категории: Препоръчани статии » Интересни факти
Брой преглеждания: 36129
Коментари към статията: 9

История на транзистора

 

История на транзистораРазгледано е едно от значимите изобретения на XX век изобретение на транзисторакоито дойдоха да заменят електронните лампи.

Дълго време лампите бяха единственият активен компонент на всички електронни устройства, въпреки че имаха много недостатъци. На първо място, това е голяма консумация на енергия, големи размери, кратък живот и ниска механична якост. Тези недостатъци се усещаха все по-рязко с подобряването и усъвършенстването на електронното оборудване.

Революция в радиотехниката настъпи, когато остарелите лампи бяха заменени от полупроводникови усилващи устройства - транзистори, лишени от всички споменати недостатъци.


Първият оперативен транзистор е роден през 1947 г., благодарение на усилията на служителите на американската компания Bell Telephone Laboratories. Имената им сега са известни по целия свят. Това са учени - физиците У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтън. Още през 1956 г. и тримата са носители на Нобелова награда по физика за това изобретение.

Но, както много велики изобретения, транзисторът не беше забелязан веднага. Само в един от американските вестници беше споменато, че Bell Telephone Laboratories демонстрира своето устройство, наречено транзистор. Беше казано също, че той може да се използва в някои области на електротехниката вместо електронни тръби.

Показаният транзистор е бил под формата на малък метален цилиндър с дължина 13 мм и е демонстриран в приемник, който няма електронни тръби. Към всичко останало компанията твърди, че устройството може да се използва не само за усилване, но и за генериране или преобразуване на електрически сигнал.

Първи транзистор

Фиг. 1. Първият транзистор

Джон Бардин, Уилям Шокли и Уолтър Братайн

Фиг. 2. Джон Бардин, Уилям Шокли и Уолтър Братайн. За сътрудничеството си в разработването на първия оперативен транзистор в света през 1948 г. те споделят Нобеловата награда от 1956 г.

Но възможностите на транзистора, както всъщност и на много други големи открития, не бяха веднага разбрани и оценени. За да събуди интерес към новото устройство, Бел твърдо го рекламира на семинари и статии и предостави на всички лиценз за производството му.


Производителите на електронни лампи не видяха сериозен конкурент в транзистора, защото беше невъзможно с един кратък момент да се намали тридесетгодишната история на производството на лампи от няколкостотин дизайна и многомилионни инвестиции в тяхното развитие и производство. Следователно транзисторът влезе в електрониката не толкова бързо, тъй като ерата на електронните тръби все още продължаваше.

Транзисторна и електронна лампа

Фиг. 3. Транзисторна и електронна лампа


Първи стъпки към полупроводници

От древни времена в електротехниката се използват главно два вида материали - проводници и диелектрици (изолатори). Металите, солевите разтвори и някои газове имат способността да провеждат ток. Тази способност се дължи на наличието в проводниците на носители на свободен заряд - електрони. В проводниците електроните се отделят доста лесно от атома, но онези метали, които имат ниско съпротивление (мед, алуминий, сребро, злато) са най-подходящи за пренос на електрическа енергия.

Изолаторите включват вещества с висока устойчивост, техните електрони са много плътно свързани с атома. Това е порцелан, стъкло, гума, керамика, пластмаса. Следователно в тези вещества няма свободни заряди и следователно няма електрически ток.

Подходящо е да се припомни формулировката от учебниците по физика, че електрическият ток е посоката на движение на електрически заредени частици под въздействието на електрическо поле. В изолаторите просто няма какво да се движи под въздействието на електрическо поле.

Въпреки това, в процеса на изучаване на електрически явления в различни материали, някои изследователи успяха да се „почувстват“ за полупроводникови ефекти.Например, първият кристален детектор (диод) е създаден през 1874 г. от немския физик Карл Фердинанд Браун въз основа на контакта на олово и пирит. (Пиритът е железен пирит; когато удари на стол, се издълбава искра, поради което получи името от гръцкия „празник” - огън). По-късно този детектор успешно замени кохерера в първите приемници, което значително повишава тяхната чувствителност.

