Kategorie: Polecane artykuły » Ciekawe fakty
Liczba wyświetleń: 36129
Komentarze do artykułu: 9

Historia tranzystorów

Historia tranzystorów Rozważany jest jeden ze znaczących wynalazków XX wieku wynalazek tranzystoraktóry przyszedł wymienić lampy elektroniczne.

Przez długi czas lampy były jedynym aktywnym składnikiem wszystkich urządzeń elektronicznych, chociaż miały wiele wad. Przede wszystkim jest to duży pobór mocy, duże wymiary, krótka żywotność i niska wytrzymałość mechaniczna. Niedociągnięcia te były coraz wyraźniej odczuwalne wraz z ulepszaniem i wyrafinowaniem sprzętu elektronicznego.

Rewolucyjna rewolucja w inżynierii radiowej miała miejsce, gdy przestarzałe lampy zostały zastąpione półprzewodnikowymi urządzeniami wzmacniającymi - tranzystorami, pozbawionymi wszystkich wspomnianych wad.

Pierwszy działający tranzystor urodził się w 1947 roku dzięki staraniom pracowników amerykańskiej firmy Bell Telephone Laboratories. Ich nazwiska są teraz znane na całym świecie. Są to naukowcy - fizycy W. Shockley, D. Bardin i W. Brighten. Już w 1956 roku wszystkie trzy zostały nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za ten wynalazek.

Ale, podobnie jak wiele wielkich wynalazków, tranzystor nie został natychmiast zauważony. Tylko w jednej z amerykańskich gazet wspomniano, że Bell Telephone Laboratories zademonstrowało swoje urządzenie zwane tranzystorem. Mówiono również, że może być stosowany w niektórych obszarach elektrotechniki zamiast lamp elektronowych.

Pokazany tranzystor miał postać małego metalowego cylindra o długości 13 mm i został zademonstrowany w odbiorniku, który nie miał lamp elektronowych. Przede wszystkim firma twierdziła, że urządzenie może być wykorzystywane nie tylko do wzmacniania, ale także do generowania lub konwersji sygnału elektrycznego.

Ryc. 1. Pierwszy tranzystor

Ryc. 2. John Bardin, William Shockley i Walter Brattain. Za współpracę przy opracowywaniu pierwszego na świecie tranzystora operacyjnego w 1948 roku podzielili Nagrodę Nobla z 1956 roku.

Ale możliwości tranzystora, podobnie jak wiele innych wielkich odkryć, nie zostały natychmiast zrozumiane i docenione. Aby wzbudzić zainteresowanie nowym urządzeniem, Bell stanowczo zareklamował je na seminariach i artykułach oraz udzielił wszystkim licencji na jego produkcję.

Producenci lamp elektronicznych nie widzieli poważnego konkurenta w tranzystorze, ponieważ nie było możliwe, za jednym zamachem, zdyskontować trzydziestoletnią historię produkcji lamp o kilkuset projektach i wielomilionowe inwestycje w ich rozwój i produkcję. Dlatego tranzystor wszedł do elektroniki nie tak szybko, ponieważ era lamp elektronowych wciąż trwała.

Ryc. 3. Tranzystor i lampa elektroniczna

Pierwsze kroki do półprzewodników

Od czasów starożytnych dwa rodzaje materiałów były stosowane głównie w elektrotechnice - przewodniki i dielektryki (izolatory). Metale, roztwory soli i niektóre gazy mają zdolność przewodzenia prądu. Ta zdolność wynika z obecności w przewodnikach nośników ładunków bezpłatnych - elektronów. W przewodnikach elektrony dość łatwo odłączają się od atomu, ale te metale o niskiej rezystancji (miedź, aluminium, srebro, złoto) są najbardziej odpowiednie do przesyłania energii elektrycznej.

Izolatory obejmują substancje o wysokiej oporności, ich elektrony są bardzo ściśle związane z atomem. To jest porcelana, szkło, guma, ceramika, plastik. Dlatego w tych substancjach nie ma bezpłatnych opłat, co oznacza, że nie ma również prądu elektrycznego.

Należy przypomnieć sformułowanie z podręczników fizyki, że prąd elektryczny to ruch kierunkowy naładowanych elektrycznie cząstek pod wpływem pola elektrycznego. W izolatorach po prostu nie można się poruszać pod wpływem pola elektrycznego.

Jednak w procesie badania zjawisk elektrycznych w różnych materiałach niektórzy badacze byli w stanie „wyczuć” efekty półprzewodnikowe.Na przykład pierwszy wykrywacz krystaliczny (diodę) został stworzony w 1874 r. Przez niemieckiego fizyka Karla Ferdinanda Browna na podstawie kontaktu ołowiu i pirytu. (Piryt jest żelaznym pirytem; gdy uderza o krzesło, wycinana jest iskra, dlatego nazwa pochodzi od greckiego „święta” - ognia). Później ten detektor z powodzeniem zastąpił koherenę w pierwszych odbiornikach, co znacznie zwiększyło ich czułość.

