Иллюстрация: Hallie Bateman
Сегодня исполнилось 70 лет со дня эпохального — тот случай, когда это не преувеличение — события. 16 декабря 1947 года в одной из множества лабораторий корпорации Bell Labs был изобретён транзистор. Без которого сегодня не было бы электроники в современном понимании, потому что вся она сегодня основана на транзисторах. Благодаря им вы носите в карманах смартфоны с огромной вычислительной мощностью (сравните их с бортовыми компьютерами космических аппаратов 30-40 летней давности), а не таскаете телефон в виде ранца в несколько килограммов весом.
Само название «транзистор» (transistor) происходит от слов transconductance (проводимость) и varistor (переменный резистор). Если вкратце, то это радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, в котором с помощью слабого сигнала можно управлять значительным током в выходной цепи.
Создателями первого в мире точечного транзистора стали Джон Бардин и Уолтер Браттейн под руководством Уильяма Шокли. Хотя само устройство было создано Бардиным и Браттейном, однако Шокли очень активно прорабатывал самую теорию p-n-перехода. И уже в январе 1948-го он довёл до ума теоретическую модель и подал патентную заявку на изобретение плоскостного биполярного транзистора. Это не пошло на пользу взаимоотношениям Шокли с Бардином с Браттейном. А в 1950-м Шокли написал книгу «Теория электронных полупроводников: Приложения к теории транзисторов», которая совсем рассорила изобретателей. Правда, в 1956-м вся троица получила Нобелевскую премию за создание транзистора.
Нельзя сказать, что транзисторы сразу же перевернули электронику. Bell Labs пришлось немало потрудиться над популяризацией новинки — в мире царствовали радиолампы. В течение нескольких лет создавались и совершенствовались разные конструкции, улучшались характеристики транзисторов, в качестве полупроводника перешли с германия на кремний. В 1958-м в продажу поступил первый серийный полевой транзистор, в 1959-м был изобретён МОП-транзистор, а в 1964-м на рынок вышли первые МОП-микросхемы. И сегодня они используются в любом приборе сложнее дверного звонка.
Практически все микропроцессоры и чипы памяти сегодня тоже состоят из микросхем на основе транзисторов.
И каждый раз, когда вы лайкаете фоточку котика, играете, смотрите фильм, слушаете музыку, кодите — для вас трудятся миллиарды (!) крошечных транзисторов в процессорах, модулях памяти и всевозможных вспомогательных микросхемах. И если вы так же далеки от электроники, как подавляющее большинство населения, то этот ролик поможет вам понять, как же работает транзистор:
В общем, сегодня без транзисторов жизни нет — это фундамент всей вычислительной техники. Вот наглядная иллюстрация напоследок: даже примитивные наручные электронные часы содержат сотни крошечных транзисторов. Автор проекта techno-logic-art.com Гислен Бенуа создал настенные электронные часы, у которых видна вся электронная начинка, и эта начинка играет роль «корпуса» часов. Более того, это — содержимое типовой несложной микросхемы в обычных электронных часах:
1161 диодов
340 транзисторов
346 резисторов
Ну и ещё 60 светодиодов, 6 герконов и 3 сдвоенных цифровых индикатора. Всего 1916 деталей.
С днём рождения, транзистор!
Комментарии (61)
velovich
16.12.2017 01:20Смартфоны в карманах это далеко не лучший повод выразить благодарность акту сотворения транзистора
Bratak
16.12.2017 01:40Согласен, это скорее тупиковая ветвь развития и технологий в целом.Камень видеокарты geforce titan v содержит 21 миллиард транзисторов, если я не ошибаюсь, это ведь уму непостижимо!!!21 миллиард транзисторов для того, чтобы Вася мог играть в Ведьмак 8 на ультрах, или же Василиса нарисовала виртуальный домик для рекламы там.Если взять количество человеко-часов, проведенных в играх и помножить это на вычислительную мощность всего железного барахла в мире, вы представляете какие задачи мы могли бы решить? Расшифровка кода ДНК, рассчет оптимальных траекторий доставки грузов для космических колоний и научно-исследовательских станций, вычисление эффективных политических и экономических стратегий, поиск средств для борьбы с болезнями и и т.д.Зачем, если есть дота,web 3.0,VR порно и смартфон с функцией распознавания лица.
velovich
16.12.2017 01:4821 миллиард транзисторов для того, чтобы Вася мог играть в Ведьмак 8 на ультрах
А вот 21 миллиард людей, чтобы Вася мог играть в Ведьмак 8 на ультрах…
Хотя нас только 7 миллиардов пока.
