Σε αυτό το άρθρο θα μάθουμε αναλυτικά για τις πρώιμες δίοδοι επαφής σημείου και τις σύγχρονες εκδόσεις τους που είναι οι δίοδοι γερμανίου.
Εδώ θα μάθουμε τα ακόλουθα γεγονότα:
- Σύντομο ιστορικό των διόδων επαφής σημείου
- Κατασκευή διόδων σημειακής επαφής και σύγχρονων διόδων γερμανίου
- Πλεονεκτήματα των διόδων επαφής σημείου ή των διόδων γερμανίου
- Εφαρμογές Διόδων Γερμανίου
Σύντομη ιστορία των διόδων επαφής σημείου
Η δίοδος σημείου επαφής είναι ο παλαιότερος τύπος διόδου που εφευρέθηκε. Ήταν εξαιρετικά βασικό και χτίστηκε σε έναν κρύσταλλο από ένα υλικό που ανήκει σε έναν ημιαγωγό, όπως ο γαλήνιος, ο ψευδάργυρος ή το καρβορούνδιο. Η δίοδος χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ως φθηνός και αποτελεσματικός τρόπος ανίχνευσης ραδιοκυμάτων επειδή είχε ένα 'μουστάκι γάτας'.
Ο Karl Ferdinand Braun κατέδειξε για πρώτη φορά την «ασύμμετρη αγωγιμότητα» του ηλεκτρικού ρεύματος, μεταξύ κρυστάλλου και μετάλλου σε μια δίοδο σημειακής επαφής το 1874.
Το 1894, ο Jagadish Bose πραγματοποίησε την πρώτη έρευνα μικροκυμάτων χρησιμοποιώντας κρυστάλλους ως ανιχνευτές ραδιοκυμάτων. Ο πρώτος ανιχνευτής κρυστάλλων εφευρέθηκε από τον Bose το 1901.
Ο G. W. Pickard ήταν κυρίως υπεύθυνος για τη μετατροπή του ανιχνευτή κρυστάλλων σε μια χρήσιμη συσκευή ραδιοφώνου. Άρχισε να ερευνά στοιχεία ανιχνευτών το 1902 και ανακάλυψε χιλιάδες ενώσεις που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ανορθωτικών διασταυρώσεων.
Οι υποκείμενες φυσικές ιδιότητες αυτών των πρώιμων σημείων επαφής ημιαγωγών δεν ήταν γνωστές τη στιγμή που χρησιμοποιήθηκαν. Περαιτέρω μελέτη τους στη δεκαετία του 1930 και του 1940 είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία σύγχρονων συσκευών ημιαγωγών.
Κατασκευή Διόδου Σημειακής Επαφής
Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, ένα μικροσκοπικό σύρμα σαν μουστάκι γάτας χρησιμοποιήθηκε για να έρθει σε επαφή με τον κρύσταλλο. Αυτό ήταν κατά προτίμηση κατασκευασμένο από χρυσό για να αποτρέψει την οξείδωση.
Στη συνέχεια, εμφανίστηκαν άλλοι τύποι ανιχνευτών, όπως ακριβές δίοδοι γερμανίου και τελικά δαπανηροί σωλήνες ανιχνευτών.
Αυτό οδήγησε στην ευρεία εφαρμογή του μουστάκι της γάτας με σημείο επαφής σε ασύρματα ραδιόφωνα εκπομπής κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου.
Σε σύγκριση με τους σύγχρονους ημιαγωγούς, το σετ ανιχνευτών με μουστάκια της γάτας ή το σετ κρυστάλλων δεν ήταν καθόλου ακριβές. Το 'μουστάκι' έπρεπε να τοποθετηθεί χειροκίνητα στον κρύσταλλο και να στερεωθεί σε μια συγκεκριμένη θέση. Ωστόσο, μέσα σε λίγες ώρες λειτουργίας, η αποτελεσματικότητά του θα μειωνόταν και έπρεπε να καθοριστεί μια νέα θέση.
Αν και είχε πολλά μειονεκτήματα, το μουστάκι και το κρύσταλλο ήταν ο πρώτος ημιαγωγός που χρησιμοποιήθηκε σε ασύρματα ραδιόφωνα. Εκείνα τα πρώτα χρόνια της ασύρματης σύνδεσης, οι περισσότεροι χομπίστες μπορούσαν να το αντέξουν οικονομικά, οι δίοδοι επαφής σημείου λειτουργούσαν αρκετά καλά, αλλά κανείς δεν κατάλαβε πώς λειτουργούσε.
Δίοδοι γερμανίου (Σύγχρονες δίοδοι επαφής σημείου)
Οι δίοδοι σημείου επαφής είναι πολύ πιο αποτελεσματικές και αξιόπιστες στις μέρες μας. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, κατασκευάζονται από ένα τσιπ γερμανίου τύπου Ν στο οποίο έχει εισαχθεί ένα λεπτό σύρμα βολφραμίου ή χρυσού (αντικαθιστά το μουστάκι).
Το σύρμα αναγκάζει κάποιο μέταλλο να μεταναστεύσει στον ημιαγωγό όπου έρχεται σε επαφή με το γερμάνιο. Αυτό χρησιμεύει ως ακαθαρσία, σχηματίζοντας μια μικροσκοπική περιοχή τύπου P και δημιουργώντας τη διασταύρωση PN.
