Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 

Сайт электрика

Электрик Инфо » Интересные факты

История транзисторов

История транзисторовОдним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на замену электронным лампам.

Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.

Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.

Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.

Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.

Показанный транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электронных ламп. Ко всему прочему, фирма уверяла, что прибор может использоваться не только для усиления, но и для генерации или преобразования электрического сигнала.

Первый транзистор

Рис. 1. Первый транзистор

Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн

Рис. 2. Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. За сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году они разделили Нобелевскую премию 1956 года.

Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу. Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.

Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.

Транзистор и электронная лампа

Рис. 3. Транзистор и электронная лампа

Первые шаги к полупроводникам

С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов – проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда – электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).

К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.

Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.

Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит – железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» - огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.

В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 - 1930 годы.

Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода. Подробнее об этом смотрите здесь: История светодиодов. Свечение Лосева.

На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn – перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).

Температура, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150. Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.

Кроме того, запасы кремния (обычный песок на пляже) в природе безграничны, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого - в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век», не надо путать с каменным!

Эволюция транзисторов

Рис. 4. Эволюция транзисторов

Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»

Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.

Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий. Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.

История транзисторов

Рис. 5. История транзисторов

Графен – полупроводник будущего

В 2004 году учеными–физиками был открыт новый полупроводниковый материал графен. Этот основной претендент на замену кремнию также является материалом углеродной группы. На его основе создается транзистор, работающий в трех разных режимах.

Графен

Рис. 6. Графен

Изображение полевого графенового транзистора, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

Рис. 7. Изображение полевого графенового транзистора, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

По сравнению с существующими технологиями это позволит ровно в три раза сократить количество транзисторов в одном корпусе. Кроме того, по мнению ученых рабочие частоты нового полупроводникового материала могут достигать до 1000 ГГц. Параметры, конечно, очень заманчивые, но пока новый полупроводник находится на стадии разработки и изучения, а кремний до сих пор остается рабочей лошадкой. Его век еще не закончился.

Борис Аладышкин 


Сейчас самое время поделиться статьей и добавить ее в закладки!


Тематические разделы: Электрик Инфо » Интересные факты

Другие статьи:

  • Виды транзисторов и их применение
  • Транзисторы. Часть 3. Из чего делают транзисторы
  • Почему электрики не всегда дружат с электроникой. Часть 2. Как изучить элек ...
  • Графеновые аккумуляторы - технология, которая изменит мир
  • Транзисторы: назначение, устройство и принципы работы
  • Устройство и работа биполярного транзистора


  •  
      Комментарии:

    #1 написал: volfram | [цитировать]

     
     

    И тем не менее, в звуковой технике идет возврат к лампам, потому как звук лампового усилителя не идет ни в какое сравнение со звуком транзисторного.

      Комментарии:

    #2 написал: Александр Молоков | [цитировать]

     
     

    volfram, насчет возврата к ламповой технике - это вы слишком спорное утверждение сделали. Просто есть люди, которым субъективно кажется, что лампы лучше, и все. Про то, что "не идет ни в какое сравнение", я бы говорить не стал.  Это просто привычка.

      Комментарии:

    #3 написал: Влад | [цитировать]

     
     

    Все-таки в звуке лампы лучше транзисторов. И это это не "субъективно кажется", а реальный факт. Сейчас даже старое хобби возродилась - конструирование ламповых усилителей. Книжки всякие по этой теме новые пишут, на форумах до умопомрачения куча народу сидит. Все хотят получить идеальный звук. Лампы в этом деле - самое то что надо!

      Комментарии:

    #4 написал: Александр Молоков | [цитировать]

     
     

    Влад, дайте ссылку, или название какой-нибудь из этих книг. Только чтобы это были серьезные издания, а не попытки "сорвать покровы" и рассказать, как оно "на самом деле". Чтобы теоретическое обоснование было: "так и так, лампы лучше потому что..."

      Комментарии:

    #5 написал: Вадим | [цитировать]

     
     

    "Слушатели, покоренные небывалой чистотой звучания полупроводниковых систем, тем не менее, отмечали и негативные моменты. Можно было встретить примерно такие суждения. «Звучание лампового аппарата кажется мягким, бархатным, транзисторного — резким, раздражающим». «Звук лампового приемника льется свободно, транзисторного — как бы прорывается через преграду». «Ламповый аппарат хочется слушать и слушать, транзисторный — быстро утомляет». Дело было, конечно, не в каком-то особом «звучании» транзисторов самих по себе. Причины указанного явления выяснены, они кроются в специфике работы схем с глубокими отрицательными обратными связями (а без таких связей полупроводниковые усилители приемлемо работать не могут, таковы уж особенности характеристик транзисторов). Кстати, по этой причине возможно «транзисторное» звучание и чисто ламповых схем. Ясны и меры борьбы с «транзисторным звуком». Аудиофилы уверены, что негативные особенности звучания до конца устранить невозможно, и искушенное ухо отдает неоспоримое преимущество звуку ламповых усилителей, не имеющих обратных связей." (Гаврилов С. А. "Искусство ламповой схемотехники" 2012 г.).

      Комментарии:

    #6 написал: Александр Молоков | [цитировать]

     
     

    Звук "прорывается через преграду", является "резким и раздражающим". А ламповый - "мягкий и бархатный". И это объективные различия? Аудиофилы - они такие, и не то еще расскажут.

    Это как гастрономы, для которых употребление пищи является ритуалом, в котором каждая мелочь имеет значение. И поэтому свет должен быть приглушенным, посуда белой, нож должен лежать справа, а вилка слева (или наоборот ли? - пес его знает). Однако еда-то одна и та же. И со звуковой техникой та же беда. Отрицательные связи явно не при делах.

      Комментарии:

    #7 написал: Влад | [цитировать]

     
     

    Согласен, что текст приведенный Вадимом не доказывает преимущество ламповых усилителей, над транзисторными. Я сам посмотрел еще несколько источников (книги Г. С. Гендина, Джонса Моргана). Данных на реальные исследования нигде нет. Но если оценивать моду на лампы глобально, то основная фишка здесь в том, что ламповые усилители, это как искусство, элитарный предмет, штучная вещь ручной работы, требующая тонкой индивидуальной настройки и регулировки в противовес однообразным и мрачным транзисторным приборам, сделанным на большом китайском конвейере... Ярые поклонники ламповой техники даже диоды кремниевые не используют - только лампы! То есть это скорее идеология, но идеология для избранных и понимающих толк в дорогих вещах ручной работы. В жизни всегда должно быть место вещам, не подвластным времени! Ну и звук лампы дают конечно на порядок красивей транзисторов smile

      Комментарии:

    #8 написал: Александр Молоков | [цитировать]

     
     

    Вот именно. "Красивость" звука, присутствие у него души и прочие подобные вещи невозможно измерить никаким прибором. Нельзя установить их с какой-нибудь точностью, а значит - это идеология. Даже религия, может быть. А идеология и религия - вещи субъективные. Их нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть. Как существование бога.

      Комментарии:

    #9 написал: Александр | [цитировать]

     
     

    Вот встретил в лампах энергосбережения транзистор D13009, а датащит на него не могу найти. Что это за транзистор, где и в каком качестве его еще можно применить? Ответьте пожалуйста по эл.адресу.

    Добавление комментария
    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, обзоры электротехнических новинок, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Copyright © 2008-2016 electrik.info
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Полезное

    Светодиодные лампы и светильники IEK