Aktuális

Aktuális

A félvezetők világáról, a tranzisztorokról

Urbán László elektronikai sorozata, 3. rész

2020.05.12

Folytatva a történetet, elérkezünk az elektroncsövek világából a félvezetők világába. A félvezetők felfedezése, fejlesztése tette lehetővé a mai modern és nagyon bonyolult elektronikai eszközök kifejlesztését.

A félvezetők világáról, a tranzisztorokról

Tranzisztoros rádió (kapcsolási rajz)

Egy kis történelem, amelyet így is kezdhetnénk: már a múlt század húszas-harmincas éveiben foglalkoztak a kutatók ezzel a dologgal. Megpróbálták a félvezető diódát vezérelni. Alapanyagok közül a germániumot és a szilíciumot tartották alkalmasnak arra, hogy eszközt készítsenek belőle. Több próbálkozás után 1947-ben Walter Brattain két kutató társával állított elő tranzisztort, germánium és aranylemez összepréselésével, amelyet kísérletképpen egy korabeli erősítő egyik elektroncsövének helyébe építették be. És működött! A találmányt szabadalmaztatták 1948-ban. Brattain és két kutató társa John Bardeen és William Shockley 1956-ban Nobel-díjat kaptak. Gondoljunk bele: ez a forradalmi újítás az alapja a napjainkban használt elektronikai eszközei „evolúciójának”. Maga az elnevezés az angol transfer-resistor (kb.: „átengedés-ellenállás”) szavakból képzett mozaikszó.

Tranzisztorok, diódák

Tranzisztorok, diódák

Mivel győzte le a tranzisztor az elektroncsöveket? Az előző részben említettem a csövek magas energia felhasználását. Elektroncsövekkel is próbáltak számítógépeket készíteni, amelyek szoba méretűek voltak, de meg sem közelítették a mai komputerek kapacitását. El lehet képzelni, mekkora energia kellett a működtetésükhöz, és gyakran cserélni kellett a csöveket. A tranzisztorok kisebbek voltak, kevesebbet fogyasztottak. Így az elektroncsöveket hamarosan felváltották a kis fogyasztású, tartósabb és egyre nagyobb frekvenciákon működő tranzisztorok. A csöves rádiókat kiszorították a félvezetősek. Eleinte ezek germániumból, később csak szilícium alapú félvezetőkből álltak.

Mit jelent az, hogy félvezető? Vannak anyagok, amelyek jól vezetik az elektromos áramot. Ilyenek a fémek. Vannak, amelyek szigetelik. A félvezetőknek szobahőmérsékleten nagyon magas az ellenállásuk. Hogy jobban vezessenek, szennyezik a félvezető kristályt (germánium, szilícium, szelén) egy vegyértékkel kisebb vagy nagyobb anyaggal. Ezek általában alumínium, arzén, antimon. Miután az alapkristály négy vegyértékű, a szennyezőanyag három, vagy öt, nem teljes az atomok kristályszerkezetbe kapcsolódása. Így az új anyag szerkezetében szabad elektronok, illetve elektronhiányok (lyukak) vannak. Ha a kristályra elektromos erőtér hat, akkor ezek a szabad elektronok elkezdenek mozogni és áram folyik. Ezt a hatást kihasználva az ilyen kristályokból felépített eszközöket attól függően, hogy hány rétegből állnak (kettő, három, négy) egyenirányításra, erősítésre, kapcsolásra lehet használni.

Azért beszélek félvezetőkről, mert nagyon sokféle eszköz van ezekből, mindegyik másféle szerkezettel. Nem részletezem nagyon, de egy-két mágikus kifejezést bemutatnék ezekből: PNP, NPN tranzisztorok, FET, MOS-FET, Tirisztor, Triac, zéner dióda, alagút dióda, LED, OLED, nem beszélve az egy tokban elhelyezett több tíz, vagy több ezer, sőt millió integrált áramkörökről, amelyek lehetnek analóg és digitális eszközök is.