Sdima1357
16.12.2017 01:59+1Без «Васи играющего в Ведьмака» этих карточек не было бы вообще. Так что научные расчеты на GPU должны сказать «Васе» спасибо что он оплатил разработку этих карточек
Zmiy666
16.12.2017 10:58Все верно, скоро в виртуал так или иначе уйдет большая часть людей. Людей на планете слишком много, становится тесно. Кучи людей просто не могут найти себе применение, количество профессий ограничено и постоянно снижается — людей заменяют роботы. И куда деть всю эту биомассу? Большинство людей не обладают выдающимися способностями и им просто физически негде применить свои знания и навыки… остается уходить в виртуал. Все больше и больше времени проводить за компами, ползая в сети и играя. Игры и интернет забирают на себя свободное время, предотвращая огромные экономические, социальные и политические проблемы. Вы представьте если б у нас пропал интернет и перестали работать компы… да у нас бы через месяц правительство свергли, просто по тому, что людям нечем отвлекаться. И с прирастанием населения ситуация будет все хуже и хуже.
bro-dev
17.12.2017 05:33средняя плотность населения 50 чел на кв. км, а в городах живут спокойно, и по 500, то есть можно хоть в 10 раз больше еще разместить, и это будет без картин жестокого будущего
Zmiy666
17.12.2017 13:59Вы не поняли, разместить совершенно не вопрос, проблема ЗАНЯТЬ чем-то их свободное время )) У нас рост производительности либо снижает количество рабочих мест, либо снижает время работы… а куда деть всю эту массу свободного времени? миллионы и миллиарды человекочасов) Большинство людей уже сейчас можно заменить простенькими скриптами, а что будет с развитием ИИ…
bro-dev
17.12.2017 17:37Это тоже не проблема, просто 99% людей будут постоянно учится, будет что то типо универ левл 1 — 5 лет, левл 2 -5 лет, отчислятся с этапов будут 1% за успеваемость и они будут работать, а остальные учится и наукой, 2 левл например будет учить первый уже.
Zmiy666
17.12.2017 20:42большинство забьет болт, ибо сейчас уже всех тошнит от высшего. Люди в подавляющем большинстве НЕНАВИДЯТ работу, в силу того, что ходят на нее чтоб не помереть с голоду. И учебы ненавидят еще больше, ибо деньги, время и силы она сжирает, а профит обещает только в теории — работники макдональдса с высшим — норма. Естественно согласно великому закону лени — тело находящееся в покое стремится сохранить этот покой всеми силами) В армии есть правило — солдат всегда должен быть занят. Так вот игры и сеть — способ занять людей, не давая им тратить свою энергию в разрушительных целях)
Darkvetalx
18.12.2017 09:54Давайте, будем честны — если человек не хочет то он не чем и не будет занят.
tormozedison
16.12.2017 06:03Varistor — это кое-что другое. Прибор, открывающийся при превышении порогового напряжения, независимо от его полярности. И закрывающийся, как только напряжение станет ниже порогового.
agat000
16.12.2017 06:51Наш препод по цифровой электронике всегда говорил, что транзисторы могут быть только аналоговые, а в логических элементах правильно называть ключами. Потому что они не меняют сопротивление, а переключаются дискретно. Другие преподы советовали соглашался, особенно на экзаменах, может и обидеться.
Так что нет у нас на кармане миллиарда транзисторов, там ключница на миллиард ключей ?[
Смешно вспомнить, но принцип действия транзистора до меня окончательно дошёл только на экзамене по физическим основам, прямо катарсис испытал глядя на зонную диаграмму. До этого мог только правильно рассказать, не совсем понимая.
