Ultrakrótka historia elektroniki: historia tranzystora bipolarnego

W poprzednim artykule serii przedstawiona była dziwna historia nie tyle wynalezienia, co przypadkowego odkrycia dziwnego tworu, który potem nazwano tranzystorem bipolarnym. Nastąpiło to pod koniec roku 1947, a następne miesiące i lata przyniosły kolejne wydarzenia ważne w historii elektroniki.

W poprzednim artykule cyklu opowiedziałem o kulisach powstania tranzystora bipolarnego. Oto ciąg dalszy tej interesującej historii.

Odkrycie, publikacja i reakcja świata

23 grudnia 1947 roku Brattain i Bardeen zaprezentowali wąskiemu gronu osób, a mianowicie kierownictwu laboratorium Bell Labs, dziwny półprzewodnikowy element wzmacniający.

Pomijamy paskudną, zazdrosną reakcję szefa laboratorium, Williama Shockley’a. Najważniejsze jest to, że i on, i całe kierownictwo laboratorium od razu doceniło znaczenie i potencjalne wykorzystanie odkrycia, także w zastosowaniach wojskowych. Dlatego informację o odkryciu pierwotnie utajniono.

Świat dowiedział się o nowym elemencie wzmacniającym na publicznej konferencji pół roku później, 30 czerwca 1948 roku, i dlatego ta data bywa podawana jako „moment wynalezienia tranzystora”. Wyniki tej publicznej prezentacji odbiły się w ówczesnej prasie zaskakująco słabym echem. Nie była to zupełna nowość, bo już wcześniej znane były półprzewodnikowe elementy wzmacniające, jak krystadyna. A lampy elektronowe miały się wtedy bardzo dobrze. Dopiero po kilku latach okazało się, jak ważne było odkrycie tranzystora. A w roku 1948 reakcja prasy i ogółu społeczeństwa była słaba. Natomiast naukowcy związani z tematem od razu dostrzegli ogromny potencjał tego odkrycia: oto pojawiła się szansa na pozbycie się niewygodnych, energożernych lamp elektronowych.

Skąd się wzięła nazwa „tranzystor”?

Zanim omówimy pierwsze tranzystory, wyjaśnijmy pewien ważny szczegół. Otóż od ponad 20 lat poszukiwano elementu nazywanego „semiconductor triode” lub częściej „solid state triode”.

„Potworek” stworzony przez Bardeena i Brattaina nie był tym poszukiwanym elementem i nie miał nazwy własnej. Gdy okazało się, że jest to dziwny element wzmacniający, którego działania z początku nikt nie rozumiał, a który można realizować w różny sposób, potrzebna była jakaś nazwa. Pojawiły się różne propozycje.

Na początku roku 1948 w BellLabs w ramach wewnętrznego konkursu zaproponowano sześć nazw: semiconductor triode, surface states triode, crystal triode, solid triode, iotatron oraz transistor.

Właśnie już w roku 1948, jako skutek korporacyjnego głosowania w Bell Labs, przyjęła się, do dziś nieco wprowadzająca w błąd, nazwa tranzystor (transistor). Zaproponował ją jeden z pracowników, John Pierce. Określenie transistor pochodzi od skróconych słów transconductance oraz albo varistor, albo resistor – są w tej kwestii dwa niespójne wyjaśnienia.

Określenie transrezystancja związane z transkonduktancją ma sens, jednak nazwa i najprostsze wyjaśnienia sugerują, że tranzystor to jakaś odmiana rezystora. Rezystora o sterowanej, zmiennej rezystancji, zależnej od prądu bazy. Zapewne dlatego do dziś spotyka się pseudowyjaśnienia, w których tranzystor przedstawiany jest jako zmienny rezystor – przykład na rysunku 1.

A to nie jest prawda! Takie wyobrażenia są fatalnie mylące, ponieważ ani obwód wejściowy, ani wyjściowy tranzystora bipolarnego nie zachowuje się jak klasyczna rezystancja, w której prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia. Nazwa „tranzystor” kojarzona z regulowanym rezystorem oraz „wyobrażenie rezystancyjne” utrudniają wielu osobom zrozumienie właściwości tranzystora, którego działanie tak naprawdę nie przypomina zmiennego rezystora, tylko bardzo przypomina tak zwane źródło prądowe sterowane prądem bazy. Z punktu widzenia praktyka tranzystor bipolarny jest źródłem prądowym sterowanym prądem: CCCS – Current Controlled Current Source. Ilustruje to rysunek 2, w którym wykorzystałem jeden z licznych symboli źródła prądowego.

Podobnie tranzystor polowy w różnych odmianach, o ile tylko nie jest maksymalnie otwarty, maksymalnie przewodzący, też nie jest sterowaną rezystancją, tylko źródłem prądowym sterowanym napięciem (VCCS), co można zobrazować tak, jak na rysunku 3, ale to odrębny temat, który tu poruszyłem tylko w związku z nazwą tranzystora, do dziś mylącą wielu.

A na marginesie: w literaturze angielskojęzycznej nadal zaskakująco często zamiast transistor, spotyka się „lampowe” określenia: valve (zawór) i triode, ale z oczywistych względów nie tube (rura).

Pierwsze tranzystory amerykańskie

Brattain i Bardeen pod koniec roku 1947 stworzyli prymitywny laboratoryjny model tranzystora, dziś nazywanego ostrzowym (point contact transistor). Praktycznie użyteczny laboratoryjny model tranzystora zaprezentowano 30 czerwca 1948.

W wydaniu New York Times z 1 lipca 1948 zrelacjonowano to krótko i bez entuzjazmu. Była to tylko część niewielkiej notatki, pokazanej na rysunku 4 (ze strony NYT). Pełną treść można znaleźć w Sieci, np. tutaj oraz tutaj. Jak z tego wynika, na pokazie zaprezentowano też tranzystorowy odbiornik radiowy i inne przykłady zastosowania tranzystorów.

Laboratoryjne modele tranzystorów powstawały więc już w pierwszej połowie roku 1948. Wszystko wskazuje, że jeszcze w tym samym roku pojawiły się pierwsze komercyjne tranzystory CK703 produkowane przez Raytheon.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze czerwcowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 6/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 6/2024 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 6/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.