Arbeiten und Anwendungen von Kristalldiodenschaltungen

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Das Mikrocontroller-basierte Projekte oder andere Elektronik- und Elektroprojekte werden unter Verwendung einiger grundlegender Komponenten in Elektrik und Elektronik entworfen, die als Elemente klassifiziert werden. Die Elemente, die Energie speichern oder abführen, die als passive Elemente bezeichnet werden, und die Elemente, die einen Energiefluss bereitstellen oder unterstützen, werden als aktive Elemente bezeichnet. Diese Grundelemente umfassen elektrische Widerstände , Induktoren, verschiedene Arten von Dioden einschließlich Kristalldioden, Gunn-Dioden, Peltier-Dioden, Zener-Dioden, Tunneldioden, Varaktordioden usw. Transformatoren, Kondensatoren, Halbleiter, Transistoren, Thyristoren, integrierte Schaltungen, Optoelektronische Geräte , Vakuumröhren, Sensoren, Memristoren, Wandler, Detektoren, Antennen und so weiter. In diesem Artikel werden wir uns mit der am häufigsten verwendeten Kristalldiode befassen.

Kristalldiode

Germanium-Kristalldiode

Germanium-Kristalldiode



Die Halbleiterdiode oder PN-Sperrschichtdiode ist eine Vorrichtung mit zwei Anschlüssen, die einen Stromfluss nur in eine Richtung zulässt und den Stromfluss in eine andere Richtung blockiert. Diese beiden Anschlüsse sind Anode und Kathode. Wenn die Anodenspannung größer als die Kathodenspannung ist, beginnt die Diode mit der Leitung. Die Kristalldiode wird auch als Cat-Whisker-Diode oder Punktkontaktdiode oder als Kristalle bezeichnet. Diese Dioden Mikrowellen-Halbleiterbauelemente wurden während des Zweiten Weltkriegs für den Einsatz in der EU entwickelt Mikrowellenempfänger und -detektoren .


Kristalldiodenschaltung funktioniert

Der Betrieb der Kristalldiode hängt vom Kontaktdruck zwischen dem Halbleiterkristall und dem Punkt ab. Es besteht aus zwei Abschnitten - einem kleinen rechteckigen Kristall aus Silizium vom N-Typ mit einem Abschnitt und einem feinen Beryllium-Kupfer-, Bronze-Phosphor- und Wolframdraht, der als Cat-Whisker-Draht bezeichnet wird und gegen den Kristall drückt, um einen weiteren Abschnitt zu bilden. Um einen Bereich vom P-Typ um den Kristall herum zu bilden, wird während der Herstellung der Kristalldiode oder Punktkontaktdiode ein großer Strom vom Katzenwhisker zum Siliziumkristall geleitet. Daher wird ein PN-Übergang gebildet, der sich ähnlich wie ein normaler PN-Übergang verhält.



Punktkontaktdiode

Punktkontaktdiode

Die Eigenschaften der Kristalldiode unterscheiden sich jedoch von den Eigenschaften der PN-Sperrschichtdiode. Im Vorwärtsvorspannungszustand ist der Widerstand der Punktkontaktdiode im Vergleich zur allgemeinen PN-Sperrschichtdiode hoch. Im Sperrvorspannungszustand ist im Fall einer Punktkontaktdiode der Stromfluss durch die Diode nicht so unabhängig von der an den Kristall angelegten Spannung wie im Fall der Sperrschichtdiode. Die Kapazität zwischen dem Cat-Whisker und dem Kristall ist im Vergleich zur Kapazität der Sperrschichtdiode zwischen beiden Seiten der Diode geringer. Somit ist die Reaktion auf Kapazität hoch und bei hoher Frequenz fließt ein sehr kleiner kapazitiver Strom in der Schaltung.

Schematisches Symbol der Kristalldiode

Schematisches Symbol der Kristalldiode

Im Allgemeinen wissen wir, dass die PN-Sperrschichtdiode oder Halbleiterdiode leitet, wenn die Anodenspannung größer als die Kathodenspannung ist. Die Schaltung kann auf drei Arten realisiert werden: Näherungsmodell, vereinfachtes Modell und ideales Modell. Die für jedes Modell funktionierende Kristalldiodenschaltung ist unten gezeigt. Wenn wir eine Durchlassspannung Vf anlegen, sind die Eigenschaften der Diode als Vf vs If in der Figur gezeigt.

Ungefähres Modell

Das ungefähre Modell der Kristalldiodenschaltung besteht aus einer in Reihe geschalteten idealen Diode, einem Durchlasswiderstand Rf und einer Potentialbarriere Vo. Die eigentliche Diode muss die Potentialbarriere Vo und den internen Abfall VfRf überwinden. Der Spannungsabfall tritt an der Diode aufgrund des Stroms auf, wenn er durch den Innenwiderstand Rf fließt.


Ungefähres Modell

Ungefähres Modell

Die Diode beginnt nur dann mit der Leitung, wenn die angelegte Durchlassspannung Vf die Potentialbarrierenspannung Vo überschreitet.

