ในบทความนี้ เราจะเรียนรู้อย่างครอบคลุมเกี่ยวกับไดโอดสัมผัสจุดเริ่มต้น และรุ่นที่ทันสมัยซึ่งก็คือไดโอดเจอร์เมเนียม
ที่นี่เราจะเรียนรู้ข้อเท็จจริงต่อไปนี้:
- ประวัติโดยย่อของไดโอดสัมผัสจุด
- การสร้างไดโอดสัมผัสจุดและไดโอดเจอร์เมเนียมสมัยใหม่
- ข้อดีของไดโอดสัมผัสจุดหรือไดโอดเจอร์เมเนียม
- การประยุกต์ใช้ไดโอดเจอร์เมเนียม
ประวัติโดยย่อของไดโอดแบบสัมผัสจุด
ไดโอดแบบจุดสัมผัสเป็นไดโอดชนิดที่เก่าแก่ที่สุดที่คิดค้นขึ้น มันเป็นพื้นฐานอย่างยิ่งและสร้างขึ้นบนคริสตัลของวัสดุที่เป็นของเซมิคอนดักเตอร์ เช่น กาลีนา ซิงค์ไซต์ หรือคาร์บอรันดัม ไดโอดถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกในการตรวจจับคลื่นวิทยุที่มีราคาถูกและมีประสิทธิภาพ เนื่องจากมี 'หนวดของแมว'
คาร์ล เฟอร์ดินานด์ เบราน์ได้สาธิต 'การนำไฟฟ้าแบบอสมมาตร' ครั้งแรกระหว่างคริสตัลกับโลหะในไดโอดสัมผัสจุดในปี พ.ศ. 2417
ในปี 1894 Jagadish Bose ได้ทำการวิจัยไมโครเวฟครั้งแรกโดยใช้คริสตัลเป็นเครื่องตรวจจับคลื่นวิทยุ เครื่องตรวจจับคริสตัลเครื่องแรกถูกคิดค้นโดย Bose ในปี 1901
G. W. Pickard มีหน้าที่หลักในการแปลงเครื่องตรวจจับคริสตัลเป็นอุปกรณ์วิทยุที่มีประโยชน์ เขาเริ่มค้นคว้าเกี่ยวกับองค์ประกอบของเครื่องตรวจจับในปี ค.ศ. 1902 และค้นพบสารประกอบหลายพันชนิดที่สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างทางแยกที่แก้ไขได้
ไม่ทราบคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ที่สัมผัสจุดเริ่มต้นเหล่านี้ในขณะที่ใช้งาน การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ในช่วงทศวรรษที่ 1930 และ 1940 ส่งผลให้มีการสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ร่วมสมัย
การสร้างไดโอดสัมผัสจุด
ดังที่เห็นในภาพด้านล่าง ลวดเส้นเล็กๆ คล้ายหนวดของแมวถูกใช้เพื่อสัมผัสกับคริสตัล ควรทำจากทองคำเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน
ต่อมา เครื่องตรวจจับประเภทอื่นๆ ก็ปรากฏขึ้น เช่น ไดโอดเจอร์เมเนียมราคาแพง และหลอดตรวจจับที่มีราคาแพงในที่สุด
สิ่งนี้นำไปสู่การใช้หนวดแมวแบบจุดสัมผัสอย่างแพร่หลายในวิทยุกระจายเสียงไร้สายในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง
เมื่อเปรียบเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่ ชุดตรวจจับหนวดเคราของแมวหรือชุดคริสตัลนั้นไม่มีความแม่นยำเลย ต้องวาง 'หนวด' ด้วยตนเองบนคริสตัลและตรึงในตำแหน่งเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงของการทำงาน ประสิทธิภาพจะลดลงและจำเป็นต้องกำหนดตำแหน่งใหม่
แม้ว่าจะมีข้อเสียหลายประการ หนวดและคริสตัลเป็นเซมิคอนดักเตอร์ตัวแรกที่ใช้ในวิทยุไร้สาย ในช่วงปีแรก ๆ ของระบบไร้สาย นักเล่นอดิเรกส่วนใหญ่สามารถซื้อสิ่งนี้ได้ ไดโอดสัมผัสจุดทำงานค่อนข้างดี แต่ไม่มีใครเข้าใจว่ามันทำงานอย่างไร
ไดโอดเจอร์เมเนียม (ไดโอดสัมผัสจุดทันสมัย)
ไดโอดแบบจุดสัมผัสมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากกว่าในปัจจุบัน ดังที่แสดงในภาพด้านล่าง ชิ้นส่วนเหล่านี้ทำมาจากเศษของเจอร์เมเนียมชนิด N ซึ่งสอดลวดทังสเตนหรือลวดทอง (เพื่อเปลี่ยนหนวด)
ลวดทำให้โลหะบางชนิดเคลื่อนเข้าสู่เซมิคอนดักเตอร์ที่สัมผัสกับเจอร์เมเนียม สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นสิ่งเจือปน ก่อตัวเป็นบริเวณประเภท P เล็กๆ และสร้างจุดเชื่อมต่อ PN
