Les transistors au germanium ont connu leur apogée au cours de la première décennie de l'électronique à semi-conducteurs avant d'être largement remplacés par des dispositifs micro-ondes au silicium. Dans cet article, nous expliquerons pourquoi le premier type de transistors est toujours considéré comme un élément important dans l'industrie de la musique et est d'une grande importance pour les connaisseurs de bon son.
La naissance de l'élément
Le germanium a été découvert par Clemens et Winkler dans la ville allemande de Freiberg en 1886. L'existence de cet élément a été prédite par Mendeleev, ayant fixé à l'avance son poids atomique égal à 71, et la densité de 5,5 g/cm3.
Au début de l'automne 1885, un mineur travaillant à la mine d'argent Himmelsfürst près de Freiberg est tombé sur un minerai inhabituel. Il a été remis à Albin Weisbach de l'Académie minière voisine, qui a confirmé qu'il s'agissait d'un nouveau minéral. Il a, à son tour, demandé à son collègue Winkler d'analyser l'extraction. Winkler a découvert quede l'élément chimique trouvé est de 75 % d'argent et de 18 % de soufre, le scientifique n'a pas pu déterminer la composition des 7 % de volume restant de la découverte.
En février 1886, il réalisa qu'il s'agissait d'un nouvel élément métallique. Lorsque ses propriétés ont été testées, il est devenu évident qu'il s'agissait de l'élément manquant dans le tableau périodique, situé sous le silicium. Le minéral dont il est issu est connu sous le nom d'argyrodite - Ag 8 GeS 6. Dans quelques décennies, cet élément constituera la base des transistors au germanium pour le son.
Germanium
À la fin du 19e siècle, le germanium a été isolé et identifié pour la première fois par le chimiste allemand Clemens Winkler. Ce matériau, nommé d'après la patrie de Winkler, a longtemps été considéré comme un métal à faible conductivité. Cette déclaration a été révisée pendant la Seconde Guerre mondiale, car c'est alors que les propriétés semi-conductrices du germanium ont été découvertes. Les appareils constitués de germanium se sont répandus dans les années d'après-guerre. A cette époque, il était nécessaire de satisfaire le besoin de production de transistors au germanium et de dispositifs similaires. Ainsi, la production de germanium aux États-Unis est passée de quelques centaines de kilogrammes en 1946 à 45 tonnes en 1960.
Chronique
L'histoire des transistors commence en 1947 avec les Bell Laboratories, situés dans le New Jersey. Trois brillants physiciens américains ont participé au processus: John Bardeen (1908-1991), W alter Brattain (1902-1987) et William Shockley (1910-1989).
L'équipe dirigée par Shockley a essayé de développer un nouveau type d'amplificateur poursystème téléphonique américain, mais ce qu'ils ont réellement inventé s'est avéré beaucoup plus intéressant.
Bardeen et Brattain ont construit le premier transistor le mardi 16 décembre 1947. Il est connu sous le nom de transistor de contact ponctuel. Shockley a travaillé dur sur le projet, il n'est donc pas surprenant qu'il ait été troublé et en colère d'avoir été rejeté. Bientôt, il forma à lui seul la théorie du transistor à jonction. Cet appareil est supérieur à bien des égards au transistor à contact ponctuel.
La naissance d'un nouveau monde
Alors que Bardeen a quitté les Bell Labs pour devenir universitaire (il a ensuite étudié les transistors au germanium et les supraconducteurs à l'Université de l'Illinois), Brattain a travaillé pendant un certain temps avant de passer à l'enseignement. Shockley a lancé sa propre entreprise de fabrication de transistors et a créé un lieu unique - la Silicon Valley. Il s'agit d'une zone florissante en Californie autour de Palo Alto où se trouvent les principales sociétés d'électronique. Deux de ses employés, Robert Noyce et Gordon Moore, ont fondé Intel, le plus grand fabricant de puces au monde.
Bardeen, Brattain et Shockley se sont brièvement réunis en 1956 lorsqu'ils ont reçu la plus haute distinction scientifique au monde, le prix Nobel de physique, pour leur découverte.
Droit des brevets
La conception originale du transistor à point de contact est décrite dans un brevet américain déposé par John Bardeen et W alter Brattain en juin 1948 (environ six mois après la découverte originale). Brevet délivré le 3 octobre 1950de l'année. Un transistor PN simple avait une fine couche supérieure de germanium de type P (jaune) et une couche inférieure de germanium de type N (orange). Les transistors au germanium avaient trois broches: l'émetteur (E, rouge), le collecteur (C, bleu) et la base (G, vert).
