Diode en transistor
Geschiedenis van de transistor
Transistor
-

-

1

2

3

4

5

De eerste transistoren waren puntcontact transistoren. Deze hadden geen goede eigenschappen en werden vervangen door junctietransistoren.

Alle moderne transistoren zijn junctietransistoren: het transistor-effet gebeurt op de overgang tussen twee lagen. De originele transistoren werden verticaal gebouwd en werden later vervangen door de huidige transistoren, die men lagentransistoren noemt en die een horizontale constructie hebben.

De junctie transistor

Figuur 1
De lagentransistor bestaat uit een dun plaatje N materiaal (germanium vijfwaardig gedopeerd), groen op de figuur. Aan beide zijden wordt een tablet driewaardig materiaal aangebracht, meestal is dat indium dat een goede geleider is en een laag smeltpunt heeft (155░c). Het plaatje wordt verwarmd tot boven het smeltpunt van indium. Het indium lost het germanium op, waardoor er P materiaal ontstaat, rood op de figuur. Er blijft ook nog een deel indium over waarop de aansluiting gesoldeerd wordt.

De praktische realisatie is te zien op de foto's 2.

Het is belangrijk dat er nog een dun laagje N germanium overblijft. Is die laag doorbroken, dan loopt de stroom gewoon door van emitter naar collector, is de laag te dik, dan heeft men geen transistorwerking, maar gewoon twee diodes. De stroomversterking van de transistor wordt grotendeels bepaald door de dikte van deze laag.

Omdat de dikte vroeger nooit nauwkeurig vastgelegd kon worden tijdens de fabricage, was ook de versterking verschillend van transistor tot transistor. Na fabricage werden de transistoren uitgementen en kregen ze een extra letter om de versterking aan te geven: A, B of C (met A doorgaans een versterking van minder dan 100 en C een versterking van meer dan 250).

Vanwege het lage smeltpunt van indium kunnen dergelijke transistoren slechts een beperkt vermogen dissiperen, voor consumertransistoren is dat ongeveer 100mW voor een transistor in een plastieken behuizing (foto's zie lager).

Deze eerste junctietransistoren hadden een grote basis (zie figuur). De eerste transistoren (puntcontact en de eerste junctietransistoren) werden in die tijd noodgedwongen aangestuurd op de emitter en de basis werd geaard. De ingangsimpedantie van een transistorschakeling was daarom zeer laag, doorgaans een hondertal ohms terwijl de uitgangsimpedantie hoog was. De stroomversterking was lager dan 1 (gemeenschappelijke basisschakeling).

Deze schakeling kon ook de slechte eigenschappen van deze transistoren wat verdoezelen, namelijk de maximale werkfrekwentie, die in de buurt van 1MHz lag. Dergelijke transistoren konden niet gebruikt worden in het radiofrekwent gedeelte van een radio, en zo komt het dat de eerste transistorradios hybride waren: buizen voor het radiofrekwent gedeelte en transistoren voor het laagfrekwent gedeelte.


Foto 3
Uitsnede van een transistor IBM 083. Deze transistor werd gebruikt als signaalversterker, bijvoorbeeld om het sense-signaal van kerngeheugen te versterken.
  1. Metalen steunplaat
  2. Germaniumkristal "p" gedopeerd met indium
  3. Germaniumdruppel "n" gedopeerd met antimoon. De draad bestaat uit tin
Aan de andere kant hebben we de emitter. De draden zijn gebogen om dilatatie mogelijk te maken.

Het complementair type is de IBM 033.


IBM had veel transistoren nodig voor zijn computers en had daarvoor eigen fabrieken gebouwd.

De transistoren hadden een laag frekwentiebereik. Door de transistoren buiten het saturatiegebied te houden, een relatief hoge stroom te gebruiken en door lokale tegenkoppeling te gebruiken (per transistor) kon men de transistoren voldoende snel maken.

In Europa daartegenover...

De amerikanen schakelen snel over op transistoren, maar in Europa blijft men de radiobuizen langer trouw. Zelfs de draagbare radio's waren nog uitgerust met buizen. Er worden ook hybride radios gebouwd, het hoogfrekwent gedeelte bestaande uit buizen en het laagfrekwent gedeelte uit transistoren. De geschiedenis van de radio staat hier uitgelegd. Ook televisies gebruiken transistoren, maar ook buizen voor het hoogfrekwent gedeelte en vooral voor het vermogen gedeelte. De eerste kleurentelevisies eind jaren 1960 waren nog uitgerust met buizen.

