במאמר זה נלמד באופן מקיף על דיודות מגע נקודתיות מוקדמות, והגרסאות המודרניות שלהן שהן דיודות גרמניום.

כאן נלמד את העובדות הבאות:

היסטוריה קצרה של דיודות מגע נקודתיות
בניית דיודות מגע נקודתיות ודיודות גרמניום מודרניות
יתרונות של דיודות מגע נקודתיות או דיודות גרמניום
יישומים של דיודות גרמניום

היסטוריה קצרה של דיודות מגע נקודתיות

דיודה לנקודת מגע היא הסוג העתיק ביותר של דיודה שהומצא. הוא היה בסיסי ביותר ובנוי על גביש של חומר השייך למוליך למחצה, כגון גלנה, צינציט או קרבורונדום. הדיודה שימשה לראשונה כדרך זולה ויעילה לזיהוי גלי רדיו מכיוון שהיה לה 'שפם של חתול'.

קרל פרדיננד בראון הדגים לראשונה את 'ההולכה האסימטרית' של זרם חשמלי, בין גביש למתכת בדיודה מגע נקודתית ב-1874.

בשנת 1894 ביצע Jagadish Bose את מחקר המיקרוגל הראשון באמצעות גבישים כגלאי גלי רדיו. גלאי הקריסטל הראשון הומצא על ידי Bose בשנת 1901.

“נשא תסתכל קדימה אפרפר מול אדוור נשיאה אדווה ”

G.W. Pickard היה אחראי בעיקר להמרת גלאי הקריסטל למכשיר רדיו שימושי. הוא החל לחקור אלמנטים גלאים בשנת 1902 וגילה אלפי תרכובות שניתן להשתמש בהן כדי ליצור צמתים מתקינים.

המאפיינים הפיזיקליים הבסיסיים של צומת מוליכים למחצה מוקדמים אלה לא היו ידועים בזמן השימוש בהם. מחקר נוסף עליהם בשנות ה-30 וה-40 הביא ליצירת התקני מוליכים למחצה עכשוויים.

בניית דיודת מגע נקודתית

כפי שניתן לראות באיור למטה, נעשה שימוש בחוט זעיר דמוי שפם של חתול כדי ליצור קשר עם הגביש. רצוי שזה היה עשוי מזהב כדי למנוע חמצון.

לאחר מכן, הופיעו סוגים אחרים של גלאים, כגון דיודות גרמניום יקרות ובסופו של דבר צינורות גלאים יקרים.

זה הוביל להטמעה נרחבת של שפם של חתול נקודת מגע במכשירי רדיו אלחוטיים משודרים במהלך מלחמת העולם הראשונה.

בהשוואה למוליכים למחצה מודרניים, ערכת גלאי השפם של החתול או ערכת הקריסטל לא הייתה כמעט מדויקת. ה'שפם' היה צריך להיות ממוקם באופן ידני על הגביש ולקבע אותו במיקום מסוים. עם זאת, תוך שעות ספורות מהפעילות, יעילותו תרד ויש לקבוע עמדה חדשה.

למרות שהיו לו חסרונות רבים, השפם והגביש היו המוליך למחצה הראשון שהופעל במכשירי רדיו אלחוטיים. באותן שנים מוקדמות של האלחוט, רוב החובבים יכלו להרשות זאת לעצמם, דיודות מגע נקודתיות פעלו די טוב, אבל אף אחד לא הבין איך היא פועלת.

דיודות גרמניום (דיודות מגע נקודתיות מודרניות)

דיודות מגע נקודתיות הן הרבה יותר יעילות ואמינות בימינו. כפי שמוצג באיור שלהלן, הם עשויים משבב של גרמניום מסוג N שעליו מוכנס חוט טונגסטן או זהב עדין (המחליף את השפם).

החוט גורם למתכת כלשהי לנדוד לתוך המוליך למחצה, שם הוא מגע עם הגרמניום. זה משמש כטומאה, יוצר אזור זעיר מסוג P ומקים את צומת ה-PN.

בשל גודלו הזעיר של צומת ה-PN, הוא אינו מסוגל לסבול רמות זרם גבוהות. הגבוה ביותר יהיה בדרך כלל כמה מיליאמפר. הזרם ההפוך של דיודה מגע נקודתי גדול יותר מזה של דיודת סיליקון טיפוסית. זהו מאפיין נוסף של המכשיר.

בדרך כלל ערך זה עשוי לנוע בין חמישה לעשרה מיקרואמפר. סובלנות המתח ההפוכה של דיודה מגע נקודתית נמוכה גם מזו של מספר דיודות סיליקון אחרות.

“כיצד פועל חיישן מפות ”

המתח ההפוך המקסימלי שהמכשיר יכול לסבול, מוגדר לעתים קרובות כמתח הפוך (PIV). ערך מתח הפוך טיפוסי עבור אחת מדיודות מגע נקודתיות אלה הוא בערך 70 וולט.

יתרונות

דיודת הגרמניום, הידועה גם בשם דיודה מגע נקודתי, נראית בסיסית במובנים רבים אך יש לה כמה יתרונות. היתרון הראשון הוא שהוא פשוט לייצור.

דיודת מגע נקודתית אינה דורשת דיפוזיה או טכניקות צמיחה אפיטקסיאלית, אשר בדרך כלל נחוצות כדי לייצר צומת PN מסורתי יותר.

היצרנים יכלו בקלות להפריד חלקים של גרמניום מסוג N, למקם אותם ולחבר אליהם חוט בצומת התיקון האידיאלי. זו הסיבה שבתקופות הראשונות של טכנולוגיית מוליכים למחצה, דיודות אלו היו בשימוש נרחב.

קלות השימוש בדיודה לנקודת מגע היא היתרון הנוסף שלה. לצומת קיבול נמוך במיוחד בגלל גודלו הזעיר.

גם בעוד שלדיודות סיליקון נפוצות כמו 1N914 ו-1N916 יש רק ערכים של כמה פיקופארדים, לדיודות מגע נקודתיות יש ערכים נמוכים עוד יותר. מאפיין זה הופך אותם למתאימים מאוד ליישומי תדרי רדיו.

אחרון חביב, הגרמניום המשמש לייצור דיודת המגע הנקודתית מביא למפלת מתח מינימלית קדימה, מה שהופך אותה למושלם לשימוש כגלאי. לכן, הדיודה דורשת מתח נמוך משמעותית כדי להוליך.

בניגוד לדיודת סיליקון, שדורשת 0.6 וולט כדי להפעיל, המתח הקדמי האופייני של דיודת גרמניום הוא בקושי 0.2 וולט.