เนื่องจากหัวต่อ PN มีขนาดเล็ก จึงไม่สามารถทนต่อกระแสไฟสูงได้ ค่าสูงสุดมักจะเป็นไม่กี่มิลลิแอมป์ กระแสย้อนกลับของไดโอดสัมผัสจุดนั้นใหญ่กว่าของไดโอดซิลิคอนทั่วไป นี่เป็นคุณสมบัติเพิ่มเติมของอุปกรณ์
โดยปกติค่านี้อาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ห้าถึงสิบไมโครแอมป์ ความทนทานต่อแรงดันย้อนกลับของไดโอดแบบสัมผัสจุดนั้นยังต่ำกว่าซิลิคอนไดโอดอื่นๆ อีกหลายตัว
แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อุปกรณ์สามารถทนได้ มักถูกกำหนดให้เป็นแรงดันผกผันสูงสุด (PIV) ค่าแรงดันย้อนกลับทั่วไปสำหรับไดโอดสัมผัสจุดเหล่านี้ตัวใดตัวหนึ่งคือประมาณ 70 โวลต์
ข้อดี
เจอร์เมเนียมไดโอด หรือที่รู้จักในชื่อไดโอดสัมผัสจุด ปรากฏเป็นพื้นฐานในหลาย ๆ ด้าน แต่มีข้อดีบางประการ ข้อดีประการแรกคือง่ายต่อการผลิต
ไดโอดแบบสัมผัสจุดไม่จำเป็นต้องใช้เทคนิคการแพร่กระจายหรือการขยายแบบเอพิเทเชียล ซึ่งปกติจำเป็นสำหรับการสร้างจุดต่อ PN แบบดั้งเดิม
ผู้ผลิตสามารถแยกชิ้นส่วนของเจอร์เมเนียมชนิด N ออก วางตำแหน่ง และเชื่อมต่อลวดเข้ากับจุดต่อสำหรับการแก้ไขที่เหมาะสม ด้วยเหตุนี้ ในช่วงเริ่มต้นของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ไดโอดเหล่านี้จึงถูกใช้อย่างกว้างขวาง
ความง่ายในการใช้งานของไดโอดแบบสัมผัสจุดนั้นเป็นข้อได้เปรียบเพิ่มเติม ชุมทางมีความจุต่ำมากเนื่องจากมีขนาดเล็ก
แม้ว่าซิลิกอนไดโอดทั่วไปอย่าง 1N914 และ 1N916 จะมีค่า picofarad เพียงไม่กี่ตัว แต่ไดโอดแบบสัมผัสจุดก็ยังมีค่าที่ต่ำกว่า คุณสมบัตินี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความถี่วิทยุ
สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด เจอร์เมเนียมที่ใช้ในการผลิตไดโอดสัมผัสจุดทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าน้อยที่สุด ซึ่งทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นเครื่องตรวจจับ ดังนั้นไดโอดจึงต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามากจึงจะดำเนินการได้
ตรงกันข้ามกับซิลิกอนไดโอด ซึ่งต้องใช้ 0.6 โวลต์ในการเปิด แรงดันไปข้างหน้าโดยทั่วไปของเจอร์เมเนียมไดโอดนั้นแทบจะไม่ได้ 0.2 โวลต์
แอปพลิเคชั่น
หากคุณเป็นมือสมัครเล่นและชอบที่จะสร้างชุดวิทยุขนาดเล็ก คุณอาจพบแอพพลิเคชั่นที่ดีที่สุดของไดโอดสัมผัสจุดในชุดคริสตัล
รูปแบบพื้นฐานของเครื่องรับวิทยุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคแรก ๆ ของวิทยุเรียกว่าเครื่องรับวิทยุแบบคริสตัล เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นชุดคริสตัล
สิ่งที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับวิทยุนี้คือไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอกเพื่อใช้งาน มันสร้างสัญญาณเสียงโดยใช้พลังของสัญญาณวิทยุที่ได้รับผ่านเสาอากาศ
ได้ชื่อมาจากส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด นั่นคือเครื่องตรวจจับคริสตัล (ไดโอดสัมผัสจุด) ซึ่งเริ่มแรกผลิตจากวัสดุที่เป็นผลึกเช่นกาเลนา
วิทยุคริสตัลธรรมดาที่ใช้ไดโอดเจอร์เมเนียมแบบสัมผัสจุด 1N34 สามารถดูได้ในแผนภาพต่อไปนี้
สำหรับบทความฉบับสมบูรณ์และคำอธิบายของวงจร คุณสามารถอ้างอิงได้จากโพสต์ต่อไปนี้:
สร้างชุดวิทยุคริสตัล