Nubus
16.12.2017 07:12Не вы один такой. Я до сих пор именую это магией, главное чтобы стабильно работало :)
lifetester
17.12.2017 11:45Я несколько раз понимал в процессе обучения, а потом снова забывал до следующего экзамена. И только когда собрал первую схему на макетке, подал на базу сигнал, попробовал менять номиналы резисторов в коллекторной и эмиттерной цепи, пошалил с напряжением смещения на базе, вот тогда все встало на свои места и глаза увидели, как работает теория) Теперь уже точно не забуду)
Karpion
16.12.2017 18:00Любая цифровая схема — в основе своей аналоговая (кроме квантовых — но большинство схем слишком крупные для квантовой дискретности). Просто цифровая схема устроена из аналоговых элементов так, чтобы иметь два или более устойчивых состояния и как можно меньше времени проводить в неустойчивых положениях.
При этом к элементам цифровой схемы — гораздо более слабые требования по точности: не так уж важно, какие параметры у неустойчивого положения, лишь бы там был достаточно большой уклон в нужную сторону. Важно только, чтобы устойчивые положения и границы зон были в нужных местах ("зона" — это область, из которой система скатывается в одно и то же устойчивое положение).
Будет ли транзистор работать как аналоговый транзистор или как ключ — зависит от "обвески" и от схемы их соединения.
Может ли транзистор работать как аналоговый транзистор — зависит от того, удовлетворяет ли он затребованной точности (у разных задач — разные требования к точности).027
17.12.2017 02:48Может ли транзистор работать как аналоговый транзистор — зависит от того, удовлетворяет ли он затребованной точности
1. Если это не однопереходный транзистор, он может всегда работать как транзистор.
2. Понятия «аналоговый транзистор» не существует (разве что в головах недостаточно понимающих).
3. Сради параметров транзистора нет параметра «точность». Транзисторы отбираются прежде всего по максимальному рабочему напряжению и току, затем по коэфф. передачи тока и граничной частоте, затем по некоторым другим параметрам, в зависимости от цели. Например, для импульсных устройств обычно имеют значение временны?е параметры — время рассасывания и время насыщения, и необязательно оба сразу. Все зависит от конкретного устройства.
Но никакой такой «точности» вы в даташите не найдете. Это понятие относится уже к схемотехнике, в первую очередь к операционным усилителям и компараторам. Ну и далее по возрастанию сложности — всякие-разные АЦП-ЦАП и так далее.Karpion
17.12.2017 21:25Любой транзистор — аналоговое устройство. Это видно хотя бы по его вольт-амперной характеристике.
"Точность" — это параметр не столько одного транзистора, сколько партии транзисторов; является антонимом к термину "разброс параметров".
Кроме того, "точность" применяется и к одиночному транзистору — для случая изменения внешних условий.
Иными словами, речь идёт о степени соответствия фактических параметров заявленным. Цифровые схемы требуют гораздо меньшую точность, т.е. готовы использовать транзисторы со значительным разбросом параметров — чего аналоговые схемы не приемлют.
Victor_koly
17.12.2017 22:28Я бы уточнил, что современная литография — это единственный способ изготовления миллионов транзисторов при низком проценте брака. Отклонение изделий от идеальных параметров конечно происходит, именно по этому могут изготовить процессор 2.8 ГГц и 6 МБ L3, а могут — 3.5 ГГц и 8 МБ L3.
027
17.12.2017 22:42«Точность» — это параметр не столько одного транзистора, сколько партии транзисторов; является антонимом к термину «разброс параметров».
Это что-то радикально новое для меня. Тоже препод на кафедре рассказывал?
Цифровые схемы требуют гораздо меньшую точность, т.е. готовы использовать транзисторы со значительным разбросом параметров — чего аналоговые схемы не приемлют.
Вы, я так понимаю, любитель, не инженер? Откройте для себя ООС. А лучше всего почитайте первые главы бестселлера «Искусство схемотехники» (Хоровиц, Хилл).Karpion
18.12.2017 02:57То, что я утверждаю — это самые базисные основы цифровой техники, излагаемые в учебниках для самых маленьких: "аналоговая передача и обработка информации накапливает ошибки; цифровая же убирает ошибки, если те не превышают порогового значения". Отсюда элементарно (очевидно, всего один шаг рассуждений) следует, что при аналоговой обработке суммарная неточность элементов на всём пути обработки не должна превышать заданного значения; а в цифровой обработке — неточность каждого отдельного элемента не должна превышать порогового значения, определяемого шагом дискретизации.
