收音機(jī)為什么叫“半導(dǎo)體”？

在我國不少地方，“半導(dǎo)體”和收音機(jī)，說的是一個(gè)東西。

 半導(dǎo)體（Semi-conductor）不是集成電路（IC，Integrated Circuits）所用的材料嗎？為什么收音機(jī)會(huì)叫“半導(dǎo)體”呢？
 

收音機(jī)的發(fā)明

電報(bào)機(jī)的發(fā)明

早在1835年，摩爾斯在美國發(fā)明了最早的電報(bào)機(jī)，摩爾斯用電流的“通”“斷”和“長短”來代替文字進(jìn)行文字的電傳送，這種編碼也是鼎鼎大名的摩爾斯電碼。雖然電報(bào)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地相互通信，但還是必須依賴“導(dǎo)線”來連接，非常不方便。

無線電的發(fā)明

1887年，德國物理學(xué)家赫茲，用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在。電磁波的發(fā)現(xiàn)為無線傳輸找到了傳播途徑，也開啟了無線通信的新紀(jì)元。為了紀(jì)念赫茲的偉大貢獻(xiàn)，電磁波頻率的國際制單位也以赫茲的名字來命名。 在隨后的幾十年時(shí)間里，電磁波被應(yīng)用到無線通信中：-1894年，意大利電氣工程師馬可尼開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并于1899年實(shí)現(xiàn)跨越英吉利海峽傳輸。-1906年，美國33歲發(fā)明家德福雷斯特設(shè)計(jì)了歷史上第一個(gè)收音機(jī)。這個(gè)收音機(jī)將真空電子管放大器與馬可尼的無線電發(fā)明相結(jié)合，利用無線電傳送人的聲音。-1919年，被譽(yù)為美國廣播通訊業(yè)之父的大衛(wèi)·薩爾諾夫，參與創(chuàng)立美國無線電公司（Radio Corporation of America, RCA），RCA是商用無線電和廣播電視的起源。而RCA公司的收音機(jī)產(chǎn)品也成為當(dāng)時(shí)最為流行的無線接收設(shè)備。 

真空電子管收音機(jī)

 在早期的收音機(jī)中，采用真空電子管進(jìn)行收音機(jī)的設(shè)計(jì)。 

真空電子管及工作原理
電子管（Electron Tube），又被稱為真空管（Vacuum Tube ），是一種被廣泛用于信號放大器設(shè)計(jì)的重要器件。真空電子管由外部的玻璃殼體、內(nèi)部的電極及連接電極的管腳構(gòu)成。由于為了有利于游離電子的流動(dòng)，玻璃殼體內(nèi)部被抽為真空，所以電子管也被稱為真空管。下圖為一些真空電子管的圖片。

圖：一些典型真空電子管圖片 

二極管是最簡單的電子管器件。電子管二極管由陰極Cathode和陽極Anode構(gòu)成。電子管工作時(shí)，位于陰極的燈絲上有電流通過就會(huì)發(fā)熱，當(dāng)陰極到達(dá)一定溫度后，就會(huì)有電子獲得足夠的能量而從上面****出來，這些電子將被在陽極的屏極（Plate）吸收。而由于在陰極的燈絲只能****電子而不吸收電子，所以這個(gè)方向不能被反過來，這個(gè)單向?qū)щ娞匦允勾穗娮庸苄纬闪硕O管。

圖：電子管二極管原理 

三極管是在二極管的陰極和陽極之間增加了一個(gè)柵極（Control grid），以控制電子的運(yùn)動(dòng)，而正是柵極的控制作用，使得電子管擁有了放大電壓信號的能力。同時(shí)，還有四極管、五極管等，是在三極管的基礎(chǔ)上增加第二柵極（簾柵極）以及第三柵極（抑制柵極）。

圖：電子管二極管、三極管、四極管、五極管結(jié)構(gòu) 

利用電子管形成的不同器件，就可以設(shè)計(jì)成不同的電路。采用電子管設(shè)計(jì)的放大器如下圖所示： 

圖：RCA公司采用電子管設(shè)計(jì)的放大器

真空電子管收音機(jī)