W 1907 r. Beddecker, badając przewodnictwo miedzi jodowej, stwierdził, że jego przewodnictwo wzrasta 24-krotnie w obecności zanieczyszczenia jodem, chociaż sam jod nie jest przewodnikiem. Ale wszystkie były przypadkowymi odkryciami, których nie można było uzasadnić naukowo. Systematyczne badania półprzewodników rozpoczęto dopiero w 1920 r - 1930 lat.

Duży wkład w badania półprzewodników wniósł sowiecki naukowiec w słynnym laboratorium radiowym w Niżnym Nowogrodzie O.V. Losev. Przeszedł do historii przede wszystkim jako wynalazca krystadyny (oscylatora i wzmacniacza opartego na diodzie) oraz diody LED. Zobacz więcej na ten temat tutaj: Historia diod LED. Blask Losewa.

Na początku produkcji tranzystorów głównym półprzewodnikiem był german (Ge). Pod względem zużycia energii jest bardzo ekonomiczny, napięcie do odblokowania jego złącza pn wynosi tylko 0,1 ... 0,3 V, ale wiele parametrów jest niestabilnych, więc zastąpił krzem (Si).

Temperatura, w której działają tranzystory germanowe, wynosi nie więcej niż 60 stopni, podczas gdy tranzystory krzemowe mogą nadal działać w temperaturze 150. Krzem jako półprzewodnik przewyższa german pod względem innych właściwości, przede wszystkim częstotliwości.

Ponadto rezerwy krzemu (zwykły piasek na plaży) w naturze są nieograniczone, a technologia jego czyszczenia i przetwarzania jest prostsza i tańsza niż rzadki w naturze element germanu. Pierwszy krzemowy tranzystor pojawił się wkrótce po pierwszym tranzystorze germanowym - w 1954 roku. Wydarzenie to oznaczało nawet nową nazwę „epoki krzemu”, której nie należy mylić z kamieniem!

Ryc. 4. Ewolucja tranzystorów

Mikroprocesory i półprzewodniki. Sunset Age of Silicon

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego ostatnio prawie wszystkie komputery stały się wielordzeniowe? Pojęcia dual-core lub quad-core są wspólne dla wszystkich. Faktem jest, że wzrost wydajności mikroprocesora poprzez zwiększenie częstotliwości taktowania i zwiększenie liczby tranzystorów w jednym pakiecie dla struktur krzemowych jest prawie bliski granicy.

Wzrost liczby półprzewodników w jednej obudowie osiąga się poprzez zmniejszenie ich wymiarów fizycznych. W 2011 r. INTEL opracował już technologię procesową 32 nm, w której długość kanału tranzystora wynosi zaledwie 20 nm. Jednak taki spadek nie powoduje zauważalnego wzrostu częstotliwości taktowania, ponieważ była to technologia do 90 nm. Oczywiste jest, że nadszedł czas, aby przejść do czegoś zasadniczo nowego.

Ryc. 5. Historia tranzystorów

Grafen - półprzewodnik przyszłości

W 2004 r. Fizycy odkryli nowy materiał półprzewodnikowy. grafen. Ten główny kandydat do zastąpienia krzemu jest również materiałem z grupy węgla. Na jego podstawie powstaje tranzystor, który działa w trzech różnych trybach.

Ryc. 6. Grafen

Obraz tranzystora polowego grafenu uzyskany za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego

Ryc. 7. Obraz polowego tranzystora grafenowego uzyskany za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego

W porównaniu z istniejącymi technologiami pozwoli to na zmniejszenie liczby tranzystorów w jednym przypadku o dokładnie trzy razy. Ponadto, zdaniem naukowców, częstotliwości robocze nowego materiału półprzewodnikowego mogą sięgać nawet 1000 GHz. Parametry oczywiście są bardzo kuszące, ale jak dotąd nowy półprzewodnik jest na etapie opracowywania i badań, a krzem jest nadal koniem roboczym. Jego wiek jeszcze się nie skończył.

Boris Aladyshkin

Zobacz także na e.imadeself.com:

Rodzaje tranzystorów i ich zastosowanie

Tranzystory Część 3. Z czego wykonane są tranzystory

Dlaczego elektrycy nie zawsze są przyjaciółmi elektroniki. Część 2. Jak nauczyć się elektr ...

Tranzystory optyczne - przyszłość elektroniki

Tranzystory IGBT są głównymi elementami nowoczesnej elektroniki energetycznej

Komentarze:

# 1 napisał: | [cytat]

Niemniej jednak w technologii dźwięku następuje powrót do lamp, ponieważ dźwięku wzmacniacza lampowego nie można porównać z dźwiękiem tranzystora.

Komentarze:

# 2 napisał: | [cytat]

volfram Jeśli chodzi o powrót do technologii lamp, wypowiedziałeś się zbyt kontrowersyjnie. Są po prostu ludzie, którzy subiektywnie uważają, że lampy są lepsze, to wszystko. O tym, że „nie idzie na żadne porównanie”, nie powiedziałbym. To tylko nawyk.