Дальше надо напрячься и сделать ещё один шаг в рассуждениях:
Чем сложнее обработка информации и/или чем длиннее путь её передачи — тем больше элементов в цепочке. А значит, точность элементов надо повышать.
Тогда как при цифровой обработке — просто линейно повышается количество элементов, а их точность остаётся неизменной.
Ну и самые умные могут сделать третий шаг рассуждений:
Увеличение точности аналоговых элементов тянет за собой неимоверные сложности типа получения сверчистых материалов — и непомерный (зачастую — экспоненциальный) рост стоимости как изготовления, так и эксплуатации.
Если Вы не согласны — процитируйте мне текст из «Искусства схемотехники», опровергающий моё мнение. Желательно со ссылкой на полный текст, размещённый в Интернете — чтобы я мог проверить, не вырвана ли цитата из контекста. (Заодно в цитате хорошо бы заменить местоимения на те термины, на которые эти местоимения ссылаются. Особенно если эти ссылки ведут за пределы приводимой цитаты.)
PS: У Вас странная манера возражать: в первой части Вы просто перешли на личность оппонента, а во второй ссылаетесь на какое-то святое писание — и всё это вместо конструктивного возражения.
027
18.12.2017 04:03Боже, какая груда полубессмысленных речей. Так и есть, любитель. Даже загуглить не осилил.
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D1%81%D0%BA%D1%83%D1%81%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8Karpion
18.12.2017 04:34Не вижу по ссылке ни одного утверждения, опровергающего моё мнение. Так и будете размахивать святым писанием, избегая разговора по существу?
ploop
18.12.2017 07:55Чем сложнее обработка информации и/или чем длиннее путь её передачи — тем больше элементов в цепочке. А значит, точность элементов надо повышать.
Открою вам страшную тайну — самые точные, прецизионные аналоговые приборы, имеющие тысячи цепей внутри, изготавливают из тех же деталей, что и китайские балалайки. За исключением ключевых опорных элементов или датчиков.Karpion
18.12.2017 18:23Я так понимаю, названия этих приборов (тип и конкретная марка) — это страшная тайна, сообщать которую Вы не имеете право?
А о том, почему самые лучшие усилители сигнала (в т.ч. звуковые усилители) до сих пор делаются на лампах — Вы не в курсе?
MTyrz
18.12.2017 19:47самые лучшие усилители сигнала (в т.ч. звуковые усилители) до сих пор делаются на лампах
О!
А можно вас попросить обратить внимание вот сюда?На лампах невозможно сделать не просто хорошие, а даже удовлетвлрительные усиления.
И именно лампы являются ограничителем.Karpion
19.12.2017 18:21По ссылке — что-то явно не по теме дискуссии.
В полупроводниковых усилителях — ограничителями являются полупроводники. И что дальше?
ploop
18.12.2017 22:55Я так понимаю, названия этих приборов (тип и конкретная марка) — это страшная тайна, сообщать которую Вы не имеете право?
Возьмите обычный мультиметр. Не хлам за 200р, а нормальный. Погрешность у него — 0.05%. Откройте и посмотрите на детали, там даже резисторы 1% точностью. КАК???
А о том, почему самые лучшие усилители сигнала (в т.ч. звуковые усилители) до сих пор делаются на лампах — Вы не в курсе?
Нет, не в курсе. Только не рассказывайте, ладно?
027
16.12.2017 22:23Наш препод по цифровой электронике всегда говорил, что транзисторы могут быть только аналоговые, а в логических элементах правильно называть ключами. Потому что они не меняют сопротивление, а переключаются дискретно.
Плоховато у препода с пониманием сути явлений. Надо же такое ляпнуть — «аналоговый транзистор».
Человек, примененный в профессии водителя, является водителем, но не перестает быть человеком.