利用真空電子管，可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)檢波、變頻、放大等電路，通過以上電路的搭配，就可以實(shí)現(xiàn)收音機(jī)功能。

圖：采用電子管實(shí)現(xiàn)的收音機(jī)電路 20世紀(jì)20到30年代，RCA公司正是利用電子管，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了如下圖所示的電子管收音機(jī)，利用無線廣播的方式將音樂、信息等無線傳輸?shù)饺蚋鱾€(gè)地方。 

圖：RCA公司設(shè)計(jì)的收音機(jī)

型號 Model T10-1 Tombstone Radio (1935)

 采用電子管可以實(shí)現(xiàn)無線通信和放大功能，并且有良好的大功率及線性度特性。但電子管的缺點(diǎn)也顯而易見：體積大、功耗大、發(fā)熱厲害、壽命短，并且需要高壓電源。所以，電子管收音機(jī)只應(yīng)用在政府、軍事部門以及無線電愛好者中。 

半導(dǎo)體的橫空出世

為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實(shí)驗(yàn)室加緊了對固體電子器件的基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導(dǎo)體材料，探討用半導(dǎo)體材料制作放大器件的可能性。 1945年秋天，貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了以肖克萊為首的半導(dǎo)體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。他們經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)和觀察，逐步認(rèn)識到半導(dǎo)體中電流放大效應(yīng)產(chǎn)生的原因。布拉頓發(fā)現(xiàn)，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細(xì)針并通上電流，然后讓另一根細(xì)針靠近及接觸它，并通上微弱的電流，這樣就會(huì)使原來的電流產(chǎn)生很大的變化。微弱電流少量的變化會(huì)對另外的電流產(chǎn)生很大的影響，這就是“放大” 作用。這種“放大”作用，也使得半導(dǎo)體器件可以被用于制作放大器。 在為這種器件命名時(shí)，布拉頓想到它的電阻變換特性，于是取名為Trans-resistor(轉(zhuǎn)換電阻)，后來縮寫為Transistor，中文譯名就是晶體管。這個(gè)小小的半導(dǎo)體晶體管，也成為日后集成電路發(fā)展的基礎(chǔ)。 1956年，肖克萊、巴丁、布拉頓三人，因發(fā)明半導(dǎo)體晶體管同時(shí)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

圖：半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明者

左起：布拉頓，肖克萊，巴丁

半導(dǎo)體晶體管對真空半導(dǎo)體的取代

圖：采用半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的晶體管（左）

與采用真空管技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子管（右）對比

 由于晶體管尺寸小、所需電壓低，所以晶體管出現(xiàn)之后，就開始對電子管進(jìn)行取代。 而半導(dǎo)體晶體管第一個(gè)實(shí)現(xiàn)商品化應(yīng)用的產(chǎn)品，就是收音機(jī)。 1954年，Regency 公司發(fā)布TR-1，成為首個(gè)商用的半導(dǎo)體晶體管收音機(jī)（TR即Transistor，晶體管縮寫）。半導(dǎo)體晶體管收音機(jī)的發(fā)明，使原來只能擺放在家中的笨重真空電子管收音機(jī)可以裝進(jìn)口袋，一時(shí)間“Pocket Radio”（可裝進(jìn)口袋的收音機(jī)）成為當(dāng)時(shí)時(shí)尚之選。 不過半導(dǎo)體晶體管收音機(jī)在剛剛推出來的前幾年，依然只是一個(gè)小眾產(chǎn)品，主流的收音機(jī)還是采用真空電子管實(shí)現(xiàn)。為了區(qū)分采用半導(dǎo)體晶體管制作的收音機(jī)和主流電子管制作的收音機(jī)之間的區(qū)別，半導(dǎo)體晶體管收音機(jī)被直接稱為“晶體管”或者“半導(dǎo)體”。這也是現(xiàn)代收音機(jī)被稱之為“半導(dǎo)體”的原因。 