През 1907 г. Beddecker, докато изучава проводимостта на йодната мед, установява, че нейната проводимост се увеличава 24 пъти при наличие на йодно примес, въпреки че самият йод не е проводник. Но всичко това бяха случайни открития, на които не можеше да се даде научна обосновка. Систематично проучване на полупроводници започва едва през 1920 година - 1930г.

Голям принос за изучаването на полупроводници направи съветски учен в известната радиочестова лаборатория Нижни Новгород O.V. Лосев, Той влезе в историята предимно като изобретател на кристадин (осцилатор и усилвател, базиран на диод) и светодиод. Вижте повече за това тук: История на светодиодите. Блясък на Лосев.

В зората на производството на транзистори основният полупроводник беше германий (Ge). По отношение на консумацията на енергия, тя е много икономична, напрежението за отключване на нейното pn съединение е само 0,1 ... 0,3V, но много параметри са нестабилни, така че силицийът (Si) дойде да го замести.

Температурата, при която германиевите транзистори работят, е не повече от 60 градуса, докато силициевите транзистори могат да продължат да работят при 150. Силиконът като полупроводник превъзхожда германия по други свойства, главно по честота.

В допълнение, запасите на силиций (обикновен пясък на плажа) в природата са неограничени, а технологията за почистването и преработката му е по-проста и по-евтина от рядката в природата елемент от германий. Първият силициев транзистор се появява малко след първия германиев транзистор - през 1954г. Това събитие дори доведе до ново име „силиконова епоха“, да не се бърка с камъка!

Транзисторна еволюция

Фиг. 4. Еволюцията на транзисторите


Микропроцесори и полупроводници. Силиконова ера залез

Замисляли ли сте се защо напоследък почти всички компютри са станали многоядрени? Термините двуядрени или четириядрени са общи за всички. Факт е, че увеличаването на производителността на микропроцесорите чрез увеличаване на тактовата честота и увеличаване на броя на транзисторите в един пакет за силиконовите структури е почти близо до границата.

Увеличение на броя на полупроводниците в един корпус се постига чрез намаляване на техните физически размери. През 2011 г. INTEL вече разработи 32 nm технологична технология, при която дължината на транзисторния канал е само 20 nm. Подобно намаление обаче не носи забележимо увеличение на тактовата честота, тъй като беше до 90 nm технология. Очевидно е, че е време да преминем към нещо коренно ново.

История на транзистора

Фиг. 5. История на транзисторите


Графен - полупроводникът на бъдещето

През 2004 г. физиците откриват нов полупроводников материал. графен, Този основен кандидат за заместване на силиций е също материал от въглеродна група. На негова основа се създава транзистор, който работи в три различни режима.

графен

Фиг. 6. Графен

Изображение на графенов полев транзистор, получен чрез сканиращ електронен микроскоп

Фиг. 7. Изображение на полев графенов транзистор, получен чрез сканиращ електронен микроскоп

В сравнение със съществуващите технологии, това ще позволи да се намали броят на транзисторите в един случай точно три пъти. Освен това, според учените, работните честоти на новия полупроводников материал могат да достигнат до 1000 GHz. Параметрите, разбира се, са много примамливи, но засега новият полупроводник е в етап на разработване и проучване, а силицийът все още е работен кон. Неговата възраст все още не е приключила.

Борис Аладишкин 

Вижте също на electrohomepro.com:

  • Видове транзистори и тяхното приложение
  • Транзистори. Част 3. От какво са направени транзисторите
  • Защо електротехниците не винаги са приятели с електрониката. Част 2. Как да научите елек ...
  • Оптични транзистори - бъдещето на електрониката
  • IGBT са основните компоненти на съвременната силова електроника

  •  
     
    Коментари:

    # 1 написа: | [Цитиране]

     
     

    Независимо от това, в звуковата технология има връщане към лампите, тъй като звукът от тръбен усилвател не може да се сравни със звука на транзистор.

     
    Коментари:

    # 2 написа: | [Цитиране]

     
     

    volfram, Що се отнася до връщането към технологията на лампите, вие направихте твърде противоречиво изявление. Просто има хора, които субективно смятат, че лампите са по-добри, това е всичко. Относно факта, че „не стига до никакво сравнение“, не бих казал. Това е просто навик.

