Незабаром після закінчення Другої світової війни сторінки журналів всього світу облетіло сенсаційне повідомлення про винахід нової «радіолампи», яка не вимагає вакууму і нитки напруження.
транзисторна революція
Новий підсилювальний прилад відрізнявся надзвичайно малими розмірами, високою економічністю і обіцяв мати у багато разів більший термін служби, ніж звичайні радіолампи. Основною частиною цього приладу була маленька платівка, вирізана з кристала напівпровідникового матеріалу.
Так, в період бурхливого розквіту електронної техніки, коли радіолампи встигли вже пройти великий шлях технічного розвитку і стати досконалими приладами, міцно ввійшли в сучасну техніку, почалася друга молодість напівпровідникових підсилювачів.
Зовсім в інших умовах проходила їхня перша життя. Початок 20-х років. Робляться перші спроби організувати радіомовлення і далеку радіозв'язок. Хоча радиолампа відома людству вже близько 20 років, слабке розвиток електровакуумної техніки і радіотехнічної промисловості все ще змушує широко користуватися іскровими передавачами і шукати інші прилади для генерування, виявлення і посилення радіосигналів.
І ось співробітник Нижегородської лабораторії О. В. Лосєв робить відкриття, звістка про який гарячково передруковують всі іноземні радіожурнали: генерувати і підсилювати може не тільки складна у виготовленні вакуумна радиолампа, але і простий кристалічний детектор!
Приймачі Лосєва - «крістадіна» (рис. 1) -відтворювати в Європі і Америці, будуються прогнози про швидке витіснення радіоламп кристалами.
Однак недостатність наукових знань про електричну природу кристалів, слабкий розвиток лабораторної техніки не дозволили в той час глибоко досліджувати процеси, що відбуваються в напівпровідниках, і створити надійні високоефективні, які не поступаються радіолампах напівпровідникові підсилювальні прилади.
У міру подальшого вдосконалення електронних ламп кристадин поступається місцем ламповим приймачів і вже до кінця 20-х років втрачає практичне значення.
Мал. 1. Кристадин Лосєва - перший радіоприймач, котрий використовував напівпровідниковий підсилювач (1922).
30-ті роки з'явилися тріумфом електронної лампи. Завдяки успіхам електронної техніки стали реальністю і «газета без паперу і без відстаней» і масове радіомовлення, звукове кіно і телебачення, радіолокація і радіоастрономія, сучасні швидкодіючі системи автоматики і телеуправління, радіонавігації і електронні обчислювальні машини, ультразвукова техніка і управління ядерними реакціями.
І чим більш широке застосування знаходять електронні лампи, тим гостріше починають проявлятися деякі принципові недоліки, властиві їм.
Ще в період другої світової війни виявилася недостатня надійність військової радіоапаратури, причому основна маса відмов була пов'язана з несправністю радіоламп.
Широке поширення радіомовних приймачів і телевізорів розкриває інший серйозний недолік сучасних радіоламп - їх низьку економічність.
Розвиток електронних обчислювальних машин та інших спеціальних пристроїв, що включають в себе тисячі радіоламп, висуває жорсткі вимоги як до надійності і терміну служби ламп, так і до економічності харчування і мінімальних розмірів їх.
Ще в 40-х роках спостерігається прагнення в ряді випадків перекласти деякі функції радіоламп на прилади інших класів (рис. 2): кенотрони починають замінюватися селеновими випрямлячами, замість детекторних і змішувальних ламп починають застосовуватися кремнієві і германієві діоди з постійною робочою точкою.
Звичайно, ці прилади здатні вирішувати лише вузькі специфічні завдання і не можуть серйозно конкурувати з усім класом електронно-вакуумних приладів. Основним універсальним підсилювальним і генераторним приладом залишається радиолампа.
Мал. 2. З 40-х років радіолампи починають витіснятися напівпровідниковими приладами. Зараз залишилася тільки одна область, в якій лампа ще не може бути замінена: генерування і посилення великих потужностей на високих частотах.
Але ось паралельно з прогресом електронної техніки, а значною мірою і завдяки йому розширюються і поглиблюються уявлення людини про природу матерії: розвивається електронна теорія металів, збагачує наші уявлення про фізику металевих провідників і механізмі їх електропровідності; квантова механіка проливає нове світло на властивості електрона і його взаємодію з іншими частинками.
