En aquest article coneixerem de manera exhaustiva els primers díodes de contacte puntual i les seves versions modernes que són díodes de germani.
Aquí coneixerem els fets següents:
- Breu història dels díodes de punt de contacte
- Construcció de díodes de punt de contacte i díodes moderns de germani
- Avantatges dels díodes de contacte puntual o dels díodes de germani
- Aplicacions dels díodes de germani
Breu història dels díodes de punt de contacte
El díode de punt de contacte és el tipus de díode més antic inventat. Era extremadament bàsic i construït sobre un cristall d'un material pertanyent a un semiconductor, com la galena, la zincita o el carborundum. El díode es va utilitzar per primera vegada com una forma barata i eficient de detectar ones de ràdio perquè tenia un 'bigoti de gat'.
Karl Ferdinand Braun va demostrar per primera vegada la 'conducció asimètrica' del corrent elèctric, entre el cristall i el metall en un díode de contacte puntual el 1874.
El 1894, Jagadish Bose va dur a terme la primera investigació amb microones utilitzant cristalls com a detectors d'ones de ràdio. El primer detector de cristalls va ser inventat per Bose l'any 1901.
G. W. Pickard va ser el principal responsable de convertir el detector de cristalls en un dispositiu de ràdio útil. Va començar a investigar els elements detectors el 1902 i va descobrir milers de compostos que es podrien utilitzar per fer unions rectificadores.
Les propietats físiques subjacents d'aquestes primeres unions de semiconductors de contacte puntual no eren conegudes en el moment en què es van utilitzar. Un estudi posterior sobre ells als anys 30 i 40 va donar lloc a la creació de dispositius semiconductors contemporanis.
Construcció del díode de punt de contacte
Com es veu a la figura següent, es va utilitzar un filferro minúscul semblant a bigotis d'un gat per contactar amb el cristall. Aquest era preferiblement un fet d'or per evitar l'oxidació.
Posteriorment, van sorgir altres tipus de detectors, com els costosos díodes de germani i, finalment, els costosos tubs detectors.
Això va conduir a la implementació generalitzada del bigoti de gat de punt de contacte a les ràdios sense fil durant la Primera Guerra Mundial.
En comparació amb els semiconductors moderns, el conjunt de detectors de bigotis del gat o el conjunt de cristalls no era gaire precís. El 'bigotis' s'havia de col·locar manualment sobre el cristall i fixar-lo en una posició determinada. Tanmateix, a les poques hores de funcionament, la seva eficàcia disminuiria i calia determinar una nova posició.
Tot i que tenia molts inconvenients, el bigoti i el cristall va ser el primer semiconductor emprat a les ràdios sense fil. En aquells primers anys de la connexió sense fil, la majoria dels aficionats es podien permetre això, els díodes de punt de contacte funcionaven bastant bé, però ningú no entenia com funcionava.
Díodes de germani (díodes de contacte de punt moderns)
Els díodes de punt de contacte són molt més eficients i fiables avui dia. Tal com s'il·lustra a la figura següent, estan fets d'un xip de germani tipus N sobre el qual s'insereix un fil de tungstè fi o d'or (que substitueix el bigoti).
El cable fa que una mica de metall migri cap al semiconductor on entra en contacte amb el germani. Això serveix com a impuresa, formant una petita regió de tipus P i establint la unió PN.
A causa de la petita mida de la unió PN, no és capaç de tolerar nivells de corrent elevats. El més alt normalment seria d'uns pocs mil·liamperis. El corrent invers del díode de contacte puntual és més gran que el d'un díode de silici típic. Aquesta és una propietat addicional del dispositiu.
Normalment, aquest valor pot oscil·lar entre cinc i deu microamperes. La tolerància de tensió inversa del díode de contacte puntual també és inferior a la de diversos altres díodes de silici.
La tensió inversa màxima que pot tolerar el dispositiu, sovint es defineix com la tensió inversa màxima (PIV). Un valor de voltatge invers típic per a un d'aquests díodes de contacte puntual és d'aproximadament 70 volts.
Avantatges
El díode de germani, també conegut com a díode de contacte puntual, sembla bàsic de moltes maneres, però té alguns avantatges. El primer avantatge és que és senzill de produir.
Un díode de contacte puntual no requereix tècniques de difusió o creixement epitaxial, que normalment es necessiten per produir una unió PN més tradicional.
Els fabricants podrien separar fàcilment parts de germani de tipus N, posicionar-les i connectar-hi un cable a la unió de rectificació ideal. És per això que, en els períodes inicials de la tecnologia dels semiconductors, aquests díodes eren molt utilitzats.
La facilitat d'ús del díode de contacte puntual és el seu avantatge addicional. La unió té una capacitat extremadament baixa a causa de la seva petita mida.
Tot i que els díodes de silici ordinaris comuns com l'1N914 i l'1N916 només tenen valors d'uns pocs picofarads, els díodes de contacte puntual tenen valors encara més baixos. Aquesta propietat els fa molt adequats per a aplicacions de radiofreqüència.
Finalment, però no menys important, el germani utilitzat per fabricar el díode de contacte puntual produeix una caiguda de tensió directa mínima, cosa que el fa perfecte per utilitzar-lo com a detector. Per tant, el díode requereix una tensió significativament més baixa per conduir.
En contrast amb un díode de silici, que requereix 0,6 volts per encendre, la tensió directa típica d'un díode de germani és amb prou feines de 0,2 volts.
Aplicacions
Si sou un aficionat i us agrada construir petits aparells de ràdio, podeu trobar la millor aplicació d'un díode de contacte puntual en un conjunt de cristall.
Una forma més bàsica de receptor de ràdio que es va utilitzar àmpliament als primers dies de la ràdio es coneix com a receptor de ràdio de cristall. També es coneix comunament com un conjunt de cristalls.
El més fascinant d'aquesta ràdio és que no requereix energia externa per funcionar. En realitat fa senyal d'àudio utilitzant la potència del senyal de ràdio que es rep a través de la seva antena.
Rep el seu nom del seu component més significatiu, un detector de cristalls (díode de contacte puntual), que inicialment es fabricava amb un material cristal·lí com la galena.
Al diagrama següent es pot veure una ràdio de cristall simple que utilitza un díode de germani de contacte puntual 1N34.
Per a l'article complet i la descripció del circuit podeu consultar el següent post:
Construeix un conjunt de ràdio de cristall
