收音机为么叫“半导体”？-外链论坛

1fy07h 发表于 2024-9-30 01:15:06

收音机为么叫“半导体”？

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在我国不少地区，“半导体”和收音机，说的是一个东西。
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半导体（Semi-conductor）不是集成电路（IC，Integrated Circuits）所用的材料吗？为何收音机会叫“半导体”呢？
收音机的发明
电报机
早在1835年，摩尔斯在美国发明了最早的电报机，摩尔斯用电流的“通”“断”和“长短”来代替文字进行文字的电传送，这种编码亦是鼎鼎大名的摩尔斯电码。虽然电报机能够实现远地相互通信，但还是必须依赖“导线”来连接，非常不方便。
无线电
1887年，德国理学学家赫兹，用实验证明了电磁波的存在。电磁波的发掘为无线传输找到了传播途径，亦开启了无线通信的新纪元。为了纪念赫兹的伟大贡献，电磁波频率的国际制单位亦以赫兹的名字来命名。
在随后的几十年时间里，电磁波被应用到无线通信中：
-1894年，意大利电气工程师马可尼起始进行实验，并于1899年实现跨越英吉利海峡传输。
-1906年，美国33岁发明家德福雷斯特设计了历史上第1个收音机。这个收音机将真空电子管放大器与马可尼的无线电发明相结合，利用无线电传送人的声音。
-1919年，被誉为美国广播通讯业之父的大卫·萨尔诺夫，参与创立美国无线电机构（Radio Corporation of America, RCA），RCA是商用无线电和广播电视的起源。而RCA机构的收音机制品亦作为当时最为流行的无线接收设备。
真空电子管收音机
在初期的收音机中，采用真空电子管进行收音机的设计。
真空电子管及工作原理
电子管（Electron Tube），又被叫作为真空管（Vacuum Tube ），是一种被广泛用于信号放大器设计的重要器件。真空电子管由外边的玻璃壳体、内部的电极及连接电极的管脚形成。因为为了有利于游离电子的流动，玻璃壳身体部被抽为真空，因此电子管亦被叫作为真空管。下图为有些真空电子管的照片。
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图：有些典型真空电子管照片
二极管是最简单的电子管器件。电子管二极管由阴极Cathode和阳极Anode形成。电子管工作时，位置于阴极的灯丝上有电流经过就会发热，当阴极到达必定温度后，就会有电子得到足够的能量而从上面发射出来，这些电子将被在阳极的屏极（Plate）吸收。而由于在阴极的灯丝只能发射电子而不吸收电子，因此这个方向不可被反过来，这个单向导电特性使此电子管形成为了二极管。
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图：电子管二极管原理
三极管是在二极管的阴极和阳极之间增多了一个栅极（Control grid），以掌控电子的运动，而正是栅极的掌控功效，使得电子管持有了放大电压信号的能力。同期，还有四极管、五极管等，是在三极管的基本上增多第二栅极（帘栅极）以及第三栅极（控制栅极）。
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图：电子管二极管、三极管、四极管、五极管结构
利用电子管形成的区别器件，就能够设计成区别的电路。采用电子管设计的放大器如下图所示：
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图：RCA机构采用电子管设计的放大器
真空电子管收音机
利用真空电子管，能够设计实现检波、变频、放大等电路，经过以上电路的搭配，就能够实现收音机功能。
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图：采用电子管实现的收音机电路
20世纪20到30年代，RCA机构正是利用电子管，设计实现了如下图所示的电子管收音机，利用无线广播的方式将音乐、信息等无线传输到全世界各个地区。 
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图：RCA机构设计的收音机
型号Model T10-1 Tombstone Radio (1935)
采用电子管能够实现无线通信和放大功能，并且有良好的大功率及线性度特性。但电子管的缺点亦显而易见：体积大、功耗大、发热厉害、寿命短，并且需要高压电源。因此，电子管收音机只应用在政府、军事分部以及无线电兴趣者中。
“半导体”的横空出世
半导体晶体的发明
为了克服电子管的局限性，第二次世界大战结束后，贝尔实验室加紧了对固体电子器件的基本科研。肖克莱等人决定集中科研硅、锗等半导体材料，探讨用半导体材料制作放大器件的可能性。 