Транзистор, примененный в качестве ключа, не перестает быть транзистором.
Мало того, он даже в тиристор при этом не превращается. Или там, в однопереходный транзистор, он же двухбазовый диод. Вот те — чисто ключевые элементы с гистерезисными ВАХ. Хотя от этого и они менее «аналоговыми» не становятся, вернее, не становятся логическими или там цифровыми. Эти понятия относятся к применению компонентов, а не к их устройству и параметрам — т.е. внутренней сущности.agat000
17.12.2017 15:58Ну бывают люди с бзиком. Он прицепился к названию транзистора, что это означает меняющий сопртивление (проводимость). А в логике они не меняют, а переключаюися.
Это ладно, безобидный бзик одного препода. У нас на кафедре было приннято красный провод делать минусом. Как и коричневый, потому что они цветом на землю похожи. Прикиньте — красный минус и белый плюс. Потом переучиваться пришлось уже на работе.027
18.12.2017 01:26Ну бывают люди с бзиком. Он прицепился к названию транзистора, что это означает меняющий сопртивление (проводимость).
Я и говорю, сути вещей не понимал.
А в логике они не меняют, а переключаюися.
Кхм. Как вы себе представляете переключение транзистора с не меняющимся сопротивлением канала/КЭ?
Victor_koly
16.12.2017 23:18Любое «дискретное» сопротивление — это полевой транзистор. Значение сопротивления меняется, но можно сказать, что в ограниченных пределах (и может даже дискретно — система из миллиарда элементов имеет много меньше миллиарда миллиардов значений напряжений на элементах — при постоянной величине типа «подать 1.25 В на процессор»).
По вопросу о том, насколько нужна квантовая механика. Для обычных полупроводниковых схем (микросхема процессора) она не слишком нужна. Ну по крайней мере техпроцесс 45-55 нм мог не учитывать одну вещь (расскажу ниже). Распределение Ферми-Дирака есть, но можно им не описывать все носители в диапазоне энергий [0;Ef-n*kT], где Ef — энергия Ферми, а n — не очень большое число (скажем 5).
Про квантовые схемы. Есть особые устройства — квантовые ямы, точки (ещё есть линии, но не видел про применение на практике). В квантовых ямах именно используется тот факт, что в очень узкой полосе полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны волновые функции носителей сосредоточены внутри этой полосы и соответствуют дискретным уровням энергии.
migelle74
17.12.2017 14:10До этого мог только правильно рассказать, не совсем понимая.
Это же классический анекдот:
— Никак не могу понять как работает транзистор!
— Давай я тебе объясню.
— Объяснить, как он работает, я и сам могу. Я понять хочу.agat000
17.12.2017 15:50Все анекдоты из жизни берутся. Теорию я знал, схемы паял. Но глубинная теория с этими дырками и зонами как то не складывалась в понимание.
BSW
16.12.2017 09:51А 6 герконов зачем? Предположу брать в руку магнит и корректировать значение, но тогда использовать кнопки проще.
agat000
16.12.2017 11:54Не надо такую конструкцию руками трогать, особенно нажимать. Статика, погнутие проводов, дребезг контактов.
SunTechnik
16.12.2017 23:37Эти часы напрямую включаются в розетку. 110В.
Так автор легко получил источник стабильных колебаний в 60 Гц.
Трогать эту схему руками я бы поостергся. Лучше магнитиком рядом поводить…
Temtaime
17.12.2017 13:10Стабильных их там нет, они постоянно немного «гуляют» в зависимости от времени суток.
И такие часы тоже будут куда-то уползать.
ramzzes52
16.12.2017 23:37Часы — шедевр! Сам мелкий лет в 10 ходил в кружок и делал свои первые электронные часы на микросхемах К176ИЕ18, ИЕ13, ИД3… Это ж целый мир мир был когда-то. Тогда я даже свой первый компьютер на Z-80 тогда еще не знал (Дельта-С 48К). Я б такие купил бы просто что б сыну показать и по-изучать. Если б еще с элементами конструктора, ну хоть по-мелочи, было б вообще супер.
