I denne artikel vil vi udførligt lære om de tidlige punktkontaktdioder og deres moderne versioner, som er Germanium-dioder.

Her vil vi lære følgende fakta:

Kort historie om punktkontaktdioder
Konstruktion af punktkontaktdioder og moderne Germaniumdioder
Fordele ved punktkontaktdioder eller Germaniumdioder
Anvendelser af germaniumdioder

Kort historie om punktkontaktdioder

Punktkontaktdioden er den ældste type diode, der er opfundet. Det var ekstremt grundlæggende og bygget på en krystal af et materiale, der tilhører en halvleder, såsom galena, zincit eller carborundum. Dioden blev først brugt som en billig og effektiv måde at detektere radiobølger på, fordi den havde et 'kattehår'.

Karl Ferdinand Braun demonstrerede første gang den 'asymmetriske ledning' af elektrisk strøm mellem krystal og metal i en punktkontaktdiode i 1874.

I 1894 udførte Jagadish Bose den første mikrobølgeforskning ved at bruge krystaller som radiobølgedetektorer. Den første krystaldetektor blev opfundet af Bose i 1901.

G. W. Pickard var primært ansvarlig for at konvertere krystaldetektoren til en nyttig radioenhed. Han begyndte at forske i detektorelementer i 1902 og opdagede tusindvis af forbindelser, som kunne bruges til at lave korrigerende kryds.

De underliggende fysiske egenskaber af disse tidlige punktkontakt-halvlederforbindelser var ikke kendte på det tidspunkt, hvor de blev anvendt. Yderligere undersøgelse af dem i 1930'erne og 1940'erne resulterede i skabelsen af moderne halvlederenheder.

Konstruktion af punktkontaktdiode

Som det ses på figuren nedenfor, blev en kats knurhår-lignende lille ledning brugt til at kontakte krystallen. Dette var fortrinsvis en lavet af guld for at forhindre oxidation.

Efterfølgende dukkede andre typer detektorer op, såsom dyre germaniumdioder og i sidste ende dyre detektorrør.

Dette førte til den udbredte implementering af point-contact cat's whisker i trådløse radioer under 1. Verdenskrig.

Sammenlignet med moderne halvledere var kattens knurhårdetektorsæt eller krystalsæt ikke nær nøjagtigt. 'Whisker' skulle manuelt placeres på krystallen og fikseres i en bestemt position. Inden for et par timer efter drift ville dens effektivitet dog falde, og en ny position skulle bestemmes.

Selvom det havde mange ulemper, var knurhår og krystal den første halvleder, der blev brugt i trådløse radioer. I de tidlige år med trådløs, havde de fleste hobbyfolk råd til dette, punkt-kontakt-dioderne fungerede ret godt, men ingen forstod, hvordan det fungerede.

Germanium dioder (moderne punktkontaktdioder)

Punkt-kontakt dioder er meget mere effektive og pålidelige i dag. Som illustreret i figuren nedenfor er de lavet af en chip af N-type germanium, hvorpå der er indsat en fin wolfram- eller guldtråd (der erstatter whiskeren).

Tråden får noget metal til at migrere ind i halvlederen, hvor det kommer i kontakt med germanium. Dette tjener som en urenhed, der danner et lille område af P-typen og etablerer PN-forbindelsen.

På grund af PN-forbindelsens lille størrelse, er den ikke i stand til at tolerere høje strømniveauer. Den højeste vil typisk være et par milliampere. Den omvendte strøm af punktkontaktdioden er større end for en typisk siliciumdiode. Dette er en yderligere egenskab ved enheden.

Typisk kan denne værdi variere fra fem til ti mikroampere. Punktkontaktdiodens omvendte spændingstolerance er også lavere end for flere andre siliciumdioder.

Den maksimale omvendte spænding, som enheden kan tolerere, er ofte defineret som peak inverse voltage (PIV). En typisk omvendt spændingsværdi for en af disse punktkontaktdioder er ca. 70 volt.

Fordele

Germaniumdioden, også kendt som en punktkontaktdiode, fremstår grundlæggende på mange måder, men har nogle få fordele. Den første fordel er, at den er enkel at producere.

En punktkontaktdiode kræver ikke diffusions- eller epitaksielle vækstteknikker, som normalt er nødvendige for at producere en mere traditionel PN-forbindelse.

Producenterne kunne nemt adskille dele af N-type germanium, placere dem og forbinde en ledning til dem ved det ideelle ensretningskrydspunkt. Dette er grunden til, at disse dioder i de indledende perioder med halvlederteknologi blev udstrakt brugt.

Brugervenligheden af punktkontaktdioden er dens yderligere fordel. Krydset har en ekstrem lav kapacitans på grund af dens lille størrelse.

Selvom almindelige almindelige siliciumdioder som 1N914 og 1N916 kun har værdier på nogle få picofarads, har punktkontaktdioder endnu lavere værdier. Denne egenskab gør dem særdeles velegnede til radiofrekvensapplikationer.

Sidst men ikke mindst resulterer det germanium, der bruges til at fremstille punktkontaktdioden, i et minimalt fremadrettet spændingsfald, hvilket gør den perfekt til brug som detektor. Derfor kræver dioden en væsentlig lavere spænding for at lede.

I modsætning til en siliciumdiode, som kræver 0,6 volt for at tænde, er den typiske fremadspænding for en germaniumdiode knap 0,2 volt.

Ansøgninger

Hvis du er en hobbyist og kan lide at bygge små radiosæt, kan du finde den bedste anvendelse af en punktkontaktdiode i et krystalsæt.

En mest grundlæggende form for radiomodtager, der blev meget brugt i radioens tidlige dage, er kendt som en krystalradiomodtager. Det er også almindeligt kendt som et krystalsæt.

Det mest fascinerende ved denne radio er, at den ikke kræver ekstern strøm for at fungere. Det laver faktisk et lydsignal ved hjælp af kraften fra radiosignalet, der modtages gennem dens antenne.

Den har fået sit navn fra sin mest betydningsfulde komponent, en krystaldetektor (punktkontaktdiode), som oprindeligt blev fremstillet af et krystallinsk materiale som galena.

En simpel krystalradio med en punktkontakt germaniumdiode 1N34 kan ses i følgende diagram.