In dit artikel zullen we uitgebreid leren over de vroege puntcontactdiodes en hun moderne versies, die Germanium-diodes zijn.

Hier zullen we de volgende feiten leren:

Korte geschiedenis van puntcontactdiodes
Constructie van puntcontactdiodes en moderne germaniumdiodes
Voordelen van puntcontactdiodes of Germaniumdiodes
Toepassingen van Germaniumdiodes

Korte geschiedenis van puntcontactdiodes

De puntcontactdiode is het oudste type diode dat is uitgevonden. Het was extreem eenvoudig en gebouwd op een kristal van een materiaal dat tot een halfgeleider behoort, zoals galena, zinkiet of carborundum. De diode werd voor het eerst gebruikt als een goedkope en efficiënte manier om radiogolven te detecteren omdat hij een 'kattenbakkebaard' had.

Karl Ferdinand Braun demonstreerde voor het eerst de 'asymmetrische geleiding' van elektrische stroom, tussen kristal en metaal in een puntcontactdiode in 1874.

In 1894 voerde Jagadish Bose het eerste microgolfonderzoek uit met kristallen als radiogolfdetectoren. De eerste kristaldetector werd uitgevonden door Bose in 1901.

G.W. Pickard was in de eerste plaats verantwoordelijk voor het omzetten van de kristaldetector in een bruikbaar radioapparaat. Hij begon in 1902 met het onderzoeken van detectorelementen en ontdekte duizenden verbindingen die konden worden gebruikt om gelijkrichtende knooppunten te maken.

De onderliggende fysieke eigenschappen van deze vroege puntcontact halfgeleiderovergangen waren niet bekend op het moment dat ze werden gebruikt. Nader onderzoek naar hen in de jaren dertig en veertig resulteerde in de creatie van hedendaagse halfgeleiderapparaten.

Constructie van puntcontactdiode

Zoals te zien is in de onderstaande afbeelding, werd een snorhaarachtig draadje van een kat gebruikt om contact te maken met het kristal. Dit was bij voorkeur een van goud om oxidatie te voorkomen.

“die gebruikt gelijkstroom? ”

Vervolgens kwamen er andere soorten detectoren op de markt, zoals dure germaniumdiodes en uiteindelijk dure detectorbuizen.

Dit leidde tot de wijdverbreide implementatie van point-contact cat's snorhaar in draadloze radio-uitzendingen tijdens de Eerste Wereldoorlog.

In vergelijking met moderne halfgeleiders was de snorhaardetectorset of kristalset van de kat lang niet nauwkeurig. De 'snor' moest handmatig op het kristal worden geplaatst en in een bepaalde positie worden vastgezet. Binnen een paar uur na operatie zou de effectiviteit ervan echter afnemen en moest een nieuwe positie worden bepaald.

Hoewel het veel nadelen had, waren de snorhaar en het kristal de eerste halfgeleider die in draadloze radio's werd gebruikt. In die beginjaren van draadloos konden de meeste hobbyisten zich dit veroorloven, de puntcontactdiodes functioneerden redelijk goed, maar niemand begreep hoe het werkte.

Germaniumdiodes (moderne puntcontactdiodes)

Puntcontactdiodes zijn tegenwoordig veel efficiënter en betrouwbaarder. Zoals geïllustreerd in de onderstaande afbeelding, zijn ze gemaakt van een chip van het N-type germanium waarop een fijne wolfraam- of gouddraad (ter vervanging van de snorhaar) is ingebracht.

De draad zorgt ervoor dat wat metaal in de halfgeleider migreert waar het in contact komt met het germanium. Dit dient als een onzuiverheid, vormt een klein P-type gebied en vormt de PN-overgang.

Vanwege de kleine omvang van de PN-junctie kan deze geen hoge stroomniveaus verdragen. De hoogste zou typisch een paar milliampère zijn. De tegenstroom van de puntcontactdiode is groter dan die van een typische siliciumdiode. Dit is een extra eigenschap van het apparaat.

Meestal kan deze waarde variëren van vijf tot tien microampère. De sperspanningstolerantie van de puntcontactdiode is ook lager dan die van verschillende andere siliciumdiodes.

De maximale sperspanning die het apparaat kan verdragen, wordt vaak gedefinieerd als de piek inverse spanning (PIV). Een typische sperspanningswaarde voor een van deze puntcontactdiodes is ongeveer 70 volt.

Voordelen:

De germaniumdiode, ook bekend als een puntcontactdiode, lijkt in veel opzichten eenvoudig, maar heeft enkele voordelen. Het eerste voordeel is dat het eenvoudig te produceren is.

Een puntcontactdiode vereist geen diffusie- of epitaxiale groeitechnieken, die normaal gesproken nodig zijn om een meer traditionele PN-overgang te produceren.

De fabrikanten konden gemakkelijk delen van N-type germanium scheiden, positioneren en er een draad op aansluiten op het ideale rectificatieknooppunt. Dit is de reden waarom deze diodes in de beginperiode van de halfgeleidertechnologie op grote schaal werden gebruikt.

Het gebruiksgemak van de puntcontactdiode is het extra voordeel. De junction heeft een extreem lage capaciteit vanwege zijn kleine formaat.

Zelfs terwijl gewone gewone siliciumdiodes zoals de 1N914 en 1N916 slechts een paar picofarads hebben, hebben puntcontactdiodes nog lagere waarden. Deze eigenschap maakt ze zeer geschikt voor radiofrequentietoepassingen.

Last but not least, het germanium dat wordt gebruikt om de puntcontactdiode te vervaardigen, resulteert in een minimale voorwaartse spanningsval, waardoor het perfect is voor gebruik als detector. Daarom heeft de diode een aanzienlijk lagere spanning nodig om te geleiden.

In tegenstelling tot een siliciumdiode, die 0,6 volt nodig heeft om in te schakelen, is de typische voorwaartse spanning van een germaniumdiode nauwelijks 0,2 volt.

Toepassingen

Als je een hobbyist bent en graag kleine radiosets bouwt, vind je misschien de beste toepassing van een puntcontactdiode in een kristalset.

Een meest basale vorm van radio-ontvanger die in de begindagen van de radio veel werd gebruikt, staat bekend als een kristalradio-ontvanger. Het is ook algemeen bekend als een kristalset.

Het meest fascinerende aan deze radio is dat hij geen externe voeding nodig heeft om te werken. Het maakt eigenlijk een audiosignaal met behulp van de kracht van het radiosignaal dat via de antenne wordt ontvangen.

Het dankt zijn naam aan het belangrijkste onderdeel, een kristaldetector (puntcontactdiode), die aanvankelijk werd vervaardigd uit een kristallijn materiaal zoals galena.

Een eenvoudige kristalradio met een puntcontactgermaniumdiode 1N34 is te zien in het volgende diagram.