V tomto článku sa komplexne dozvieme o skorých bodových kontaktných diódach a ich moderných verziách, ktorými sú germániové diódy.

Tu sa dozvieme nasledujúce fakty:

Stručná história bodových kontaktných diód
Konštrukcia bodových kontaktných diód a moderných germánskych diód
Výhody bodových kontaktných diód alebo germánskych diód
Aplikácia germánskych diód

Stručná história bodových kontaktných diód

Bodová dióda je najstarším typom vynájdenej diódy. Bol extrémne základný a postavený na kryštále materiálu patriaceho k polovodiču, ako je galenit, zincit alebo karborundum. Dióda bola prvýkrát použitá ako lacný a efektívny spôsob detekcie rádiových vĺn, pretože mala „mačací fúz“.

Karl Ferdinand Braun prvýkrát demonštroval „asymetrické vedenie“ elektrického prúdu medzi kryštálom a kovom v bodovej kontaktnej dióde v roku 1874.

V roku 1894 uskutočnil Jagadish Bose prvý mikrovlnný výskum s použitím kryštálov ako detektorov rádiových vĺn. Prvý kryštálový detektor vynašiel Bose v roku 1901.

G. W. Pickard bol primárne zodpovedný za premenu kryštálového detektora na užitočné rádiové zariadenie. S výskumom prvkov detektorov začal v roku 1902 a objavil tisíce zlúčenín, ktoré by sa dali použiť na vytváranie usmerňujúcich spojov.

Základné fyzikálne vlastnosti týchto skorých bodových kontaktných polovodičových spojov neboli známe v čase, keď boli použité. Ich ďalšie štúdium v 30. a 40. rokoch 20. storočia vyústilo do vytvorenia súčasných polovodičových zariadení.

Konštrukcia bodovej kontaktnej diódy

Ako je vidieť na obrázku nižšie, na kontakt s kryštálom bol použitý mačací fúzovitý drôt. Toto bolo prednostne vyrobené zo zlata, aby sa zabránilo oxidácii.

Následne sa objavili ďalšie typy detektorov, ako napríklad drahé germániové diódy a nakoniec drahé detekčné trubice.

To viedlo k rozšírenej implementácii bodového kontaktného mačacieho fúzu vo vysielaní bezdrôtových rádií počas prvej svetovej vojny.

V porovnaní s modernými polovodičmi, súprava mačacích fúzov alebo kryštálov nebola ani zďaleka presná. 'Fúza' musela byť ručne umiestnená na kryštál a upevnená v určitej polohe. V priebehu niekoľkých hodín prevádzky by však jeho účinnosť klesla a bolo potrebné určiť novú polohu.

Hoci to malo veľa nevýhod, fúz a kryštál boli prvým polovodičom používaným v bezdrôtových rádiách. V tých prvých rokoch bezdrôtového pripojenia si to väčšina fanúšikov mohla dovoliť, bodové diódy fungovali pomerne dobre, ale nikto nechápal, ako to funguje.

Germániové diódy (moderné bodové kontaktné diódy)

Bodové diódy sú v súčasnosti oveľa efektívnejšie a spoľahlivejšie. Ako je znázornené na obrázku nižšie, sú vyrobené z čipu germánia typu N, na ktorom je vložený jemný volfrámový alebo zlatý drôt (nahrádzajúci fúzy).

Drôt spôsobuje, že nejaký kov migruje do polovodiča, kde sa dotýka germánia. To slúži ako nečistota, ktorá vytvára malú oblasť typu P a vytvára PN prechod.

Kvôli malej veľkosti PN prechodu nie je schopný tolerovať vysoké úrovne prúdu. Najvyššia by bola zvyčajne niekoľko miliampérov. Spätný prúd bodovej diódy je väčší ako u typickej kremíkovej diódy. Toto je ďalšia vlastnosť zariadenia.

Typicky sa táto hodnota môže pohybovať od piatich do desiatich mikroampérov. Tolerancia spätného napätia bodovej diódy je tiež nižšia ako u niekoľkých iných kremíkových diód.

Maximálne spätné napätie, ktoré môže zariadenie tolerovať, sa často definuje ako špičkové inverzné napätie (PIV). Typická hodnota spätného napätia pre jednu z týchto bodových diód je približne 70 voltov.

“automatizovaná identifikácia a zber údajov ”

Výhody

Germániová dióda, tiež známa ako bodová dióda, sa javí ako základná v mnohých ohľadoch, ale má niekoľko výhod. Prvou výhodou je jednoduchá výroba.

Bodová kontaktná dióda nevyžaduje techniky difúzie alebo epitaxného rastu, ktoré sú normálne potrebné na vytvorenie tradičnejšieho PN prechodu.

Výrobcovia mohli ľahko oddeliť časti germánia typu N, umiestniť ich a pripojiť k nim vodič na ideálnom rektifikačnom uzle. To je dôvod, prečo sa v počiatočných obdobiach polovodičovej technológie tieto diódy vo veľkej miere používali.

Jednoduchosť použitia bodovej diódy je jej ďalšou výhodou. Prechod má extrémne nízku kapacitu kvôli svojej malej veľkosti.

Aj keď bežné bežné kremíkové diódy ako 1N914 a 1N916 majú hodnoty len niekoľkých pikofaradov, bodové diódy majú ešte nižšie hodnoty. Táto vlastnosť ich robí veľmi vhodnými pre rádiofrekvenčné aplikácie.

V neposlednom rade germánium použité na výrobu bodovej kontaktnej diódy má za následok minimálny pokles napätia v priepustnom smere, vďaka čomu je ideálna na použitie ako detektor. Preto dióda vyžaduje na vedenie výrazne nižšie napätie.

Na rozdiel od kremíkovej diódy, ktorá vyžaduje 0,6 voltu na zapnutie, typické dopredné napätie germániovej diódy je sotva 0,2 voltu.

Aplikácie

Ak ste fanúšik a radi staviate malé rádiové súpravy, potom môžete nájsť najlepšie uplatnenie bodovej kontaktnej diódy v kryštálovej súprave.

Najzákladnejšia forma rádiového prijímača, ktorá bola široko používaná v počiatkoch rádia, je známa ako kryštálový rádiový prijímač. Je tiež bežne známy ako kryštálový set.

Najfascinujúcejšie na tomto rádiu je to, že na prevádzku nepotrebuje externé napájanie. V skutočnosti vytvára zvukový signál pomocou výkonu rádiového signálu, ktorý prijíma cez anténu.

Svoje meno dostala podľa svojho najvýznamnejšieho komponentu, kryštálového detektora (bodovej kontaktnej diódy), ktorý sa pôvodne vyrábal z kryštalického materiálu, akým je galenit.

Jednoduché kryštálové rádio využívajúce bodovú kontaktnú germániovú diódu 1N34 je možné vidieť na nasledujúcom diagrame.