة عقود ، سيشكل هذا العنصر أساس ترانزستورات الجرمانيوم للصوت.
الجرمانيوم
في نهاية القرن التاسع عشر ، تم عزل الجرمانيوم لأول مرة وتحديده بواسطة الكيميائي الألماني كليمنس وينكلر. هذه المادة ، التي سميت على اسم وطن وينكلر ، لطالما اعتبرت معدنًا منخفض الموصلية. تمت مراجعة هذا البيان خلال الحرب العالمية الثانية ، حيث تم اكتشاف خصائص أشباه الموصلات للجرمانيوم. أصبحت الأجهزة المكونة من الجرمانيوم منتشرة على نطاق واسع في سنوات ما بعد الحرب. في هذا الوقت ، كان من الضروري تلبية الحاجة إلى إنتاج ترانزستورات الجرمانيوم والأجهزة المماثلة. وهكذا ، نما إنتاج الجرمانيوم في الولايات المتحدة من بضع مئات من الكيلوجرامات في عام 1946 إلى 45 طنًا بحلول عام 1960.
تاريخ
يبدأ تاريخ الترانزستورات في عام 1947 مع مختبرات بيل ، الواقعة في نيو جيرسي. شارك ثلاثة فيزيائيين أمريكيين لامعين في هذه العملية: جون باردين (1908-1991) ، والتر براتين (1902-1987) وويليام شوكلي (1910-1989).
حاول الفريق بقيادة شوكلي تطوير نوع جديد من مضخمات الصوت لـنظام الهاتف في الولايات المتحدة ، ولكن ما اخترعه بالفعل تبين أنه أكثر إثارة للاهتمام.
بنى باردين وبراتين أول ترانزستور يوم الثلاثاء 16 ديسمبر 1947. يُعرف باسم ترانزستور نقطة الاتصال. عمل شوكلي بجد في المشروع ، لذا فليس من المستغرب أنه كان مرتبكًا وغاضبًا من رفضه. سرعان ما شكل بمفرده نظرية التقاطع الترانزستور. هذا الجهاز متفوق في كثير من النواحي على ترانزستور التلامس النقطي.
ولادة عالم جديد
بينما ترك باردين مختبرات بيل ليصبح أكاديميًا (ذهب لدراسة ترانزستورات الجرمانيوم والموصلات الفائقة في جامعة إلينوي) ، عمل براتين لفترة قبل الانتقال إلى التدريس. أنشأ شوكلي شركته الخاصة لتصنيع الترانزستور وأنشأ مكانًا فريدًا - وادي السيليكون. هذه منطقة مزدهرة في كاليفورنيا حول بالو ألتو حيث توجد شركات الإلكترونيات الكبرى. أسس اثنان من موظفيه ، روبرت نويس وجوردون مور ، شركة إنتل ، أكبر صانع للرقائق في العالم.
اجتمع شمل Bardeen و Brattain و Shockley لفترة وجيزة في عام 1956 عندما حصلوا على أعلى جائزة علمية في العالم ، جائزة نوبل في الفيزياء ، لاكتشافهم.
قانون براءات الاختراع
تم تحديد تصميم ترانزستور نقطة الاتصال الأصلي في براءة اختراع أمريكية قدمها جون باردين ووالتر براتين في يونيو 1948 (بعد حوالي ستة أشهر من الاكتشاف الأصلي). براءة الاختراع الصادرة في 3 أكتوبر 1950من السنة. يحتوي ترانزستور PN البسيط على طبقة علوية رفيعة من الجرمانيوم من النوع P (أصفر) وطبقة سفلية من الجرمانيوم من النوع N (برتقالي). تحتوي ترانزستورات الجرمانيوم على ثلاثة دبابيس: باعث (E ، أحمر) ، جامع (C ، أزرق) ، وقاعدة (G ، أخضر).
بعبارات بسيطة
سيصبح مبدأ تشغيل مضخم صوت الترانزستور أكثر وضوحًا إذا رسمنا تشابهًا مع مبدأ تشغيل صنبور الماء: الباعث هو خط أنابيب ، والمجمع هو صنبور. تساعد هذه المقارنة في شرح كيفية عمل الترانزستور.
لنتخيل أن الترانزستور هو صنبور مياه. يعمل التيار الكهربائي مثل الماء. يحتوي الترانزستور على ثلاثة أطراف: قاعدة وجامع وباعث. تعمل القاعدة مثل مقبض الصنبور ، ويعمل المجمع مثل تدفق المياه إلى الصنبور ، ويعمل الباعث مثل الفتحة التي يتدفق منها الماء. عن طريق تدوير مقبض الصنبور قليلاً ، يمكنك التحكم في التدفق القوي للمياه. إذا أدرت مقبض الصنبور قليلاً ، فإن معدل تدفق الماء سيزداد بشكل ملحوظ. إذا كان مقبض الصنبور مغلقًا تمامًا ، فلن يتدفق الماء. إذا أدرت المقبض بالكامل ، فسوف يتدفق الماء بشكل أسرع.