Integrált áramkörök

Ennyi előzetes után folytatnám a történetet arról, hogyan ismerkedtem meg ezekkel az eszközökkel. Még mindig technikumba jártunk, ahol a tanterven felül kísérleteztünk tranzisztorokkal. Leginkább rádiókat építettünk. Magunk terveztük meg a nyomtatott áramköröket, az üvegszálas hordozójú panelon a réz réteget kimarattuk vaskloriddal, kifúrtuk az alkatrészek lábainak helyét és összeforrasztottuk, behangoltuk a rádiót. Lelkesek voltunk, minden újat meg akartunk tanulni. Az akkor havonta megjelenő Rádiótechnika című újságból vettük a tanulnivalókat és az ötleteket. Megjelentek a piacon a könnyű, hordozható tranzisztoros rádiók, még hordozható magnóval is találkoztunk. Nálunk otthon még mindig működik az 1971-ben vásárolt Sirius táskarádiónk. A hatvanas-hetvenes években két technológia, az elektroncsöves és a félvezetős médiaeszközök versenyeztek egymással. A fekete-fehér televíziókban a hetvenes években itt-ott megjelentek a félvezetők, de a nyolcvanas évek vége felé el is tűntek az elektroncsövek. Ma már csak az igen drága hangfrekvenciás erősítőkben alkalmazzák őket, mert az elektroncsöves erősítők szebb hangzást biztosítanak a vájt fülűek szerint.

Ez a fejlődés igazi evolúció volt. Képzeljünk el egy facsemetét, amely elültetéskor egy suháng, majd lesz egy-két ága, azok megerősödnek, metszik a koronáját, sok-sok ága, ágacskája lesz a fának, számtalan levéllel. Ezt a tudásmennyiséget egyre nehezebb egy embernek megemészteni, a dolgok szakosodnak, egyre több specialista kell hozzá.

Convairs orosz zsebrádió

Convairs orosz zsebrádió

Természetesen próbáltam követni az eseményeket, de csak a munkám és a hobbi tevékenységem során megtanultakról tudok mesélni. A hatvanas évek végén kezdett elterjedni az FM (frekvencia modulált) rádióadás, egyre több URH-s rádiókészülék jelent meg a forgalomban. A hangok minősége lényegesen szebb lett a rádió hallgatás során, a viharok villámai nem zavartak a rádióadást. Ezzel egy időben a mono műsorszórás mellett kezdődött a sztereo rádióadás elterjedni. Ez térbeli zeneélményt nyújtott. Ekkor már a lemezjátszók, amelyeken még bakelitlemezek forogtak és a magnetofonok is rendelkeztek sztereo képességekkel. Ha megengedi az olvasó, itt nem bocsátkozom technikai részletekbe, bár sokat tudnék róla írni. Hogy hogyan oldották meg, hogy mono készülékkel is lehessen hallgatni a sztereo adást, és hogyan választják szét a sztereo vevőkben a jobb és bal csatornát. Beszélhetnék a komplex jelről és a különbségi hangjelekről. Jómagam is építettem a hetvenes években házilag sztereo dekódert és erősítőt, amelynek az akkor már meglévő Sirius rádió volt a rádió része. A rádió Pick-up kimenetre kivezettem azt a jelet, (deem fázis előttit), amelyet dekódolni lehet, és felerősítettem tranzisztoros erősítővel. A hangszóróim két kiszuperált Munkácsi TV-ből származtak, amelyeket egy vattával bélelt fadoboza tettem bele. Később egy URH vevőt is készítettem, amelyben benne volt a sztereo dekóder, és külön hozzá egy új sztereoerősítőt, több bemenettel. Magnója egy lengyel gyártású kazettás magnó volt. Egy kis HIFI tornyot bütyköltem így össze.