1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体科研小组，成员有布拉顿、巴丁等人。她们经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原由。布拉顿发掘，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，而后让另一根细针靠近及接触它，并通上微弱的电流，这般就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化会对另一的电流产生很大的影响，这便是“放大” 功效。这种“放大”功效，亦使得半导体器件能够被用于制作放大器。
在为这种器件命名时，布拉顿想到它的电阻变换特性，于是取名为Trans-resistor(转换电阻)，后来缩写为Transistor，中文译名便是晶体管。这个小小的半导体晶体管，亦作为日后集成电路发展的基本。
1956年，肖克莱、巴丁、布拉顿三人，因发明半导体晶体管同期荣获诺贝尔理学学奖。
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图：半导体晶体管的发明者
左起：布拉顿，肖克莱，巴丁
半导体晶体管对真空电子管的取代
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图：采用半导体技术实现的晶体管（左）
与采用真空管技术实现的电子管（右）对比
因为晶体管尺寸小、所需电压低，因此晶体管显现之后，就起始对电子管进行取代。 
而半导体晶体管第1个实现商品化应用的制品，便是收音机。
1954年，Regency 机构发布TR-1，作为首个商用的半导体晶体管收音机（TR即Transistor，晶体管缩写）。半导体晶体管收音机的发明，使原来只能摆放在家中的笨重真空电子管收音机能够装进口袋，一时间“Pocket Radio”（可装进口袋的收音机）作为当时时尚之选。 
不外半导体晶体管收音机在刚才推出来的前几年，依然只是一个小众制品，主流的收音机还是采用真空电子管实现。为了区分采用半导体晶体管理作的收音机和主流电子管理作的收音机之间的区别，半导体晶体管收音机被直接叫作为“晶体管”或“半导体”。这亦是现代收音机被叫作之为“半导体”的原由。
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图：1954年，Regency推出TR-1，主打为：
首个可装进口袋的收音机
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图：典型的晶体管收音机内部构造
重点核心器件为晶体管（Transistor）
一个小小的半导体收音机，亦改变了非常多机构的命运。1957年，东京通信工业机构发布Sony系列半导体收音机。之后的Sony TR-63是20世纪50-60年代最受欢迎的消费类电子制品之一。Sony TR-63在当时实在太成功，亦使得东京通信工业机构在1958年直接将机构更名为Sony，Sony亦作为日后叫作霸50年的日本消费类电子制品供应商，机构亦变得家喻户晓。 
以Sony、Regency机构制品为表率的便携晶体管收音机，改变了人们遵循音乐的习惯，人们起始能够在任何时间和地点，都能听到音乐。人们由于便携收音机养成的随时随地欣赏音乐的习惯，亦促进了80年代Walkman、CD，乃至21世纪iPod的发明。 
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图：Sony在20世纪50-60年代推出的晶体管收音机
晶体管（Transistor）被直接印在了壳体上
<h1 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">中国自己的“半导体”收音机</h1>
虽然近年来中国在集成电路行业持续在追赶世界先进水平，但在上个世纪中期，中国无线通信的发展并不落后。 
新中国成立败兴，电子工业便是被高度注重的行业。1958年，上海宏音无线电器具厂等9个工厂及上海无线电子技术科研所联合研制成功了我国第1台基于晶体管的收音机。此后，上海、北京、南京等地的有些无线电工厂，先后生产出“上海牌”、 “春蕾”、 “飞乐”、 “红灯”等晶体管收音机。
在上海无线电博物馆，展出了海量中国人自己的收音机。包含经典的电子管收音系列：中国成立10周年献礼之作的上海牌132型电子管收音机，70年代中国爆款的711型六灯两波段电子管收音机；亦有宝贵的初期半导体晶体管收音机：中国第1台简单半导体收音机卫星牌636半导体收音机，生产于1962年的第1台所有采用国产元器件收音机--美多28A型便携式半导体晶体管收音机等。
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图：上海无线电三厂在1962年生产的美多28A-1型
半导体收音机
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qzmjef 发表于 2024-10-19 16:10:30

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