Bluewolf
17.12.2017 00:19Для тех, кому интересно узнать историю подробнее — в Википедии она неплохо описана.
027
17.12.2017 23:36Вспомнилась одна занятная история про транзистор, препода и разгильдяя студентаПришел однажды студент сдавать зачет по радиопередающим устройствам. А, может быть, по теоретическим основам радиолокации, история это запамятовала. Пришел он, отловив препода во внеурочное время, ибо был разгильдяем, злостным прогульщиком, и вовремя сдать не успел.
Препод же был занят макетированием какой-то НЕХ — на картонке, как это было принято в те старые добрые времена, когда МП39Б считался хорошим малошумящим транзистором. Был он не слишком доволен явлением студня, ибо на макетке был не тентерь-вентерь, а фрагмент будущего тренажера для подводных лодок. Хозрасчетная работа, не абы чё.
Однако не вытанцовывалось у него что-то. Сколь не крутил переменный резистор, включенный последовательно с мегаомным постоянным, первый каскад упорно оставался запертым, и открываться никак не желал.
Студент, который все это проходил еще в радиолюбительском детстве, осторожно заметил, перестав уныло вещать по теме зачета:
— Алексан Митрич, вы это… мегом там многовато будет.
—?
— Ну, у вас же транзистор заперт все время.
— И?
— У него в коллекторе 1 кОм. Чтоб там упало хотя бы вольт, чтобы он вышел в активный режим, надо 1 миллиампер. Это П401? Допустим, у него бета 20. Значит, в базу надо подать хотя бы 50 микроампер. А десять вольт на один мегом, это 10 микроампер.
Препод удивленно поднял брови:
— Откуда знаешь?
— Дык, закон Ома.
— Давай проверим.
Препод перепаял мегаомный резистор на десять килоом, и стал крутить снова. И, о чудо! Заработало.
Дальше было тоже забавно, но уже не про транзисторы, а, стало быть, оффтопик.MTyrz
18.12.2017 00:53переменный резистор, включенный последовательно с мегаомным постоянным
Дальше можно не читать, убийца точно шофер.ploop
18.12.2017 01:08А чего так? Может у него полевик там стоял, до диалога непонятно же :)
027
18.12.2017 01:18+1Не могу себе простить бездарно пролюбленный экземпляр КП103Л из первых партий. Буква «Л» на нем была написана тончайшей линией от руки(!)
Это еще из тех партий, что были в СССР по оптовой цене 8 р. за штуку, но не всем, а по первому списку. Понимающему достаточно.
MTyrz
18.12.2017 01:24Полевик во времена МП39 был зверем нечастым и недешевым.
М-мм… Чтоб не врать совсем откровенно, уточню: по крайней мере по моим (пожалуй, уже более поздним) воспоминаниям.
Когда я под руководством отца у него на работе (МГУ) учился держать в руках паяльник, транзисторы МП мне выдавались горстью, КТ315 — 361 по запросу, а полевые в количестве трех штук лежали отдельно, и на них мне только показывали, что вот эта штука работает немножко по-другому, боится статики, руками не трогать и вообще лучше стараться и не дышать в их сторону. Если что — новые выписывать целое дело.
P.S. А еще у меня где-то лежит упаковка от транзистора С2. Найду — выложу фото.ploop
18.12.2017 08:13Ту так «фрагмент будущего тренажера для подводных лодок» тоже не детекторный приёмник :)
А вообще помню отголоски тех времён. И что редкие были, и что на вопрос, чем они отличаются, получал ответ «какая тебе разница, тебе всё равно не светит, даже потрогать» :)
AlexanderS
Часы хороши)
Напомнили время, когда я собирал трёхмерный светящийся куб из светодиодов — там тоже навесная феерическая конструкция получалась 8х8х8 светодиодов.
agat000
Мда, впечатляет. И главное — ремонтировать легко. Снять на тепловизор в рабочем режиме, потом при неисправности сравнивать где что не так греется.
Ну и студентам показывать, тыкать осцилографом в любое место.
Создатель — маньяк. В хорошем смысле.
lubezniy
Интересно, что там в схеме геркон делает…
ntfshard
Настройка времени, скорее всего