Vereinfachtes Modell

In diesem Modell wird der Innenwiderstand Rf nicht berücksichtigt. Daher besteht das Ersatzschaltbild nur aus der Potentialbarriere Vo. Für die Diodenschaltungsanalyse wird dieses Modell am häufigsten verwendet.

Vereinfachtes Modell

Vereinfachtes Modell

Ideales Modell

In diesem Modell werden sowohl der Innenwiderstand Rf als auch die Potentialbarriere Vo nicht berücksichtigt. Tatsächlich gibt es praktisch keine idealen Dioden und es wird angenommen, dass es ideale Dioden für einige Diodenschaltungsanalysen gibt.

Ideales Modell

Ideales Modell

Kristalldiodenanwendungen

Diese Dioden werden in vielen Anwendungen wie Kristallfunkempfängern verwendet. In diesem Artikel der am häufigsten verwendete Kristall Diodenanwendungen wie Kristalldiodengleichrichter und Kristalldiodendetektor werden nachstehend erwähnt.

Kristalldiodengleichrichter

Der deutsche Physiker Ferdinand Braun entdeckte 1874 bei der Untersuchung der Eigenschaften von Kristallen, die Elektrizität und Elektrolyte leiten, den Gleichrichtungseffekt am Kontaktpunkt der Metalle und einiger kristalliner Materialien. Wenn die Materialien mit der höchsten Reinheit nicht verfügbar waren, erfand der Punktkontaktgleichrichter auf Bleisulfidbasis.

Kristalldiodengleichrichter

Kristalldiodengleichrichter

Die Kristalldiode kann als Gleichrichter verwendet werden, um den Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Da es nur in eine Richtung leitet und den Stromfluss in umgekehrter Richtung blockiert, ähnlich wie bei der normalen Diode, kann es zum Entwerfen der Halbwelle, Vollwelle und verwendet werden Brückengleichrichterschaltungen .

Kristalldiodendetektor

In den 1900er Jahren wird es hauptsächlich in einem Kristallfunkgerät als Signaldetektor verwendet. Die Kristalloberfläche berührt die feinmetallische Sonde. Somit erhielt die Punktkontaktdiode einen beschreibenden Namen als Katzenschnurrhaardetektor . Diese sind veraltet und bestehen aus einem dünnen, geschärften Metalldraht als Anode und einem Halbleiterkristall als Kathode. Dieser anodendünne Metalldraht, der als Whiskerdraht der Katze bezeichnet wird, wird gegen den Kathodenkristall gedrückt. Diese Kristalldiodendetektoren wurden in den frühen 1900er Jahren entwickelt und zum Auffinden des Hotspots auf der Halbleitermaterial Kristallkathode, die manuell für die beste Funkwellendetektion eingestellt wird.

Diese wurden hauptsächlich 1906 unter Verwendung von Mineralkristallen Galenit oder einem Stück Kohle entwickelt, aber die meisten neueren Dioden werden unter Verwendung von Silizium, Selen und Germanium entwickelt. Da diese Diode einen Stromfluss nur in eine Richtung zulässt, wird die Gleichspannung durch das gleichgerichtete Trägersignal zum Ansteuern von Kopfhörern bereitgestellt. 1946 war Sylvania Pionier bei der Verwendung von Germanium in der kommerziellen Kristalldiode 1N34.

Manuelle Einstellung der Kristalldiode

Manuelle Einstellung der Kristalldiode

Zunächst muss der empfindliche Punkt identifiziert werden, indem die gesamte Oberfläche durchsucht wird, die aufgrund ihrer Vibration bald verloren gehen kann. Um die gesamte Oberfläche so empfindlich wie möglich zu machen und die Suche nach empfindlichen Stellen zu vermeiden, wurde dieses Mineral durch einen N-dotierten Halbleiter ersetzt.

Der Wissenschaftler G. W. Pickard perfektionierte 1906 dieses Gerät, indem er unter Verwendung eines spitzen Metallkontakts einen lokalisierten Bereich vom P-Typ innerhalb des Halbleiters erzeugte. Um es elektrisch und mechanisch stabil zu machen, wurde die gesamte Punktkontaktdiode in einen zylindrischen Körper eingekapselt, indem ein Metallpunkt an Ort und Stelle fixiert wurde. Obwohl es viele Dioden wie Sperrschichtdioden und moderne Halbleiter gibt, werden diese Kristalldioden dennoch als verwendet Mikrowellenfrequenzdetektoren aufgrund ihrer geringen Kapazität.

Wir hoffen, dass Sie nach dem Lesen dieses Artikels eine kurze Vorstellung von der Kristalldiode haben. Für jede technische Hilfe zu diesem Thema und auch über elektrische und elektronische Projekte können Sie Ihre Ideen, Kommentare und Vorschläge veröffentlichen, um andere Leser zu ermutigen, ihr Wissen zu verbessern.

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