مبدأ العملية
كما ذكرنا سابقًا ، ترانزستورات الجرمانيوم عبارة عن دوائر تعتمد على ثلاثة جهات اتصال: الباعث (E) والمجمع (C) والقاعدة (B). تتحكم القاعدة في التيار من المجمع إلى الباعث. يتناسب التيار الذي يتدفق من المجمع إلى الباعث مع تيار القاعدة. تيار المرسل ، أو تيار القاعدة ، يساوي hFE. يستخدم هذا الإعداد المقاوم المجمع (RI). إذا تدفق تيار متردد من خلالRI ، سيتم إنشاء جهد عبر هذا المقاوم ، والذي يساوي منتج Ic x RI. هذا يعني أن الجهد عبر الترانزستور هو: E2 - (RI x Ic). Ic تساوي Ie تقريبًا ، لذلك إذا كانت IE=hFE x IB ، فإن Ic تساوي أيضًا hFE x IB. لذلك ، بعد الاستبدال ، يكون الجهد عبر الترانزستورات (E) هو E2 (RI x le x hFE).
وظائف
مكبر صوت الترانزستور مبني على وظائف التضخيم والتبديل. إذا أخذنا الراديو كمثال ، فإن الإشارات التي يتلقاها الراديو من الغلاف الجوي ضعيفة للغاية. يقوم الراديو بتضخيم هذه الإشارات من خلال خرج السماعة. هذه هي وظيفة "التعزيز". لذلك ، على سبيل المثال ، تم تصميم ترانزستور الجرمانيوم gt806 للاستخدام في أجهزة النبض والمحولات ومثبتات التيار والجهد.
بالنسبة للراديو التناظري ، سيؤدي تضخيم الإشارة ببساطة إلى جعل مكبرات الصوت تنتج الصوت. ومع ذلك ، بالنسبة للأجهزة الرقمية ، يجب تغيير شكل موجة الإدخال. بالنسبة لجهاز رقمي مثل الكمبيوتر أو مشغل MP3 ، يجب أن يقوم الترانزستور بتبديل حالة الإشارة إلى 0 أو 1. هذه هي "وظيفة التبديل"
يمكنك العثور على مكونات أكثر تعقيدًا تسمى الترانزستورات. نحن نتحدث عن دوائر متكاملة مصنوعة من تسرب السيليكون السائل
وادي السليكون السوفيتي
في الحقبة السوفيتية ، في أوائل الستينيات ، أصبحت مدينة زيلينوجراد نقطة انطلاق لتنظيم مركز الإلكترونيات الدقيقة فيها. طور المهندس السوفيتي Shchigol F. A الترانزستور 2T312 ونظيره 2T319 ، والذي أصبح فيما بعدالمكون الرئيسي للدوائر الهجينة. كان هذا الرجل هو الذي وضع الأساس لإنتاج ترانزستورات الجرمانيوم في الاتحاد السوفيتي.
في عام 1964 ، أنشأ مصنع Angstrem ، على أساس معهد أبحاث التقنيات الدقيقة ، أول دائرة متكاملة IC-Path تحتوي على 20 عنصرًا على شريحة ، والتي تؤدي مهمة مجموعة من الترانزستورات ذات الوصلات المقاومة. في الوقت نفسه ، ظهرت تقنية أخرى: تم إطلاق أول ترانزستورات مسطحة "طائرة".
في عام 1966 ، بدأت أول محطة تجريبية لإنتاج الدوائر المتكاملة المسطحة بالعمل في معهد أبحاث بولسار. في NIIME ، بدأت مجموعة Dr. Valiev تصنيع المقاومات الخطية بدوائر منطقية متكاملة.
في عام 1968 ، أنتج معهد أبحاث بولسار الجزء الأول من KD910 و KD911 و KT318 ذات الأغشية الرقيقة والمفتوحة الإطار المسطح الترانزستور المرحلي الهجين ، والتي صممت للتواصل والتلفزيون والبث الإذاعي.
تم تطوير الترانزستورات الخطية ذات الدوائر المتكاملة الرقمية ذات الاستخدام الشامل (النوع 155) في معهد أبحاث وزارة الطاقة. في عام 1969 ، اكتشف الفيزيائي السوفيتي Zh. I. Alferov للعالم نظرية التحكم في تدفقات الإلكترون والضوء في الهياكل غير المتجانسة بناءً على نظام زرنيخيد الغاليوم.
الماضي مقابل المستقبل
أول ترانزستورات تسلسلية كانت مبنية على الجرمانيوم. تم توصيل الجرمانيوم من النوع P والنوع N معًا لتشكيل ترانزستور تقاطع.
اخترعت شركة Fairchild Semiconductor الأمريكية العملية المسطحة في الستينيات. هنا لإنتاج الترانزستورات معتم استخدام السيليكون والطباعة الحجرية الضوئية لتحسين استنساخ النطاق الصناعي. هذا أدى إلى فكرة الدوائر المتكاملة.