Komentarze:

# 3 napisał: Vlad | [cytat]

Mimo to dźwięk lampy jest lepszy niż tranzystory. I to nie jest „subiektywnie wydaje się”, ale prawdziwy fakt. Teraz nawet stare hobby odżyło - konstrukcja wzmacniaczy lampowych. Piszą różnego rodzaju nowe książki na ten temat, wiele osób siedzi na forach do szaleństwa. Każdy chce idealnego dźwięku. Lampy w tym biznesie są właśnie tym, czego potrzebujesz!

Komentarze:

# 4 napisał: Alexander Molokov | [cytat]

Vlad, podaj link lub nazwę którejkolwiek z tych książek. Tylko dlatego, że są to poważne publikacje, a nie próby „odrywania okładek” i mówienia, jak to jest „naprawdę”. Tak więc teoretyczne uzasadnienie brzmi: „tak i tak, lampy są lepsze, ponieważ ...”

Komentarze:

# 5 napisał: Vadim | [cytat]

„Słuchacze, ujarzmieni niespotykaną klarownością brzmienia układów półprzewodnikowych, zauważyli jednak negatywne aspekty. Można było spotkać takie sądy.” Dźwięk aparatu lampy wydaje się miękki, aksamitny, tranzystorowy - ostry, irytujący. ”„ Dźwięk odbiornika lampy płynie swobodnie, tranzystor „To tak, jakby przebijać się przez przeszkodę.” „Chcę słuchać i słuchać aparatu lampowego, tranzystor szybko męczy się”. Oczywiście sprawa nie była w jakimś specjalnym „brzmieniu” samych tranzystorów. Ustalenia zostały wyjaśnione, leżą one w specyfiki działania obwodów z głębokimi ujemnymi sprzężeniami zwrotnymi (i bez takich połączeń wzmacniacze półprzewodnikowe nie mogą działać akceptowalnie, są to szczególnie cechy tranzystorów.) Nawiasem mówiąc, z tego powodu możliwe jest brzmienie tranzystora i wyłącznie obwody lampowe. środki do walki z „dźwiękiem tranzystorowym”. Audiofile są przekonani, że negatywnych cech dźwięku nie da się całkowicie wyeliminować, a wyrafinowane ucho zapewnia niezaprzeczalną przewagę nad dźwiękiem wzmacniaczy lampowych, które nie mają sprzężenia zwrotnego . ” (Gavrilov S. A. „The Art of Lamp Circuit Engineering” 2012).

Komentarze:

# 6 napisał: Alexander Molokov | [cytat]

Dźwięk „przebijający się przez barierę” jest „szorstki i denerwujący”. Rurka - „miękka i aksamitna”. I czy są to obiektywne różnice? Audiofile - są, a nawet nie mówią.

To jak sklepy spożywcze, dla których jedzenie to rytuał, w którym liczy się każda drobiazg. I tak światło powinno być przyćmione, naczynia białe, nóż powinien leżeć po prawej stronie, a widelec po lewej (lub odwrotnie? - pies go zna). Jednak jedzenie jest takie samo. A przy sprzęcie dźwiękowym ten sam problem. Negatywne połączenia najwyraźniej nie działają.

Komentarze:

# 7 napisał: Vlad | [cytat]

Zgadzam się, że tekst dostarczony przez Vadima nie dowodzi przewagi wzmacniaczy lampowych nad tranzystorowymi. Sam spojrzałem na kilka innych źródeł (książki G.S. Gendin, Jones Morgan). Nigdzie nie ma danych na temat prawdziwych badań. Ale jeśli ocenisz modę lamp na całym świecie, główną sztuczką jest to, że wzmacniacze lampowe są jak sztuka, elitarny przedmiot, ręcznie robione dzieło sztuki, które wymaga dopracowania i regulacji, w przeciwieństwie do monotonnych i ponurych urządzeń tranzystorowych wykonanych na dużym chińskim przenośniku ... Zapaleni fani technologii lamp nie używają nawet krzemowych diod - tylko lampy! Oznacza to, że jest to raczej ideologia, ale ideologia dla tych, którzy są wybrani i którzy dużo rozumieją o drogich, ręcznie robionych rzeczach. Zawsze powinno być miejsce w życiu na rzeczy, które nie podlegają czasowi! Cóż, dźwięk lampy daje oczywiście o rząd wielkości piękniejszy niż tranzystory uśmiechnij się

Komentarze:

# 8 napisał: Alexander Molokov | [cytat]

Oto jest. „Piękności” dźwięku, obecności w nim duszy i innych podobnych rzeczy nie da się zmierzyć żadnym instrumentem. Niemożliwe jest ustalenie ich z jakąkolwiek dokładnością, co oznacza, że jest to ideologia. Może nawet religia. Ale ideologia i religia to rzeczy subiektywne. Nie można ich potwierdzić ani obalić. Jak istnienie boga.

Komentarze:

# 9 napisał: | [cytat]

W lampach energooszczędnych spotkałem tranzystor D13009, ale nie mogę znaleźć na nim tarczy danych. Jakiego rodzaju jest to tranzystor, gdzie iw jakiej jakości można go nadal używać? Proszę odpowiedzieć e-mailem.