     
    Коментари:

    # 3 написа: Влад | [Цитиране]

     
     

    Все пак звукът на лампата е по-добър от транзисторите. И това не е „субективно изглежда“, а реален факт. Сега дори старото хоби се възражда - дизайнът на тръбните усилватели. Пишат се всевъзможни нови книги по тази тема, доста хора седят на форуми до степен на безумие. Всеки иска перфектния звук. Лампите в този бизнес са точно това, от което се нуждаете!

     
    Коментари:

    # 4 написа: Александър Молоков | [Цитиране]

     
     

    Влад, дай линк или името на някоя от тези книги. Само така, че това са сериозни публикации, а не опити да се „разкъсат кориците“ и да се каже как е „наистина“. Така че теоретичната обосновка е: "така и така, лампите са по-добри, защото ..."

     
    Коментари:

    # 5 написа: Вадим | [Цитиране]

     
     

    "Слушателите, подчинени на безпрецедентната яснота на звука на полупроводниковите системи, въпреки това отбелязаха негативни аспекти. Човек може да се натъкне на някои такива преценки." Звукът на лампата изглежда мек, кадифен, транзисторен - остър, досаден. " „Сякаш пробиваш препятствие.“ „Искам да слушам и слушам тръбен апарат, транзисторът бързо се изморява.“ Разбира се, въпросът не беше в някакво специално „озвучаване“ на самите транзистори. Констатациите са изяснени, те се крият в спецификата на работата на вериги с дълбоки отрицателни обратни реакции (и без такива връзки полупроводниковите усилватели не могат да работят приемливо, това са особено характеристиките на транзисторите. Между другото, поради тази причина са възможни транзисторни звукови и чисто тръбни вериги. мерки за борба с "транзисторния звук". Аудиофилите са уверени, че отрицателните характеристики на звука не могат да бъдат напълно елиминирани и сложното ухо дава безспорно предимство на звука на тръбните усилватели, които нямат обратна връзка . " (Гаврилов С. А. „Изкуството на ламповата схема“ 2012).

     
    Коментари:

    # 6 написа: Александър Молоков | [Цитиране]

     
     

    Звукът „пробиване през бариерата“ е „суров и досаден“. Една тръба - "мека и кадифена". И това ли са обективните разлики? Аудиофили - те са, и дори не разказват.

    Това е като хранителни магазини, за които храненето е ритуал, в който всяко малко нещо има значение. И така светлината трябва да е слаба, чиниите бели, ножът трябва да лежи вдясно, а вилицата вляво (или обратното? - кучето го познава). Храната обаче е една и съща. И със звуковото оборудване същите проблеми. Отрицателните връзки очевидно не работят.

     
    Коментари:

    # 7 написа: Влад | [Цитиране]

     
     

    Съгласен съм, че предоставеният от Вадим текст не доказва предимството на тръбните усилватели пред транзисторните. Самият аз разгледах още няколко източника (книги на Г. С. Гендин, Джоунс Морган). Никъде няма данни за реални изследвания. Но ако оценявате модата на лампата в световен мащаб, основният трик тук е, че усилвателите на тръбите са като изкуство, елитен предмет, ръчно изработено произведение на изкуството, което изисква фина настройка и настройка, за разлика от монотонните и мрачни транзисторни устройства, направени на голям китайски конвейер ... Пламенните фенове на технологията на лампите дори не използват силиконови диоди - само лампи! Тоест, по-скоро е идеология, а идеология за избраните и които разбират много от скъпите ръчно изработени неща. Винаги трябва да има място в живота за неща, които не са подвластни на времето! Е, звукът на лампата дава разбира се порядък по-красив от транзисторите усмихвам

     
    Коментари:

    # 8 написа: Александър Молоков | [Цитиране]

     
     

    Ето го. "Проницателността" на звука, присъствието на душа в него и други подобни неща не могат да бъдат измерени с нито един инструмент. Невъзможно е да ги установим с каквато и да било точност, което означава, че това е идеология. Дори религия, може би. Но идеологията и религията са субективни неща. Те не могат нито да бъдат потвърдени, нито опровергани. Като съществуването на бог.

     
    Коментари:

    # 9 написа: | [Цитиране]

     
     

    Срещнах транзистор D13009 в енергоспестяващи лампи, но не мога да намеря щит за данни върху него. Какъв транзистор е, къде и в какво качество все още може да се използва? Моля, отговорете по електронната поща.