Convairs orosz zsebrádió belseje

Convairs orosz zsebrádió belseje

Közben akkori munkahelyemen, a Remixben megismerkedtem a passzív elektronikai eszközök (ellenállások, kondenzátorok) gyártásához szükséges gépekkel, műszerekkel. Igazi jó iskola volt. A hetvenes években ezek az eszközök zömmel csöves eszközök voltak, de itt is átvették a helyüket a félvezetők, tirisztorok, triacok. A nyolcvanas években még az infravörös lézerrel is megismerkedtem, ha kellett javítottam, beállítottam. Érdekes módon még megvan minden ujjam.

Erről jut eszembe egy vicces sztori. Bemegy a lézerkarbantartó a kocsmába, kér öt sört, és kinyitja tenyerét, mutatva az ötöt. De ő csak a hüvelykujját, a gyűrűs- és kisujját tudja mutatni, mert szerelés közben levágta a lézersugár a mutató és a középső ujját. (Ez a vicc természetesen elmutatva sokkal hatásosabb.)

Sztereo magnetofon

Sztereo magnetofon

Ebben az időszakban kollégáimmal sokat tanultunk, továbbképzéseken vettünk részt, de sok új berendezést is kifejlesztettünk. Megismerkedtünk a digitális és analóg integrált áramkörökkel, beépítettük és használtuk is őket. Ebben az időszakban már találkoztam számítógépnek mondott irodai eszközökkel. Ezeket a berendezéseket bérelszámolásra, könyvelésre használták. Akkor még volt KGST, és így ez a géphalmaz nemzetközi kooperációval a következő elemekből állt, persze kis nyugati technikai segítség is volt benne. A villamos írógép NDK gyártmány, lyukszalag olvasó MOM (Magyar Optikai Művek), központi számítógép, aritmetikai, memória panelekkel román gyártmány amerikai licenc nyomán, lyukszalag nyomtató román gyártmány, a lyukasztó mechanika japán gyártmány. A fix memóriája nagyon érdekes volt. Ferrit szegeket kellett bedugdosni a négy bitet tartalmazó byte-okba egy nyomtatott áramkörbe. Ez volt a korabeli winchester, csak nem forgott. Az egyik oldalon kapták ferrit szögek a gerjesztést, a másik oldalon pedig kiolvasásra került az információ. Ahol szegek voltak, „IGEN” volt, ahol nem, „NEM” jelszint volt. Mai szavakkal egy ilyen tábla volt egy alkalmazás. Ha másra használták a gépet, egy másik táblát kellett bedugni a berendezésbe. Magam is rakosgattam ilyen programtáblákat. A gép bekapcsoláskor ezekből olvasta ki a programot RAM-okba. Nem volt sok fix memória, a további programrészek, egyéb adatokkal együtt pedig lyukszalagról került beolvasásra. Amikor a programban olvasó indítási parancs volt, beolvasta például a dolgozók nevét, és a villamos írógép elektromágnesei elindultak és legépelték a kívánt szöveget. Természetesen kézzel kellett beütni minden számadatot egy másik billentyűzeten, és a megfelelő aritmetikai műveleteket elvégezte a gép.

Otthon sokat barkácsoltam: oszcilloszkópot, hanggenerátort, GDO-t, különböző tápegységeket is készítettem, amelyek nem csak a hobbi tevékenységem során, hanem a munkahelyi feladatok előkészítésében segítettek. Gyakran készítettem „deszka modelleket”. A nyolcvanas években megjelentek az első asztali számítógépek, gondolok itt a Commodore-ra, a ZX Spektrumra. Ez utóbbin én is írtam basic nyelven egyszerű programokat, amelyet a Remixben használtak. A fiam Commodoron tanulta meg a számítógép alapjait. (Ma már én tanulok tőle esetenként dolgokat.)

A következő részben napjainkba érkezünk.

Urbán László

Képgaléria


A képek nagy méretben történő megtekintéséhez kattintson a kiválasztott képre.


Tetszett a cikk? Oszd meg másokkal is!

Segítsd munkánkat egy megosztással!

Vissza