In diesem Artikel lernen wir umfassend die frühen Punktkontaktdioden und ihre modernen Versionen, die Germaniumdioden sind, kennen.
Hier erfahren wir folgende Fakten:
- Kurze Geschichte der Punktkontaktdioden
- Bau von Punktkontaktdioden und modernen Germaniumdioden
- Vorteile von Punktkontaktdioden oder Germaniumdioden
- Anwendungen von Germaniumdioden
Kurze Geschichte der Punktkontaktdioden
Die Punktkontaktdiode ist der älteste Diodentyp, der erfunden wurde. Es war extrem einfach und auf einem Kristall aus einem Halbleitermaterial wie Bleiglanz, Zinkit oder Karborund aufgebaut. Die Diode wurde zuerst als billige und effiziente Methode zur Erkennung von Radiowellen verwendet, da sie einen 'Katzenschnurrbart' hatte.
Karl Ferdinand Braun demonstrierte erstmals 1874 die 'asymmetrische Leitung' von elektrischem Strom zwischen Kristall und Metall in einer Punktkontaktdiode.
1894 führte Jagadish Bose die erste Mikrowellenforschung mit Kristallen als Funkwellendetektoren durch. Der erste Kristalldetektor wurde 1901 von Bose erfunden.
G. W. Pickard war hauptsächlich dafür verantwortlich, den Kristalldetektor in ein nützliches Funkgerät umzuwandeln. Er begann 1902 mit der Erforschung von Detektorelementen und entdeckte Tausende von Verbindungen, die zur Herstellung gleichrichtender Übergänge verwendet werden konnten.
Die zugrunde liegenden physikalischen Eigenschaften dieser frühen Punktkontakt-Halbleiterübergänge waren zum Zeitpunkt ihrer Verwendung nicht bekannt. Weitere Studien zu ihnen in den 1930er und 1940er Jahren führten zur Schaffung moderner Halbleiterbauelemente.
Aufbau einer Punktkontaktdiode
Wie in der Abbildung unten zu sehen, wurde ein schnurrhaarartiger winziger Draht einer Katze verwendet, um den Kristall zu kontaktieren. Dies war vorzugsweise eine aus Gold, um Oxidation zu verhindern.
In der Folge entstanden andere Arten von Detektoren, wie teure Germaniumdioden und schließlich teure Detektorröhren.
Dies führte während des Ersten Weltkriegs zur weit verbreiteten Implementierung von Punktkontakt-Katzenschnurrhaaren in drahtlosen Rundfunksendern.
Im Vergleich zu modernen Halbleitern war das Schnurrhaar-Detektorset oder Kristallset der Katze bei weitem nicht genau. Der 'Whisker' musste manuell auf den Kristall gesetzt und in einer bestimmten Position fixiert werden. Innerhalb weniger Betriebsstunden würde seine Wirksamkeit jedoch nachlassen und eine neue Position musste bestimmt werden.
Obwohl es viele Nachteile hatte, waren Whisker und Kristall die ersten Halbleiter, die in drahtlosen Funkgeräten verwendet wurden. In diesen frühen Jahren der drahtlosen Kommunikation konnten sich die meisten Bastler das leisten, die Punktkontaktdioden funktionierten ziemlich gut, aber niemand verstand, wie sie funktionierten.
Germaniumdioden (moderne Punktkontaktdioden)
Punktkontaktdioden sind heutzutage viel effizienter und zuverlässiger. Wie in der Abbildung unten dargestellt, bestehen sie aus einem Chip aus N-Typ-Germanium, auf dem ein feiner Wolfram- oder Golddraht (der den Whisker ersetzt) eingefügt ist.
Der Draht bewirkt, dass etwas Metall in den Halbleiter wandert, wo es das Germanium berührt. Dies dient als Verunreinigung, bildet einen winzigen Bereich vom P-Typ und stellt den PN-Übergang her.
Aufgrund der geringen Größe des PN-Übergangs ist er nicht in der Lage, hohe Stromstärken zu tolerieren. Die höchste wäre typischerweise ein paar Milliampere. Der Sperrstrom der Punktkontaktdiode ist größer als der einer typischen Siliziumdiode. Dies ist eine zusätzliche Eigenschaft des Geräts.
Typischerweise kann dieser Wert zwischen fünf und zehn Mikroampere liegen. Auch die Sperrspannungstoleranz der Punktkontaktdiode ist geringer als die einiger anderer Siliziumdioden.
Die maximale Sperrspannung, die das Gerät tolerieren kann, wird oft als Spitzensperrspannung (PIV) definiert. Ein typischer Sperrspannungswert für eine dieser Punktkontaktdioden beträgt ungefähr 70 Volt.
Vorteile
Die Germaniumdiode, auch bekannt als Punktkontaktdiode, erscheint in vielerlei Hinsicht einfach, hat aber einige Vorteile. Der erste Vorteil ist, dass es einfach herzustellen ist.
Eine Punktkontaktdiode erfordert keine Diffusions- oder epitaxialen Wachstumstechniken, die normalerweise benötigt werden, um einen traditionelleren PN-Übergang herzustellen.
Die Hersteller konnten Teile des N-Typ-Germaniums leicht trennen, positionieren und an der idealen Gleichrichtungsverbindung einen Draht mit ihnen verbinden. Aus diesem Grund wurden diese Dioden in den Anfängen der Halbleitertechnologie in großem Umfang verwendet.
Die einfache Handhabung der Punktkontaktdiode ist ihr zusätzlicher Vorteil. Der Übergang hat aufgrund seiner geringen Größe eine extrem niedrige Kapazität.
Auch wenn gewöhnliche gewöhnliche Siliziumdioden wie die 1N914 und 1N916 nur Werte von wenigen Picofarad haben, haben Punktkontaktdioden noch niedrigere Werte. Diese Eigenschaft macht sie für Hochfrequenzanwendungen sehr gut geeignet.
Nicht zuletzt sorgt das zur Herstellung der Punktkontaktdiode verwendete Germanium für einen minimalen Durchlassspannungsabfall, was sie perfekt für den Einsatz als Detektor macht. Daher benötigt die Diode eine deutlich niedrigere Spannung, um zu leiten.
Im Gegensatz zu einer Siliziumdiode, die 0,6 Volt zum Einschalten benötigt, beträgt die typische Durchlassspannung einer Germaniumdiode kaum 0,2 Volt.
Anwendungen
Wenn Sie ein Bastler sind und gerne winzige Funkgeräte bauen, finden Sie möglicherweise die beste Anwendung einer Punktkontaktdiode in einem Kristallsatz.
Eine grundlegendste Form von Funkempfängern, die in den frühen Tagen des Radios weit verbreitet war, ist als Quarz-Funkempfänger bekannt. Es ist auch allgemein als Kristallset bekannt.
Das Faszinierendste an diesem Radio ist, dass es für den Betrieb keine externe Stromversorgung benötigt. Es erzeugt tatsächlich ein Audiosignal, indem es die Leistung des Funksignals nutzt, das über seine Antenne empfangen wird.
Es hat seinen Namen von seinem wichtigsten Bauteil, einem Kristalldetektor (Punktkontaktdiode), der ursprünglich aus einem kristallinen Material wie Galenit hergestellt wurde.
Ein einfaches Kristallradio mit einer Punktkontakt-Germaniumdiode 1N34 ist im folgenden Diagramm zu sehen.
Den vollständigen Artikel und die Beschreibung der Schaltung finden Sie im folgenden Beitrag:
Baue ein Kristall-Funkgerät