Нарешті, з'являється зонна теорія, яка дозволяє пояснити властивості абсолютно різних речовин - діелектриків, провідників і напівпровідників - з однієї позиції: з точки зору можливих енергетичних станів електрона.
В ході цього прогресу науки вдається не тільки пояснити багато незрозумілі перш явища, а й розкрити нові властивості матерії, підпорядкувати ці властивості волі людини.
Цими досягненнями і була підготовлена друга життя напівпровідникових підсилювачів. Людина навчилася свідомо керувати рухом електрона не тільки в вакуумі, а й у товщі кристала, де електрон знаходиться в безперервній взаємодії з іншими частинками.
У 1948 р американцями Джоном Бардіним і Вальтером Браттейном був виготовлений перший трьохелектродний підсилювальний прилад, заснований на використанні особливих властивостей контактів з кристалом напівпровідника, - так званий «точковий» транзистор.
Подальший розвиток транзисторів
Відкриття нового підсилювального приладу, що не вимагав вакууму і нитки напруження, що мав надзвичайно малі розміри (рис. 3) і володів великим терміном служби (рис. 4), було тепер як не можна до речі.
Мал. 3. Найважливішою перевагою транзистора є його малі розміри і вага.
І, незважаючи на те, що за своїми підсилювальним властивостями перший транзистор з працею йшов в порівняння з сучасними радиолампами, за його удосконалення відразу ж взявся великий загін фахівців.
Мал. 4. Термін служби транзистора може досягати сотень тисяч годин.
Вільям Шоклі в короткий термін розробив теорію транзисторів і винайшов новий, більш досконалий тип їх - так званий «площинний» транзистор.
Істотний внесок в теорію і техніку напівпровідників внесли і радянські фахівці: академіки А. Ф. Іоффе, Б. М. Вул і І. Е. Тамм і багато інших фахівців, в тому числі передбачив у своїй передвоєнної роботі основні ідеї теорії Шоклі Б. І . Давидов.
Першим транзисторів були властиві серйозні недоліки: високий рівень шумів, обмежений діапазон робочих частот, сильна залежність електричних параметрів від температури, обмежена потужність.
Багато з них були дитячими хворобами молодий техніки і вже успішно подолані. Стає все ясніше, що в особі транзистора стара електронна лампа зустрічає серйозного конкурента.
За короткий термін граничні робочі частоти транзисторів виросли від декількох сотень кілогерц до тисячі мегагерц. Поряд з малопотужними приладами вже створені транзистори, що забезпечують вихідну потужність до 100 Вт і вище.
З'явилися напівпровідники, здатні працювати при температурах понад 1 000 ° С. Різко знижений рівень власних шумів транзисторів. Зараз самі нізкошумящіе підсилювачі часто вдається створювати саме на транзисторах, а не на лампах.
Що ж стосується мініатюрності, механічної міцності і економічності, то в цих питаннях пальма першості безроздільно належить транзисторів з моменту їх винаходу.
У ряді застосувань лампа вже нездатна конкурувати з транзистором. Це перш за все слухові апарати, розміри і вага яких при переході до транзисторів зменшилися в 5-20 разів, а споживання енергії скоротилося в 20-50 разів.
Потім - це кишенькові приймачі (рис. 5), проблему яких за допомогою радіоламп задовільно вирішити не вдалося взагалі.
Мал. 5. Найбільший ефект дає застосування транзисторів в портативної переносної радіоапаратури.
Успішно просувається впровадження транзисторів в обчислювальні машини, в апаратуру, призначену для тривалої роботи без контролю людини, наприклад проміжні підсилювачі в системах телекомунікації, де потрібні висока надійність, економічність і великий термін служби.
Вельми ефективним є застосування транзисторів в штучних супутниках землі і космічних станціях, де їх переваги перед лампою проявляються особливо сильно.
В даний час промисловістю випускаються транзистори, призначені для вирішення наступних завдань (рис. 6).
Мал. 6. Зовнішній вигляд транзисторів епохи СРСР. а-для посилення малих сигналів низької частоти; б-то ж високої частоти; в-потужні низькочастотні транзистори.
Універсальні малопотужні транзистори
Типовими представниками, цієї групи є площинні германієві транзистори типів П13-П15, П8-П11 і кремнієві типів П101-П103.
Це високоекономічні підсилювальні прилади малих розмірів, що дозволяють успішно посилювати і генерувати сигнали низьких і помірно високих частот (до 500-1 000 кГц).