En termes simples
Le principe de fonctionnement d'un amplificateur de son à transistor deviendra plus clair si nous établissons une analogie avec le principe de fonctionnement d'un robinet d'eau: l'émetteur est un pipeline et le collecteur est un robinet. Cette comparaison permet d'expliquer le fonctionnement d'un transistor.
Imaginons que le transistor soit un robinet d'eau. Le courant électrique agit comme l'eau. Le transistor a trois bornes: base, collecteur et émetteur. La base fonctionne comme une poignée de robinet, le collecteur fonctionne comme de l'eau qui coule dans le robinet et l'émetteur fonctionne comme un trou d'où l'eau s'écoule. En tournant légèrement la poignée du robinet, vous pouvez contrôler le puissant débit d'eau. Si vous tournez légèrement la poignée du robinet, le débit d'eau augmentera considérablement. Si la poignée du robinet est complètement fermée, l'eau ne coulera pas. Si vous tournez le bouton à fond, l'eau s'écoulera beaucoup plus rapidement.
Principe de fonctionnement
Comme mentionné précédemment, les transistors au germanium sont des circuits basés sur trois contacts: l'émetteur (E), le collecteur (C) et la base (B). La base contrôle le courant du collecteur à l'émetteur. Le courant qui circule du collecteur vers l'émetteur est proportionnel au courant de base. Le courant d'émetteur, ou courant de base, est égal à hFE. Cette configuration utilise une résistance de collecteur (RI). Si le courant Ic traverseRI, une tension sera générée aux bornes de cette résistance, qui est égale au produit de Ic x RI. Cela signifie que la tension aux bornes du transistor est: E2 - (RI x Ic). Ic est approximativement égal à Ie, donc si IE=hFE x IB, alors Ic est aussi égal à hFE x IB. Par conséquent, après le remplacement, la tension aux bornes des transistors (E) est E2 (RI x le x hFE).
Fonctions
L'amplificateur audio à transistor est construit sur des fonctions d'amplification et de commutation. Prenant la radio comme exemple, les signaux qu'une radio reçoit de l'atmosphère sont extrêmement faibles. La radio amplifie ces signaux via la sortie du haut-parleur. C'est la fonction "boost". Ainsi, par exemple, le transistor au germanium gt806 est destiné à être utilisé dans les dispositifs à impulsions, les convertisseurs et les stabilisateurs de courant et de tension.
Pour la radio analogique, il suffit d'amplifier le signal pour que les haut-parleurs produisent du son. Cependant, pour les appareils numériques, la forme d'onde d'entrée doit être modifiée. Pour un appareil numérique tel qu'un ordinateur ou un lecteur MP3, le transistor doit commuter l'état du signal à 0 ou 1. C'est la "fonction de commutation"
Vous pouvez trouver des composants plus complexes appelés transistors. On parle de circuits intégrés réalisés à partir d'infiltration de silicium liquide.
Silicon Valley soviétique
À l'époque soviétique, au début des années 60, la ville de Zelenograd est devenue un tremplin pour l'organisation du Centre de microélectronique en son sein. L'ingénieur soviétique Shchigol F. A. développe le transistor 2T312 et son analogue 2T319, qui deviendra plus tardcomposant principal des circuits hybrides. C'est cet homme qui a jeté les bases de la production de transistors au germanium en URSS.
En 1964, l'usine d'Angstrem, sur la base de l'Institut de recherche des technologies de précision, a créé le premier circuit intégré IC-Path avec 20 éléments sur une puce, qui remplit la tâche d'une combinaison de transistors à connexions résistives. Au même moment, une autre technologie fait son apparition: les premiers transistors plats "Plane" sont lancés.
En 1966, la première station expérimentale pour la production de circuits intégrés plats a commencé à fonctionner à l'Institut de recherche Pulsar. Au NIIME, le groupe du Dr Valiev a commencé à fabriquer des résistances linéaires avec des circuits intégrés logiques.
En 1968, le Pulsar Research Institute a produit la première partie des circuits intégrés hybrides à transistors plats à couche mince KD910, KD911, KT318, conçus pour la communication, la télévision et la radiodiffusion.
Des transistors linéaires avec des circuits intégrés numériques grand public (type 155) ont été développés au DOE Research Institute. En 1969, le physicien soviétique Zh. I. Alferov découvrit au monde la théorie du contrôle des flux d'électrons et de lumière dans les hétérostructures basées sur le système de l'arséniure de gallium.
