El projectes basats en microcontroladors o altres projectes electrònics i elèctrics es dissenyen utilitzant alguns components bàsics en electricitat i electrònica, que es classifiquen com a elements. Els elements que emmagatzemen o dissipen energia anomenats com a elements passius, i els elements que proporcionen o supleixen un flux d'energia controlat s'anomenen elements actius. Aquests elements bàsics inclouen Resistències elèctriques , Inductors, diferents tipus de díodes incloent díodes de cristall, díodes Gunn, díodes Peltier, díodes Zener, díodes túnel, díodes Varactor, etc. Transformadors, condensadors, semiconductors, transistors, tiristor, circuits integrats, Dispositius optoelectrònics , Tubs de buit, Sensors, Memristor, Transductors, Detectors, Antenes, etc. En aquest article, parlarem sobre el component de diode de cristall més utilitzat.
Diodo de cristall
Diodo de cristall de germani
El díode semiconductor o el díode d'unió P-N és un dispositiu de dos terminals que permet que el corrent flueixi només en una direcció i bloqueja el flux de corrent en una altra direcció. Aquests dos terminals són ànode i càtode. Si la tensió de l’ànode és superior a la tensió del càtode, el díode comença a conduir-se. També es diu díode de cristall com a díode de bigoti de Cat o diode de contacte puntual o cristalls. Aquests diodes dispositius semiconductors de microones van ser desenvolupats durant la Segona Guerra Mundial per ser utilitzats a la receptors i detectors de microones .
Circuit de díodes de cristall funcionant
El funcionament del díode de cristall depèn de la pressió de contacte entre el cristall i el punt semiconductor. Consta de dues seccions: un petit cristall rectangular de silici tipus N amb una secció i un fi de coure de beril·li, bronze-fòsfor i fil de tungstè anomenat filferro de bigoti Cat que es pressiona contra el cristall per formar una altra secció. Per formar una regió de tipus P al voltant del cristall, es passa un gran corrent al cristall de silici des de la bigotilla del gat durant la fabricació del díode de cristall o del díode de contacte puntual. Per tant, es forma una unió PN i es comporta de manera similar a la unió PN normal.
Diodo de contacte puntual
Però, les característiques del díode de cristall són diferents de les característiques del díode d’unió PN. En la condició de biaix cap endavant, la resistència del díode de contacte puntual és elevada en comparació amb el díode general d’unió PN. En la condició de polarització inversa, en cas de díode de contacte puntual, el flux de corrent a través del díode no és tan independent de la tensió aplicada al cristall com ho és en el cas del díode de connexió. La capacitat entre la bigota del gat i el cristall és menys comparada amb la capacitat del díode de la unió entre els dos costats del díode. Per tant, la reactància a la capacitat és alta i a alta freqüència flueix un corrent capacitiu molt petit al circuit.
Símbol esquemàtic del díode de cristall
En general, sabem que el díode d’unió P-N o el díode semiconductor es condueix quan la tensió de l’ànode és superior a la tensió del càtode. El circuit es pot realitzar de tres maneres: model aproximat, model simplificat i model ideal. A continuació es mostra el circuit de díodes de cristall que funciona per a cada model. Si apliquem una tensió directa Vf, llavors les característiques del tediode com Vf vs Si es mostren a la figura.
Model aproximat
El model aproximat del circuit de díodes de cristall consisteix en díodes ideals connectats en sèrie, resistència directa Rf i barrera potencial Vo. El díode real ha de superar la barrera potencial Vo i la caiguda interna VfRf. La caiguda de tensió apareix a través del díode a causa del corrent Si flueix a través de la resistència interna Rf.
Model aproximat
El díode inicia la conducció només si la tensió directa aplicada Vf supera la tensió de barrera potencial Vo.
Model simplificat
En aquest model, no es considera la resistència interna Rf. Per tant, el circuit equivalent consisteix només en la barrera potencial Vo. Per a l'anàlisi de circuits de díodes, aquest model s'utilitza amb més freqüència.