اختلافات كبيرة بين ترانزستورات الجرمانيوم والسيليكون كما يلي:
- الترانزستورات السيليكون أرخص بكثير ؛
- ترانزستور السيليكون له جهد عتبة 0.7V بينما الجرمانيوم لديه جهد عتبة 0.3V ؛
- السيليكون يتحمل درجات حرارة حوالي 200 درجة مئوية ، والجرمانيوم 85 درجة مئوية ؛
- تيار تسرب السيليكون يقاس nA ، للجرمانيوم في مللي أمبير ؛
- PIV Si أكبر من Ge ؛
- يمكن لـ Ge اكتشاف التغييرات الصغيرة في الإشارات وبالتالي فهي أكثر الترانزستورات "الموسيقية" بسبب حساسيتها العالية.
صوت
للحصول على صوت عالي الجودة على معدات الصوت التناظرية ، عليك أن تقرر. ماذا تختار: الدوائر المتكاملة الحديثة (ICs) أو ULF على ترانزستورات الجرمانيوم؟
في الأيام الأولى للترانزستورات ، جادل العلماء والمهندسون حول المادة التي ستشكل أساس الأجهزة. من بين عناصر الجدول الدوري ، بعضها موصلات ، والبعض الآخر عوازل. لكن بعض العناصر لها خاصية مثيرة للاهتمام تسمح لها بتسميتها أشباه الموصلات. السيليكون هو أشباه موصلات ويستخدم تقريبا في جميع الترانزستورات والدوائر المتكاملة المصنعة اليوم.
لكن قبل استخدام السيليكون كمادة مناسبة لصنع الترانزستور ، تم استبداله بالجرمانيوم.ترجع ميزة السيليكون على الجرمانيوم بشكل أساسي إلى المكسب الأعلى الذي يمكن تحقيقه.
على الرغم من أن ترانزستورات الجرمانيوم من الشركات المصنعة المختلفة غالبًا ما تتميز بخصائص مختلفة عن بعضها البعض ، إلا أن بعض الأنواع تعتبر لإنتاج صوت دافئ وغني وديناميكي. يمكن أن تتراوح الأصوات من مقدد وغير متساو إلى مكتوم ومسطحة مع ما بينهما. مما لا شك فيه أن مثل هذا الترانزستور يستحق المزيد من الدراسة كجهاز تضخيم.
نصيحة للعمل
شراء مكونات الراديو هي عملية يمكنك من خلالها العثور على كل ما تحتاجه لعملك. ماذا يقول الخبراء؟
وفقًا للعديد من هواة الراديو وخبراء الصوت عالي الجودة ، تم التعرف على سلسلة P605 و KT602 و KT908 على أنها أكثر الترانزستورات الموسيقية.
بالنسبة للمثبتات ، من الأفضل استخدام سلسلة AD148 و AD162 من Siemens و Philips و Telefunken.
بناءً على المراجعات ، أقوى ترانزستورات الجرمانيوم - GT806 ، تفوز مقارنة بسلسلة P605 ، ولكن من حيث تردد الجرس ، من الأفضل إعطاء الأفضلية لهذا الأخير. يجدر الانتباه إلى النوع KT851 و KT850 ، وكذلك الترانزستور ذو التأثير الميداني KP904.
لا يُنصح بأنواعP210 و ASY21 لأنها تتميز بخصائص صوت رديئة.
القيثارات
على الرغم من أن العلامات التجارية المختلفة لترانزستورات الجرمانيوم لها خصائص مختلفة ، إلا أنه يمكن استخدامها جميعًا لإنشاء صوت ديناميكي وأكثر ثراءً وإمتاعًا. يمكنهم المساعدة في تغيير صوت الجيتارفي نطاق واسع من النغمات ، بما في ذلك الحدة ، أو الصامت ، أو القاسي ، أو الأكثر سلاسة ، أو مزيج من هذه النغمات. في بعض الأجهزة ، يتم استخدامها على نطاق واسع لمنح موسيقى الجيتار عزفًا رائعًا وصوتًا ملموسًا وناعمًا للغاية.
ما هو العيب الرئيسي لترانزستورات الجرمانيوم؟ بالطبع ، سلوكهم غير المتوقع. وفقًا للخبراء ، سيكون من الضروري إجراء عملية شراء ضخمة لمكونات الراديو ، أي شراء مئات الترانزستورات من أجل العثور على الترانزستورات المناسبة لك بعد الاختبار المتكرر. تم تحديد هذا القصور من قبل مهندس الاستوديو والموسيقي زاكاري فيكس أثناء البحث عن كتل المؤثرات الصوتية القديمة.
بدأ Vex في إنشاء وحدات مؤثرات جيتار Fuzz لجعل صوت موسيقى الجيتار أكثر وضوحًا من خلال مزج وحدات Fuzz الأصلية بنسب معينة. لقد استخدم هذه الترانزستورات دون اختبار قدرتها على الحصول على أفضل تركيبة ، معتمدا فقط على الحظ. في النهاية ، أُجبر على التخلي عن بعض الترانزستورات بسبب صوتها غير المناسب وبدأ في إنتاج كتل زغب جيدة مع ترانزستورات الجرمانيوم في مصنعه.