Один каскад посилення з таким транзистором здатний забезпечити посилення потужності сигналу до 30 000 разів. Максимальна вихідна потужність в однотакт-ної схемою досягає 10-30 мет.
Для нормальної роботи цих транзисторів потрібно харчування струмом до 1 ма при напрузі в декілька вольт, але підсилювальні властивості проявляються і при значно менших потужностях харчування, абсолютно немислимих для звичайних радіоламп, наприклад, при струмі 10 мкА і напрузі 0,2 в.
Потужні низькочастотні транзистори
Ця група включає в себе площинні транзистори, призначені спеціально для кінцевих і потужних предоконечних каскадів низькочастотних підсилювачів.
Вони також успішно застосовуються в перетворювачах постійного струму, що підвищують напругу від одиниць і десятків до сотень і навіть тисяч вольт, в підсилювачах, які працюють на виконавчі механізми (реле, двигуни), генераторах низької частоти (до декількох десятків кілогерц), стабілізаторах напруги і імпульсних схемах при помірних частотах.
До цієї групи приладів відносяться транзистори типів П4, П201-П203, П207-П210. Ці транзистори забезпечують вихідну потужність від одиниць ват (П201) до сотень ват (П207-П208).
Високочастотні малопотужні транзистори
Незважаючи на те, що спочатку найбільш високочастотними транзисторами вважали точкові, розвиток методів виготовлення площинних транзисторів призвело до повного витіснення точкових.
В даний час найбільш високочастотними приладами є особливі різновиди площинних транзисторів, серед яких основна роль належить транзисторів, що виготовляється методом дифузії домішок з газового середовища (так звані «дифузійні» транзистори).
Високочастотні площинні транзистори придатні для посилення і генерування сигналів з частотою від одиниць мегагерц (П12) до сотень мегагерц (П410, П411). Ці транзистори виявляються також прекрасними приладами для швидкодіючих імпульсних схем і широкосмугових підсилювачів.
Потужні високочастотні транзистори
В основі створення високочастотних транзисторів лежить мініатюризація геометрії робочих елементів. Це в свою чергу призводить до обваження теплового режиму транзистора і обмежує допустимі потужності.
У зв'язку з цим довгий час не вдавалося створити потужний високочастотний транзистор. Однак інтенсивні дослідження вже дали перші позитивні результати і в цьому напрямку. З літератури відомо про створення кремнієвих дифузійних транзисторів, розвиваючих на частотах 100 Мгц потужність в кілька ват.
Незважаючи на те, що шляхи подальшого різкого збільшення потужності високочастотних транзисторів ще неясні, вже створений асортимент напівпровідникових приладів є потужним засобом вдосконалення радіоелектронної апаратури.
Джерело: Бурлянд В.А. Жеребцов І.П. Хрестоматія радіоаматора. 1963 р
Повна взімозаменяемость, швидше за все що не вийде, оскільки принципи роботи у транзистора і радіолампи різні, в деяких випадках без радіоламп не обійтися. Для кожного блюда - свій рецепт і свої інгредієнти.
У статті написано: "Зараз залишилася тільки одна область, в якій лампа ще не може бути замінена: генерування і посилення великих потужностей на високих частотах". І це актуально і для нашого часу. Генератори ВЧ на лампах мають кращу стабільність частоти ніж на транзисторах. Підсилювачі потужності ВЧ на лампах мають більше посилення ніж на транзисторах, отже ламповий радіопередавач має меншу кількість каскадів, в порівнянні з транзисторним, що спрощує його настройку та налагодження. Крім того потужні транзистори дуже ніжні і чутливі прилади, найменші відхилення режиму роботи від оптимальних значень і транзистор виходить з ладу. Потужні лампи витримують значні відхилення по годує напруженням і режиму роботи і стають цілими і неврідімимі, і потужний підсилювач ВЧ на лампі легше налаштувати ніж на транзисторі.
lex, цілком цікаве зауваження. З плином часу, після розпаду союзу, люди отримали багато підтверджені факти і матеріали, які по суті перевертають історію СРСР з ніг на голову.
Проте, залишається дуже великий відсоток тих, хто ні за яких обставин не визнає спростування того, що йому "зашила" в голову радянська пропагандистська машина.
Що до даної статті, то вона дає уявлення про технології та настроях 60х років, про те що було і як воно бачилося в ті часи.