Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Корпорация Bell Labs возникла 1 января 1925 года, когда компания American Telephone and Telegraph официально отделила свои научные и технические исследовательские подразделения от остальной части бизнеса, создав дочернее предприятие. Основная цель Bell Labs заключалась в разработке технологий для улучшения работы телефонной системы. К счастью, это поручение было достаточно туманным и предполагало всевозможные направления исследований, в том числе очевидную и не теряющую своей актуальности задачу, связанную с усилением передаваемого по проводам звукового сигнала без его искажения.

Начиная с 1912 года компания Bell System работала над ламповыми усилителями. Значительная часть исследований и разработок была направлена на усовершенствование вакуумных ламп с целью их использования в телефонной системе. Несмотря на проделанную работу, вакуумные лампы по-прежнему оставляли желать лучшего. Они были большими, потребляли много электроэнергии и со временем перегорали. Однако у них не было альтернативы.

Все изменилось 16 декабря 1947 года, когда два физика из Bell Labs, Джон Бардин (1908–1991) и Уолтер Браттейн (1902–1987), собрали усилитель другого типа из германиевой пластины — элемента, известного как полупроводник , — и полоски золотой фольги. Через неделю они продемонстрировали усилитель своему шефу Уильяму Шокли (1910–1989). Это был первый транзистор , устройство, которое некоторые считают самым важным изобретением XX века.

Транзистор появился не на пустом месте. За восемь лет до этого, 29 декабря 1939 года, Шокли написал в своей записной книжке: «Сегодня мне пришло в голову, что в принципе можно создать усилитель, использующий вместо вакуумных ламп полупроводники». После демонстрации первого транзистора много лет ушло на его доработку. Только в 1956 году Шокли, Бардин и Браттейн получили Нобелевскую премию по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Как вы помните, электроны в атоме распределены по оболочкам, окружающим ядро. Медь, золото и серебро характеризуются наличием только одного электрона на внешней оболочке их атомов. Этот электрон легко может оторваться от остальной части атома и двигаться, создавая электрический ток. Противоположностью проводников являются изоляторы, например резина и пластик, которые практически не проводят электричество.

Германий и кремний (а также некоторые соединения) называются полупроводниками не потому, что они проводят электричество в два раза хуже, чем проводники, а потому, что их проводимостью можно управлять различными способами. Полупроводники имеют четыре электрона на внешней оболочке атома, что составляет половину от их максимально возможного количества. В чистом полупроводнике атомы образуют очень устойчивые связи, создавая кристаллическую решетку, подобную кристаллической решетке алмаза. Такие полупроводники проводят электричество не очень хорошо.

Однако полупроводники можно легировать , то есть добавить в них некоторые примеси. Один тип примесей добавляет дополнительные электроны к тем, которые необходимы для создания связи между атомами. Они называются полупроводниками n-типа (n — от английского negative — «отрицательный»). В результате добавления другого типа примесей получается полупроводник p-типа (p — от positive — «положительный»).

Чтобы создать усилитель из полупроводников, нужно между двумя слоями полупроводника n-типа расположить прослойку из полупроводника p-типа. Получившееся устройство называется NPN-транзистором, а тремя его составными частями являются коллектор , база и эмиттер .

На рисунке приведено схематическое изображение NPN-транзистора.

Небольшое напряжение на базе управляет гораздо большим током, проходящим от коллектора к эмиттеру. При отсутствии напряжения на базе транзистор закрывается.

Как правило, транзисторы имеют вид небольших металлических цилиндров диаметром примерно 6,4 миллиметра с тремя проводами.

Разработка транзистора ознаменовала начало эры твердотельной электроники, которая называется так потому, что транзисторы не требуют использования вакуумных ламп и создаются из твердых веществ, в частности из полупроводников, чаще всего из кремния (в наши дни). Помимо того, что по сравнению с вакуумными лампами транзисторы имеют куда меньшие размеры, они потребляют гораздо меньше электроэнергии, генерируют меньше тепла и дольше служат. Носить в кармане ламповый радиоприемник было невозможно. Транзисторный радиоприемник может питаться от небольшой батарейки и, в отличие от лампового, не нагревается. Ношение транзисторного радиоприемника в кармане стало возможным для некоторых счастливчиков, распаковавших подарки в рождественское утро 1954 года. В этих первых карманных радиоприемниках использовались транзисторы, выпущенные компанией Texas Instruments, сыгравшей важную роль в полупроводниковой революции.