U ovom ćemo članku sveobuhvatno naučiti o ranim točkastim kontaktnim diodama i njihovim modernim verzijama koje su germanijeve diode.
Ovdje ćemo saznati sljedeće činjenice:
- Kratka povijest točkastih kontaktnih dioda
- Konstrukcija točkastih kontaktnih dioda i suvremenih germanijevih dioda
- Prednosti točkastih kontaktnih dioda ili germanijevih dioda
- Primjena germanijevih dioda
Kratka povijest točkastih kontaktnih dioda
Dioda s točkastim kontaktom najstarija je izumljena vrsta diode. Bio je izuzetno bazičan i izgrađen na kristalu materijala koji pripada poluvodiču, kao što su galenit, cinkit ili karborund. Dioda je prvo korištena kao jeftin i učinkovit način detekcije radio valova jer je imala 'mačji brk'.
Karl Ferdinand Braun prvi je demonstrirao 'asimetrično provođenje' električne struje, između kristala i metala u diodi s točkastim kontaktom 1874. godine.
Godine 1894. Jagadish Bose proveo je prvo mikrovalno istraživanje koristeći kristale kao detektore radiovalova. Prvi kristalni detektor izumio je Bose 1901.
G. W. Pickard bio je prvenstveno odgovoran za pretvaranje kristalnog detektora u koristan radio uređaj. Počeo je istraživati elemente detektora 1902. godine i otkrio je tisuće spojeva koji se mogu koristiti za izradu ispravljačkih spojeva.
Temeljna fizikalna svojstva ovih ranih točkastih kontaktnih poluvodičkih spojeva nisu bila poznata u vrijeme kada su korišteni. Njihovo daljnje proučavanje 1930-ih i 1940-ih rezultiralo je stvaranjem suvremenih poluvodičkih elemenata.
Konstrukcija točkaste kontaktne diode
Kao što se vidi na donjoj slici, sićušna žica poput mačjeg brka korištena je za kontakt s kristalom. Poželjno je da je ovo izrađeno od zlata kako bi se spriječila oksidacija.
Nakon toga su se pojavile druge vrste detektora, kao što su skupe germanijske diode i konačno skupe detektorske cijevi.
To je dovelo do široko rasprostranjene primjene točkastog kontaktnog mačjeg brka u bežičnim radijskim postajama tijekom Prvog svjetskog rata.
U usporedbi s modernim poluvodičima, set detektora mačjih brkova ili kristalni set nije bio ni blizu točan. 'Brčić' je morao biti ručno postavljen na kristal i fiksiran u određenom položaju. Međutim, unutar nekoliko sati rada, njegova bi učinkovitost opala i trebalo je odrediti novu poziciju.
Iako je imao mnogo nedostataka, brkovi i kristali bili su prvi poluvodič korišten u bežičnim radijima. U tim prvim godinama bežične veze, većina si hobista to mogla priuštiti, diode s točkastim kontaktom radile su prilično dobro, ali nitko nije razumio kako to radi.
Germanijeve diode (moderne točkaste kontaktne diode)
Diode s točkastim kontaktom danas su mnogo učinkovitije i pouzdanije. Kao što je ilustrirano na donjoj slici, napravljeni su od čipa N-tipa germanija na koji je umetnuta fina žica od volframa ili zlata (koja zamjenjuje brkove).
Žica uzrokuje migriranje metala u poluvodič gdje dolazi u kontakt s germanijem. Ovo služi kao nečistoća, formirajući sićušnu regiju P-tipa i uspostavljajući PN spoj.
Zbog male veličine PN spoja, on ne može tolerirati visoke razine struje. Najviše bi obično bilo nekoliko miliampera. Reverzna struja diode s točkastim kontaktom veća je od struje tipične silicijske diode. Ovo je dodatno svojstvo uređaja.
Obično se ova vrijednost može kretati od pet do deset mikroampera. Tolerancija obrnutog napona diode s točkastim kontaktom također je manja nego kod nekoliko drugih silicijskih dioda.
Maksimalni inverzni napon koji uređaj može tolerirati često se definira kao vršni inverzni napon (PIV). Tipična vrijednost reverznog napona za jednu od ovih dioda s točkastim kontaktom je otprilike 70 volti.
Prednosti
Germanijska dioda, također poznata kao dioda s točkastim kontaktom, čini se osnovnom na mnogo načina, ali ima nekoliko prednosti. Prva prednost je što se jednostavno proizvodi.
Dioda s točkastim kontaktom ne zahtijeva tehnike difuzije ili epitaksijalnog rasta, koje su inače potrebne za proizvodnju tradicionalnijeg PN spoja.
Proizvođači su mogli lako odvojiti dijelove germanija N-tipa, postaviti ih i spojiti žicu na njih na idealnom ispravljačkom spoju. Zbog toga su u početnim razdobljima tehnike poluvodiča ove diode imale veliku primjenu.
Jednostavnost korištenja točkaste diode dodatna je prednost. Spoj ima izuzetno mali kapacitet zbog svoje male veličine.
Iako uobičajene obične silicijske diode poput 1N914 i 1N916 imaju samo vrijednosti od nekoliko pikofarada, diode s točkastim kontaktom imaju još niže vrijednosti. Ovo ih svojstvo čini vrlo prikladnima za radiofrekvencijske primjene.
Posljednje, ali ne i najmanje važno, germanij koji se koristi za proizvodnju točkaste kontaktne diode rezultira minimalnim padom napona prema naprijed, što ga čini savršenim za korištenje kao detektor. Stoga, dioda zahtijeva znatno niži napon za provođenje.
Za razliku od silicijske diode, kojoj je potrebno 0,6 volta da se uključi, tipični prednji napon germanijske diode je jedva 0,2 volta.
Prijave
Ako ste hobist i volite sastavljati sićušne radio aparate, možda ćete pronaći najbolju primjenu točkaste kontaktne diode u kristalnom kompletu.
Najosnovniji oblik radio prijamnika koji je bio široko korišten u ranim danima radija poznat je kao kristalni radio prijemnik. Također je poznat kao kristalni set.
Ono što je najfascinantnije kod ovog radija je to što mu za rad nije potrebno vanjsko napajanje. On zapravo stvara audio signal koristeći snagu radijskog signala koji prima njegova antena.
Ime je dobio po svojoj najznačajnijoj komponenti, kristalnom detektoru (dioda s točkastim kontaktom), koji je u početku bio proizveden od kristalnog materijala poput galenita.
Jednostavan kristalni radio s točkastim kontaktom germanijeve diode 1N34 može se vidjeti na sljedećem dijagramu.
Za potpuni članak i opis strujnog kruga možete pogledati sljedeći post:
Napravite kristalni radio uređaj
