收音機為什么叫“半導體”？

在我國不少地方，“半導體”和收音機，說(shuō)的是一個(gè)東西。

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

收音機的發(fā)明

電報機的發(fā)明

早在1835年，摩爾斯在美國發(fā)明了最早的電報機，摩爾斯用電流的“通”“斷”和“長(cháng)短”來(lái)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。雖然電報機可以實(shí)現遠地相互通信，但還是必須依賴(lài)“導線(xiàn)”來(lái)連接，非常不方便。

無(wú)線(xiàn)電的發(fā)明

1887年，德國物理學(xué)家赫茲，用實(shí)驗證明了電磁波的存在。電磁波的發(fā)現為無(wú)線(xiàn)傳輸找到了傳播途徑，也開(kāi)啟了無(wú)線(xiàn)通信的新紀元。為了紀念赫茲的偉大貢獻，電磁波頻率的國際制單位也以赫茲的名字來(lái)命名。 在隨后的幾十年時(shí)間里，電磁波被應用到無(wú)線(xiàn)通信中：-1894年，意大利電氣工程師馬可尼開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗，并于1899年實(shí)現跨越英吉利海峽傳輸。-1906年，美國33歲發(fā)明家德福雷斯特設計了歷史上第一個(gè)收音機。這個(gè)收音機將真空電子管放大器與馬可尼的無(wú)線(xiàn)電發(fā)明相結合，利用無(wú)線(xiàn)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·薩爾諾夫，參與創(chuàng )立美國無(wú)線(xiàn)電公司（Radio Corporation of America, RCA），RCA是商用無(wú)線(xiàn)電和廣播電視的起源。而RCA公司的收音機產(chǎn)品也成為當時(shí)最為流行的無(wú)線(xiàn)接收設備。 

真空電子管收音機

 在早期的收音機中，采用真空電子管進(jìn)行收音機的設計。 

真空電子管及工作原理
電子管（Electron Tube），又被稱(chēng)為真空管（Vacuum Tube ），是一種被廣泛用于信號放大器設計的重要器件。真空電子管由外部的玻璃殼體、內部的電極及連接電極的管腳構成。由于為了有利于游離電子的流動(dòng)，玻璃殼體內部被抽為真空，所以電子管也被稱(chēng)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(jiǎn)單的電子管器件。電子管二極管由陰極Cathode和陽(yáng)極Anode構成。電子管工作時(shí)，位于陰極的燈絲上有電流通過(guò)就會(huì )發(fā)熱，當陰極到達一定溫度后，就會(huì )有電子獲得足夠的能量而從上面****出來(lái)，這些電子將被在陽(yáng)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(guò)來(lái)，這個(gè)單向導電特性使此電子管形成了二極管。

圖：電子管二極管原理 

三極管是在二極管的陰極和陽(yáng)極之間增加了一個(gè)柵極（Control grid），以控制電子的運動(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、五極管結構 

利用電子管形成的不同器件，就可以設計成不同的電路。采用電子管設計的放大器如下圖所示： 

圖：RCA公司采用電子管設計的放大器

真空電子管收音機

利用真空電子管，可以設計實(shí)現檢波、變頻、放大等電路，通過(guò)以上電路的搭配，就可以實(shí)現收音機功能。

圖：采用電子管實(shí)現的收音機電路 20世紀20到30年代，RCA公司正是利用電子管，設計實(shí)現了如下圖所示的電子管收音機，利用無(wú)線(xiàn)廣播的方式將音樂(lè )、信息等無(wú)線(xiàn)傳輸到全球各個(gè)地方。 

圖：RCA公司設計的收音機

型號 Model T10-1 Tombstone Radio (1935)

