Ebben a cikkben átfogóan megismerjük a korai pontkontaktus diódákat és modern változataikat, amelyek germánium diódák.
Itt megtudjuk a következő tényeket:
- A pontkontaktus diódák rövid története
- Pontkontaktus diódák és modern germánium diódák gyártása
- A pontkontaktus diódák vagy germániumdiódák előnyei
- Germániumdiódák alkalmazásai
A pontérintkező diódák rövid története
A pontérintkezős dióda a legrégebbi feltalált diódatípus. Rendkívül bázikus volt, és egy félvezetőhöz tartozó anyag kristályára épült, mint például galéna, cinkit vagy karborundum. A diódát először olcsó és hatékony módszerként használták a rádióhullámok észlelésére, mivel volt benne 'macskabajusz'.
Karl Ferdinand Braun először 1874-ben mutatta be az elektromos áram 'aszimmetrikus vezetését' kristály és fém között egy pontkontaktus diódában.
1894-ben Jagadish Bose végezte az első mikrohullámú kutatást, amelyben kristályokat használtak rádióhullám-detektorként. Az első kristálydetektort Bose találta fel 1901-ben.
G. W. Pickard elsősorban azért volt felelős, hogy a kristálydetektort hasznos rádióeszközzé alakítsa. 1902-ben kezdte el kutatni a detektorelemeket, és több ezer olyan vegyületet fedezett fel, amelyek egyenirányító csomópontok készítésére használhatók.
Ezeknek a korai pontkontaktus félvezető csomópontoknak a mögöttes fizikai tulajdonságai nem voltak ismertek alkalmazásuk idején. Az 1930-as és 1940-es években végzett további tanulmányozásuk eredményeképpen kortárs félvezető eszközök születtek.
Pontos érintkező dióda felépítése
Amint az alábbi ábrán látható, egy macska bajuszszerű apró drótjával érintkeztek a kristállyal. Ez lehetőleg aranyból készült, hogy megakadályozza az oxidációt.
Ezt követően más típusú detektorok jelentek meg, mint például a költséges germánium diódák és a végső soron költséges detektorcsövek.
Ez vezetett a pontérintkezős macskabajusz széles körű elterjedéséhez a sugárzott vezeték nélküli rádiókban az első világháború alatt.
A modern félvezetőkkel összehasonlítva a macska bajuszérzékelő készlete vagy kristálykészlete közel sem volt pontos. A 'bajusz'-t kézzel kellett a kristályra helyezni, és egy adott helyzetben rögzíteni. A működést követő néhány órán belül azonban csökkenni fog a hatékonysága, és új pozíciót kellett meghatározni.
Bár sok hátránya volt, a whisker és a kristály volt az első félvezető, amelyet a vezeték nélküli rádiókban alkalmaztak. A vezeték nélküli használat korai éveiben a legtöbb hobbi megengedhette magának, a pontérintkezős diódák meglehetősen jól működtek, de senki sem értette, hogyan működik.
Germánium diódák (modern pont érintkező diódák)
A pontérintkezős diódák manapság sokkal hatékonyabbak és megbízhatóbbak. Amint az alábbi ábrán látható, N-típusú germánium chipből készülnek, amelyre finom wolfram- vagy aranyhuzalt helyeznek (a whisker helyére).
A huzal hatására némi fém vándorol a félvezetőbe, ahol érintkezik a germániummal. Ez szennyeződésként szolgál, egy apró P-típusú régiót alkotva, és létrehozza a PN csomópontot.
A PN csomópont kicsi mérete miatt nem képes elviselni a nagy áramerősséget. A legmagasabb érték általában néhány milliamper. A pontérintkező dióda fordított árama nagyobb, mint egy tipikus szilícium diódaé. Ez a készülék további tulajdonsága.
Ez az érték általában öt és tíz mikroamper között mozog. A pontérintkezős dióda fordított feszültségtűrése is alacsonyabb, mint számos más szilíciumdiódáé.
Az eszköz által elviselhető maximális fordított feszültséget gyakran a csúcs inverz feszültségként (PIV) határozzák meg. Az egyik ilyen pontérintkezős dióda tipikus fordított feszültségértéke nagyjából 70 volt.
Előnyök
A germánium dióda, más néven pontérintkező dióda, sok szempontból alapvetőnek tűnik, de van néhány előnye. Az első előnye, hogy egyszerűen előállítható.
A pontkontaktus diódákhoz nincs szükség diffúziós vagy epitaxiális növekedési technikákra, amelyekre általában szükség van egy hagyományosabb PN átmenet létrehozásához.
A gyártók könnyedén szétválaszthatták az N-típusú germánium részeit, pozícionálhatták, és vezetéket csatlakoztathattak hozzájuk az ideális egyenirányító csomópontban. Ez az oka annak, hogy a félvezető technológia kezdeti időszakában ezeket a diódákat széles körben használták.
További előnye a pontérintkezős dióda könnyű használhatósága. A csomópont rendkívül alacsony kapacitással rendelkezik az apró mérete miatt.
Míg a közönséges szilícium diódák, például az 1N914 és 1N916 csak néhány pikofarad értékkel rendelkeznek, a pontérintkezős diódák értéke még alacsonyabb. Ez a tulajdonság rendkívül alkalmassá teszi őket rádiófrekvenciás alkalmazásokhoz.
Végül, de nem utolsósorban, a pontkontaktus dióda gyártásához használt germánium minimális előremenő feszültségesést eredményez, ami tökéletessé teszi detektorként való használatra. Ezért a diódának lényegesen kisebb feszültségre van szüksége a vezetéshez.
Ellentétben a szilíciumdiódával, amelynek bekapcsolásához 0,6 V szükséges, a germánium diódák tipikus előremenő feszültsége alig 0,2 volt.
Alkalmazások
Ha hobbi vagy, és szeretsz apró rádiókészülékeket építeni, akkor a pontkontaktus dióda legjobb alkalmazását egy kristálykészletben találhatod meg.
A rádióvevők legalapvetőbb formája, amelyet a rádiózás korai napjaiban széles körben használtak, kristály rádióvevőként ismert. Kristálykészletként is ismert.
Ebben a rádióban az a leglenyűgözőbb, hogy működéséhez nincs szükség külső áramforrásra. Valójában hangjelet készít az antennán keresztül vett rádiójel erejével.
Nevét legjelentősebb alkatrészéről, egy kristálydetektorról (pontos érintkezési diódáról) kapta, amelyet eredetileg olyan kristályos anyagból, mint a galéna gyártottak.
Az alábbi ábrán egy egyszerű kristályrádió látható, amely 1N34 pontkontaktus germániumdiódát használ.
A teljes cikk és az áramkör leírása a következő bejegyzésben található:
Építsen egy kristály rádiós készletet