De junctietransistor zal intensief gebruikt worden vanaf de jaren 1960 en 1970. In vergelijking met buizen zijn de eigenschappen maar matig: transistoren werken enkel op een lage spanning (dit kan zowel een voordeel als een nadeel zijn) en halen geen hoge frekwenties. De basis is te groot, waardoor er parasitaire capaciteiten zijn. De warmteafvoer is niet optimaal. Op de volgende foto's ziet men goed dat de warmteafvoer via het plastiek moet gebeuren. Een eerste stap om een hogere dissipatie te bekomen is een metalen behuizing gebruiken: indien nodig kan de transistor op een koelplaat gemonteerd worden.


Foto 4 en 5
Transistor OC71 in een plastieken behuizing, oorspronkelijk bedekt met een verflaag. Deze transistor werd gebruikt in een flistdetector

Macrofoto met Canon 5D MkIII, lens EF-S 18-55 ƒ/3.5-5.6 en tussenring EF 25 II


De OC71 heeft de volgende eigenschappen: maximale vermogensdissipatie: 0.125W, maximale spanning: 20V, maximale collectorstroom: 10mA, versterking: 30×. Deze transistor werd gebruikt als laagvermogen audio versterker. Er bestond vroeger een OCP71 (zonder verflaag) die specifiek gebruikt werd voor zijn foto-electrische eigenschappen.

De OC74 was geschikt om een luidspreker aan te sturen (het beschikbaar vermogen is echter lager dan bij een eindtrap met een buis). De transistor zit in een metalen koker die tegen een koelplaat gemonteerd kan worden.

Surface barrier transistor

De evolutie van de transistoren verloopt zeer snel in de Verenigde Staten, de militairen betalen immers voor de ontwikkeling van transistoren die de buizen zou kunnen vervangen. De surface barrier transistor lijkt op de eerste junctietransistors, maar de twee aansluitingen (emitter en collector) bestaan uit zuivere indium. Er is geen diffusie in de germanium.

De germanium basisplaat wordt gegraveerd door twee stralen indiumsulfaat. Als de overgebleven basis voldoende dun geworden is, wordt de polariteit omgekeerd en wordt er een laagje zuivere indium afgezet. Met dit systeem kan men een basis met een nauwkeurige dikte bekomen. Het graveren gebeurt bij kamertemperatuur en indium diffundeert niet in de basis, waardoor de eigenschappen van de transsitor beter gedefinieerd zijn.

De eerste transistor uit de reeks, de SB100 werkte op een spanning van 3V (maximum 4.5V) met een collectorstroom van 5mA. De maximale dissipatie was 100mW indien de transistor uitgerust was met een koelplaatje. De volgende transistoren zoals de 2N240 konden nog hoger in frekwentie gaan, maar waren nog altijd beperkt in vermogen. De transistoren werden voornamelijk in de eerste computers met transistoren gebruikt (er waren duizenden transistoren nodig in een computer).

Deze transistoren zullen slechts een paar jaar in productie blijven. Bij de minste overbelasting warmt de germanium op, waardoor indium gaat smelten en in de basis diffundeert en de transistor onbruikbaar wordt. Maar als de transistor op een lage spanning een stroom gebruikt wordt, dan is die zeer betrouwbaar. De transistor zal vervangen worden door types die hoogfrekwent kunnen werken op een hoger vermogen.

De SBT zal niet in Europa gebruikt worden: de productie werd voornamelijk gebruikt in computers en bewapeningssystemen. Er waren wel enkele transistoren beschikbaar voor onderzoek, maar ze werden niet toegepast in comsumertoestellen.


Het brevet voor de eerste SBT met de procedure voor het graveren van de germaniumplaat. Op het einde is de base slechts enkele micron dik, minder dan wat bereikt kon worden met de normale junktietransistoren.

De junctietransistoren hebben matige eigenschappen: een lage werkingsfrekwentie door de grote basis, een versterkingsfactor die verschilt van transistor tot transistor (dikte van de basis) en een te beperkte dissipatie door de constructie. De moderne transistoren (lagentransistoren) worden op een andere manier gebouwd, waardoor de eigenschappen beter worden.

PublicitÚs - Reklame

-