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

半導體的橫空出世

為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰結束后，貝爾實(shí)驗室加緊了對固體電子器件的基礎研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導體材料，探討用半導體材料制作放大器件的可能性。 1945年秋天，貝爾實(shí)驗室成立了以肖克萊為首的半導體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。他們經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗和觀(guān)察，逐步認識到半導體中電流放大效應產(chǎn)生的原因。布拉頓發(fā)現，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細針并通上電流，然后讓另一根細針靠近及接觸它，并通上微弱的電流，這樣就會(huì )使原來(lái)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T(mén)rans-resistor(轉換電阻)，后來(lái)縮寫(xiě)為T(mén)ransistor，中文譯名就是晶體管。這個(gè)小小的半導體晶體管，也成為日后集成電路發(fā)展的基礎。 1956年，肖克萊、巴丁、布拉頓三人，因發(fā)明半導體晶體管同時(shí)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。

圖：半導體晶體管的發(fā)明者

左起：布拉頓，肖克萊，巴丁

半導體晶體管對真空半導體的取代

圖：采用半導體技術(shù)實(shí)現的晶體管（左）

與采用真空管技術(shù)實(shí)現的電子管（右）對比

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

圖：1954年，Regency推出TR-1，主打為：

首個(gè)可裝進(jìn)口袋的收音機

圖：典型的晶體管收音機內部構造

主要核心器件為晶體管（Transistor）

一個(gè)小小的半導體收音機，也改變了很多公司的命運。1957年，東京通信工業(yè)公司發(fā)布Sony系列半導體收音機。之后的Sony TR-63是20世紀50-60年代最受歡迎的消費類(lèi)電子產(chǎn)品之一。Sony TR-63在當時(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(chēng)霸50年的日本消費類(lèi)電子產(chǎn)品供應商，公司也變得家喻戶(hù)曉。 以Sony、Regency公司產(chǎn)品為代表的便攜晶體管收音機，改變了人們聽(tīng)取音樂(lè )的習慣，人們開(kāi)始可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，都能聽(tīng)到音樂(lè )。人們因為便攜收音機養成的隨時(shí)隨地欣賞音樂(lè )的習慣，也促使了80年代Walkman、CD，乃至21世紀iPod的發(fā)明。 

圖：Sony在20世紀50-60年代推出的晶體管收音機

晶體管（Transistor）被直接印在了殼體上

 雖然近年來(lái)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)世紀中期，中國無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展并不落后。 新中國成立以來(lái)，電子工業(yè)就是被高度重視的行業(yè)。1958年，上海宏音無(wú)線(xiàn)電器材廠(chǎng)等9個(gè)工廠(chǎng)及上海無(wú)線(xiàn)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。此后，上海、北京、南京等地的一些無(wú)線(xiàn)電工廠(chǎng)，先后生產(chǎn)出“上海牌”、 “春蕾”、 “飛樂(lè )”、 “紅燈”等晶體管收音機。 在上海無(wú)線(xiàn)電博物館，展出了大量中國人自己的收音機。包括經(jīng)典的電子管收音系列：中國成立10周年獻禮之作的上海牌132型電子管收音機，70年代中國爆款的711型六燈兩波段電子管收音機；也有珍貴的早期半導體晶體管收音機：中國第一臺簡(jiǎn)單半導體收音機衛星牌636半導體收音機，生產(chǎn)于1962年的第一臺全部采用國產(chǎn)元器件收音機--美多28A型便攜式半導體晶體管收音機等。 

圖：上海無(wú)線(xiàn)電三廠(chǎng)在1962年生產(chǎn)的美多28A-1型

半導體收音機（展出于上海無(wú)線(xiàn)電博物館）

 上海無(wú)線(xiàn)電博物館位于上海市徐匯區田林路200號A5棟，是一家以無(wú)線(xiàn)電為主要展示內容的博物館，由上海儀電（集團）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，免費向公眾開(kāi)放。歡迎大家前往，一起感受無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展給生活帶來(lái)的改變。 

圖：上海無(wú)線(xiàn)電博物館，位于上海市徐匯區田林路200號

圖：上海無(wú)線(xiàn)電博物館部分展品

人類(lèi)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(lèi)的生活方式。集成電路、半導體的發(fā)明到現在還不到一個(gè)世紀，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。

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