Model simplificat
Model ideal
En aquest model, no es tenen en compte tant la resistència interna Rf com la barrera potencial Vo. De fet, pràcticament no hi ha díodes ideals i se suposa que hi ha díodes ideals per a algunes anàlisis de circuits de díodes.
Model ideal
Aplicacions de díodes de cristall
Aquests díodes s'utilitzen en moltes aplicacions com el receptor de ràdio de cristall. En aquest article, el cristall més utilitzat aplicacions de díodes a continuació, com ara el rectificador de díodes de cristall i el detector de díodes de cristall.
Rectificador de díodes de cristall
El físic alemany Ferdinand Braun, mentre estudiava les característiques dels cristalls que conduïen electricitat i electròlits el 1874, va descobrir l’efecte de rectificació al punt de contacte dels metalls i alguns materials cristal·lins. Quan els materials de més alta puresa no estaven disponibles, es va inventar el rectificador de contacte basat en sulfurs de plom.
Rectificador de díodes de cristall
El díode de cristall es pot utilitzar com a rectificador per convertir el corrent altern en corrent continu. Com que només condueix en una direcció i bloqueja el flux de corrent en la direcció inversa de manera similar al díode normal, es pot utilitzar per dissenyar la mitjana ona, l'ona completa i circuits rectificadors de ponts .
Detector de díodes de cristall
Als anys 1900, s'utilitza principalment en un aparell de ràdio de cristall com a detector de senyal. La superfície de cristall entra en contacte amb la fina sonda metàl·lica. Per tant, el díode de contacte puntual va obtenir un nom descriptiu com a detector de bigotis de gats . Aquests estan obsolets i consisteixen en un fil metàl·lic prim i esmolat que actua com a ànode i un cristall semiconductor que actua com a càtode. Aquest fil metàl·lic prim d’ànode anomenat fil conductor de bigotis del gat es pressiona contra el cristall del càtode. Aquests detectors de díodes de cristall es van desenvolupar a principis de la dècada de 1900 i es van utilitzar per trobar el punt calent al material semiconductor càtode de cristall que s’ajusta manualment per obtenir la millor detecció d’ones de ràdio.
Aquests es van desenvolupar principalment mitjançant l’ús de cristalls minerals galena o un tros de carbó el 1906, però la majoria dels díodes recents s’estan desenvolupant amb silici, seleni i germani. Com que aquest díode permet el flux de corrent només en una direcció, la tensió CC la proporciona el senyal portador rectificat per conduir els auriculars. El 1946, Sylvania va ser pionera en l'ús del germani per primera vegada en el díode de cristall comercial 1N34.
Ajust manual del díode de cristall
En primer lloc, cal identificar el punt sensible cercant tota la superfície que es pot perdre aviat a causa de la seva vibració. Per tant, per fer tota la superfície tan sensible i evitar la recerca de punts sensibles, aquest mineral es va substituir per semiconductor dopat amb N.
El científic G. W. Pickard el 1906 va perfeccionar aquest dispositiu produint una regió de tipus P localitzada dins del semiconductor mitjançant contacte metàl·lic punxegut. Per fer-lo estable elèctricament i mecànicament, es va encapsular un díode de contacte de punt sencer en un cos cilíndric fixant un punt metàl·lic al seu lloc. Tot i que hi ha molts díodes, com ara els díodes d’unió i els semiconductors moderns, encara s’utilitzen aquests díodes de cristall com a detectors de freqüència de microones a causa de la seva baixa capacitat.
Esperem que després de llegir aquest article, pugueu tenir una breu idea sobre el díode de cristall. Per obtenir ajuda tècnica sobre aquest tema i també sobre projectes elèctrics i electrònics , podeu publicar les vostres idees, comentaris i suggeriments per animar altres lectors a millorar els seus coneixements.
Crèdits fotogràfics:
- Diodo de cristall de germanio per avui en dia
- Detector de díodes de cristall de historywebsite