Λόγω του μικροσκοπικού μεγέθους της διασταύρωσης PN, δεν μπορεί να ανεχθεί υψηλά επίπεδα ρεύματος. Το υψηλότερο θα ήταν συνήθως μερικά milliamps. Το αντίστροφο ρεύμα της διόδου σημείου επαφής είναι μεγαλύτερο από αυτό μιας τυπικής διόδου πυριτίου. Αυτή είναι μια πρόσθετη ιδιότητα της συσκευής.
Συνήθως αυτή η τιμή μπορεί να κυμαίνεται από πέντε έως δέκα μικροαμπέρ. Η ανοχή αντίστροφης τάσης της διόδου σημείου επαφής είναι επίσης χαμηλότερη από αυτή πολλών άλλων διόδων πυριτίου.
Η μέγιστη αντίστροφη τάση που μπορεί να ανεχθεί η συσκευή, ορίζεται συχνά ως η μέγιστη αντίστροφη τάση (PIV). Μια τυπική τιμή αντίστροφης τάσης για μία από αυτές τις διόδους σημείου επαφής είναι περίπου 70 βολτ.
Πλεονεκτήματα
Η δίοδος γερμανίου, επίσης γνωστή ως δίοδος σημείου επαφής, φαίνεται βασική με πολλούς τρόπους, αλλά έχει μερικά πλεονεκτήματα. Το πρώτο πλεονέκτημα είναι ότι είναι απλό στην παραγωγή.
Μια δίοδος σημείου επαφής δεν απαιτεί τεχνικές διάχυσης ή επιταξιακής ανάπτυξης, οι οποίες συνήθως απαιτούνται για την παραγωγή μιας πιο παραδοσιακής διασταύρωσης PN.
Οι κατασκευαστές θα μπορούσαν εύκολα να διαχωρίσουν μέρη γερμανίου τύπου Ν, να τα τοποθετήσουν και να συνδέσουν ένα καλώδιο σε αυτά στην ιδανική διασταύρωση ανόρθωσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, στις αρχικές περιόδους της τεχνολογίας ημιαγωγών, αυτές οι δίοδοι χρησιμοποιήθηκαν εκτενώς.
Η ευκολία χρήσης της διόδου σημείου επαφής είναι το πρόσθετο πλεονέκτημά της. Η διασταύρωση έχει εξαιρετικά χαμηλή χωρητικότητα λόγω του μικροσκοπικού μεγέθους της.
Παρόλο που οι κοινές συνηθισμένες δίοδοι πυριτίου όπως οι 1N914 και 1N916 έχουν μόνο μερικές τιμές picofarads, οι δίοδοι επαφής σημείου έχουν ακόμη χαμηλότερες τιμές. Αυτή η ιδιότητα τα καθιστά εξαιρετικά κατάλληλα για εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων.
Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό, το γερμάνιο που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της διόδου σημειακής επαφής έχει ως αποτέλεσμα μια ελάχιστη πτώση τάσης προς τα εμπρός, γεγονός που την καθιστά ιδανική για χρήση ως ανιχνευτής. Επομένως, η δίοδος απαιτεί σημαντικά χαμηλότερη τάση για να μεταφερθεί.
Σε αντίθεση με μια δίοδο πυριτίου, η οποία απαιτεί 0,6 βολτ για να ενεργοποιηθεί, η τυπική μπροστινή τάση μιας διόδου γερμανίου είναι μόλις 0,2 βολτ.
Εφαρμογές
Εάν είστε χομπίστας και σας αρέσει να κατασκευάζετε μικροσκοπικές ραδιοφωνικές συσκευές, μπορείτε να βρείτε την καλύτερη εφαρμογή μιας δίοδος επαφής σημείου σε ένα σετ κρυστάλλων.
Μια πιο βασική μορφή ραδιοφωνικού δέκτη που χρησιμοποιήθηκε ευρέως στις πρώτες μέρες του ραδιοφώνου είναι γνωστή ως κρυστάλλινος ραδιοφωνικός δέκτης. Είναι επίσης κοινώς γνωστό ως σετ κρυστάλλων.
Το πιο συναρπαστικό με αυτό το ραδιόφωνο είναι ότι δεν απαιτεί εξωτερική τροφοδοσία για να λειτουργήσει. Στην πραγματικότητα παράγει ηχητικό σήμα χρησιμοποιώντας την ισχύ του ραδιοφωνικού σήματος που λαμβάνεται μέσω της κεραίας του.
Πήρε το όνομά του από το πιο σημαντικό συστατικό του, έναν ανιχνευτή κρυστάλλων (σημειακή δίοδος επαφής), ο οποίος αρχικά κατασκευάστηκε από ένα κρυσταλλικό υλικό όπως το γαλένα.
Ένα απλό κρυστάλλινο ραδιόφωνο που χρησιμοποιεί μια δίοδο γερμανίου σημείου επαφής 1N34 φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.
Για το πλήρες άρθρο και την περιγραφή του κυκλώματος μπορείτε να ανατρέξετε στην παρακάτω ανάρτηση:
Κατασκευάστε ένα σετ ραδιοφώνου κρυστάλλου