圖：1954年，Regency推出TR-1，主打?yàn)椋?/span>

首個(gè)可裝進(jìn)口袋的收音機(jī)

圖：典型的晶體管收音機(jī)內(nèi)部構(gòu)造

主要核心器件為晶體管（Transistor）

一個(gè)小小的半導(dǎo)體收音機(jī)，也改變了很多公司的命運(yùn)。1957年，東京通信工業(yè)公司發(fā)布Sony系列半導(dǎo)體收音機(jī)。之后的Sony TR-63是20世紀(jì)50-60年代最受歡迎的消費(fèi)類電子產(chǎn)品之一。Sony TR-63在當(dāng)時(shí)實(shí)在太成功，也使得東京通信工業(yè)公司在1958年直接將公司更名為Sony，Sony也成為日后稱霸50年的日本消費(fèi)類電子產(chǎn)品供應(yīng)商，公司也變得家喻戶曉。 以Sony、Regency公司產(chǎn)品為代表的便攜晶體管收音機(jī)，改變了人們聽取音樂的習(xí)慣，人們開始可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，都能聽到音樂。人們因?yàn)楸銛y收音機(jī)養(yǎng)成的隨時(shí)隨地欣賞音樂的習(xí)慣，也促使了80年代Walkman、CD，乃至21世紀(jì)iPod的發(fā)明。 

圖：Sony在20世紀(jì)50-60年代推出的晶體管收音機(jī)

晶體管（Transistor）被直接印在了殼體上

 雖然近年來中國在集成電路領(lǐng)域不斷在追趕世界先進(jìn)水平，但在上個(gè)世紀(jì)中期，中國無線通信的發(fā)展并不落后。 新中國成立以來，電子工業(yè)就是被高度重視的行業(yè)。1958年，上海宏音無線電器材廠等9個(gè)工廠及上海無線電子技術(shù)研究所聯(lián)合研制成功了我國第一臺基于晶體管的收音機(jī)。此后，上海、北京、南京等地的一些無線電工廠，先后生產(chǎn)出“上海牌”、 “春蕾”、 “飛樂”、 “紅燈”等晶體管收音機(jī)。 在上海無線電博物館，展出了大量中國人自己的收音機(jī)。包括經(jīng)典的電子管收音系列：中國成立10周年獻(xiàn)禮之作的上海牌132型電子管收音機(jī)，70年代中國爆款的711型六燈兩波段電子管收音機(jī)；也有珍貴的早期半導(dǎo)體晶體管收音機(jī)：中國第一臺簡單半導(dǎo)體收音機(jī)衛(wèi)星牌636半導(dǎo)體收音機(jī)，生產(chǎn)于1962年的第一臺全部采用國產(chǎn)元器件收音機(jī)--美多28A型便攜式半導(dǎo)體晶體管收音機(jī)等。 

圖：上海無線電三廠在1962年生產(chǎn)的美多28A-1型

半導(dǎo)體收音機(jī)（展出于上海無線電博物館）

 上海無線電博物館位于上海市徐匯區(qū)田林路200號A5棟，是一家以無線電為主要展示內(nèi)容的博物館，由上海儀電（集團(tuán)）有限公司投建，藏品約2300件。主要展品由滬上知名收藏家張明律先生捐贈(zèng)，免費(fèi)向公眾開放。歡迎大家前往，一起感受無線通信發(fā)展給生活帶來的改變。 

圖：上海無線電博物館，位于上海市徐匯區(qū)田林路200號

圖：上海無線電博物館部分展品

人類對品質(zhì)生活的需求為技術(shù)指明方向，技術(shù)的發(fā)展改變了人類的生活方式。集成電路、半導(dǎo)體的發(fā)明到現(xiàn)在還不到一個(gè)世紀(jì)，在這幾十年中，世界發(fā)生了本質(zhì)的變化，我們的生活方式也在不斷受到影響。

你認(rèn)為還有哪些技術(shù)的出現(xiàn)，改變了我們的生活方式呢？歡迎在留言區(qū)討論。