Passé contre futur
Les premiers transistors en série étaient à base de germanium. Le germanium de type P et de type N ont été connectés ensemble pour former un transistor à jonction.
La société américaine Fairchild Semiconductor a inventé le procédé planaire dans les années 1960. Ici pour la production de transistors avecle silicium et la photolithographie ont été utilisés pour améliorer la reproductibilité à l'échelle industrielle. Cela a conduit à l'idée de circuits intégrés.
Les différences significatives entre les transistors au germanium et au silicium sont les suivantes:
- les transistors au silicium sont beaucoup moins chers;
- le transistor au silicium a une tension de seuil de 0,7 V tandis que le germanium a une tension de seuil de 0,3 V;
- le silicium supporte des températures autour de 200°C, le germanium 85°C;
- le courant de fuite du silicium est mesuré en nA, pour le germanium en mA;
- PIV Si est plus grand que Ge;
- Ge peut détecter de petits changements dans les signaux, ce sont donc les transistors les plus "musicaux" en raison de leur haute sensibilité.
Audio
Pour obtenir un son de haute qualité sur un équipement audio analogique, vous devez décider. Que choisir: circuits intégrés (CI) modernes ou ULF sur transistors au germanium ?
Au début des transistors, les scientifiques et les ingénieurs se disputaient le matériau qui sous-tendrait les appareils. Parmi les éléments du tableau périodique, certains sont conducteurs, d'autres sont isolants. Mais certains éléments ont une propriété intéressante qui leur permet d'être appelés semi-conducteurs. Le silicium est un semi-conducteur et est utilisé dans presque tous les transistors et circuits intégrés fabriqués aujourd'hui.
Mais avant que le silicium ne soit utilisé comme matériau approprié pour fabriquer un transistor, il a été remplacé par le germanium. L'avantage du silicium sur le germanium était principalement dû au gain plus élevé qui pouvait être obtenu.
Bien que les transistors au germanium de différents fabricants aient souvent des caractéristiques différentes les uns des autres, certains types sont considérés comme produisant un son chaud, riche et dynamique. Les sons peuvent aller de croustillants et inégaux à étouffés et plats avec des intermédiaires. Sans aucun doute, un tel transistor mérite une étude plus approfondie en tant que dispositif d'amplification.
Conseils pour l'action
L'achat de composants radio est un processus dans lequel vous pouvez trouver tout ce dont vous avez besoin pour votre travail. Que disent les experts ?
Selon de nombreux radioamateurs et connaisseurs du son de haute qualité, les séries P605, KT602, KT908 sont reconnues comme les transistors les plus musicaux.
Pour les stabilisateurs, il est préférable d'utiliser les séries AD148, AD162 de Siemens, Philips, Telefunken.
À en juger par les critiques, le plus puissant des transistors au germanium - GT806, il gagne par rapport à la série P605, mais en termes de fréquence de timbre, il vaut mieux privilégier ce dernier. Il convient de prêter attention aux types KT851 et KT850, ainsi qu'au transistor à effet de champ KP904.
Les types P210 et ASY21 ne sont pas recommandés car ils ont en fait de mauvaises caractéristiques sonores.
Guitares
Bien que différentes marques de transistors au germanium aient des caractéristiques différentes, ils peuvent tous être utilisés pour créer un son dynamique, plus riche et plus agréable. Ils peuvent aider à changer le son d'une guitaredans une large gamme de tons, y compris intenses, sourds, durs, plus doux ou une combinaison de ceux-ci. Dans certains appareils, ils sont largement utilisés pour donner à la musique de guitare un son agréable, extrêmement tangible et doux.
Quel est le principal inconvénient des transistors au germanium ? Bien sûr, leur comportement imprévisible. Selon les experts, il faudra procéder à un achat grandiose de composants radio, c'est-à-dire acheter des centaines de transistors afin de trouver celui qui vous convient après des tests répétés. Cette lacune a été identifiée par l'ingénieur de studio et musicien Zachary Vex lors de la recherche de blocs d'effets sonores vintage.
Vex a commencé à créer des unités d'effets de guitare Fuzz pour rendre la musique de guitare plus claire en mélangeant les unités Fuzz d'origine dans certaines proportions. Il a utilisé ces transistors sans tester leur potentiel pour obtenir la meilleure combinaison, comptant uniquement sur la chance. Au final, il a été contraint d'abandonner certains transistors en raison de leur son inadapté et a commencé à produire de bons blocs Fuzz avec des transistors au germanium dans son usine.
