I denne artikkelen vil vi utførlig lære om de tidlige kontaktdiodene, og deres moderne versjoner som er Germanium-dioder.
Her vil vi lære følgende fakta:
- Kort historie om punktkontaktdioder
- Konstruksjon av punktkontaktdioder og moderne Germaniumdioder
- Fordeler med punktkontaktdioder eller Germaniumdioder
- Anvendelser av germaniumdioder
Kort historie om punktkontaktdioder
Punktkontaktdioden er den eldste typen diode som er oppfunnet. Det var ekstremt grunnleggende og bygget på en krystall av et materiale som tilhører en halvleder, for eksempel galena, sinkitt eller karborundum. Dioden ble først brukt som en billig og effektiv måte å oppdage radiobølger fordi den hadde et 'katteskjegg'.
Karl Ferdinand Braun demonstrerte først den 'asymmetriske ledningen' av elektrisk strøm, mellom krystall og metall i en punktkontaktdiode i 1874.
I 1894 utførte Jagadish Bose den første mikrobølgeforskningen ved å bruke krystaller som radiobølgedetektorer. Den første krystalldetektoren ble oppfunnet av Bose i 1901.
G. W. Pickard var primært ansvarlig for å konvertere krystalldetektoren til en nyttig radioenhet. Han begynte å forske på detektorelementer i 1902 og oppdaget tusenvis av forbindelser som kunne brukes til å lage korrigerende veikryss.
De underliggende fysiske egenskapene til disse tidlige punktkontakt-halvlederforbindelsene var ikke kjent på det tidspunktet de ble brukt. Ytterligere studier av dem på 1930- og 1940-tallet resulterte i etableringen av moderne halvlederenheter.
Konstruksjon av punktkontaktdiode
Som vist i figuren nedenfor, ble en katts værhårlignende bittesmå ledning brukt for å komme i kontakt med krystallen. Dette var fortrinnsvis en laget av gull for å forhindre oksidasjon.
Deretter dukket det opp andre typer detektorer, som kostbare germaniumdioder og til slutt kostbare detektorrør.
Dette førte til den utbredte implementeringen av punktkontakt-kattens værhår i kringkastede trådløse radioer under første verdenskrig.
Sammenlignet med moderne halvledere, var kattens værhårdetektorsett eller krystallsett ikke på langt nær nøyaktig. 'Whisker' måtte manuelt plasseres på krystallen og festes i en bestemt posisjon. Imidlertid ville effektiviteten avta innen noen få timer etter drift, og en ny posisjon måtte bestemmes.
Selv om det hadde mange ulemper, var værhår og krystall den første halvlederen som ble brukt i trådløse radioer. I de tidlige årene med trådløst, hadde de fleste hobbyister råd til dette, punktkontaktdiodene fungerte ganske bra, men ingen forsto hvordan de fungerte.
Germanium-dioder (moderne punktkontaktdioder)
Punktkontaktdioder er mye mer effektive og pålitelige i dag. Som illustrert i figuren nedenfor, er de laget av en brikke av N-type germanium som en fin wolfram eller gulltråd (erstatter værhår) er satt inn på.
Ledningen får noe metall til å migrere inn i halvlederen der det kommer i kontakt med germanium. Dette fungerer som en urenhet, danner et lite område av P-typen og etablerer PN-krysset.
På grunn av den lille størrelsen til PN-krysset er det ikke i stand til å tolerere høye strømnivåer. Den høyeste vil vanligvis være noen få milliampere. Reversstrømmen til punktkontaktdioden er større enn for en typisk silisiumdiode. Dette er en tilleggsegenskap til enheten.
Vanligvis kan denne verdien variere fra fem til ti mikroampere. Punktkontaktdiodens reversspenningstoleranse er også lavere enn for flere andre silisiumdioder.
Den maksimale reversspenningen som enheten kan tolerere, er ofte definert som peak invers voltage (PIV). En typisk reversspenningsverdi for en av disse punktkontaktdiodene er omtrent 70 volt.
Fordeler
Germaniumdioden, også kjent som en punktkontaktdiode, virker grunnleggende på mange måter, men har noen fordeler. Den første fordelen er at den er enkel å produsere.
En punktkontaktdiode krever ikke diffusjons- eller epitaksiale vekstteknikker, som normalt er nødvendige for å produsere et mer tradisjonelt PN-kryss.
Produsentene kunne enkelt skille deler av N-type germanium, plassere dem og koble en ledning til dem ved det ideelle rettingskrysset. Dette er grunnen til at disse diodene ble mye brukt i de første periodene med halvlederteknologi.
Brukervennligheten til punktkontaktdioden er dens ekstra fordel. Krysset har ekstremt lav kapasitans på grunn av dens lille størrelse.
Selv om vanlige vanlige silisiumdioder som 1N914 og 1N916 bare har verdier på noen få picofarads, har punktkontaktdioder enda lavere verdier. Denne egenskapen gjør dem svært egnet for radiofrekvensapplikasjoner.
Sist men ikke minst resulterer germaniumet som brukes til å produsere punktkontaktdioden i et minimalt spenningsfall fremover, noe som gjør den perfekt for bruk som detektor. Derfor krever dioden en betydelig lavere spenning for å lede.
I motsetning til en silisiumdiode, som krever 0,6 volt for å slå PÅ, er den typiske fremspenningen til en germaniumdiode knapt 0,2 volt.
applikasjoner
Hvis du er en hobbyist og liker å bygge små radiosett, kan du finne den beste bruken av en punktkontaktdiode i et krystallsett.
En mest grunnleggende form for radiomottaker som ble mye brukt i radioens tidlige dager er kjent som en krystallradiomottaker. Det er også kjent som et krystallsett.
Det mest fascinerende med denne radioen er at den ikke krever ekstern strøm for å fungere. Den lager faktisk et lydsignal ved å bruke kraften til radiosignalet som mottas gjennom antennen.
Den har fått navnet sitt fra den viktigste komponenten, en krystalldetektor (punktkontaktdiode), som opprinnelig ble produsert av et krystallinsk materiale som galena.
En enkel krystallradio som bruker en punktkontakt germaniumdiode 1N34 kan sees i følgende diagram.
For den fullstendige artikkelen og beskrivelsen av kretsen kan du referere til følgende innlegg:
Bygg et krystallradiosett
