The mikrokontrolleril põhinevad projektid või muude elektroonika- ja elektriprojektide kavandamisel kasutatakse elektris ja elektroonikas mõningaid põhikomponente, mis on liigitatud elementideks. Elemente, mis salvestavad või hajutavad energiat, nimetatakse passiivseteks elementideks, ja elemente, mis tagavad või kindlalt kontrollitud energiavoo, nimetatakse aktiivseteks elementideks. Nende põhielementide hulka kuuluvad: elektritakistid , Induktiivpoolid, erinevat tüüpi dioodid sealhulgas kristalldioodid, Gunn-dioodid, Peltier-dioodid, Zeneri dioodid, tunnelidioodid, Varaktori dioodid jne. Trafod, kondensaatorid, pooljuhid, transistorid, türistorid, integraallülitused, Optoelektroonilised seadmed , Vaakumtorud, andurid, Memristor, muundurid, detektorid, antennid ja nii edasi. Selles artiklis käsitleme kõige sagedamini kasutatavat kristalldioodi komponenti.
Kristalldiood
Germaaniumi kristalldiood
Pooljuhtdiood ehk P-N liitumisdiood on kaheterminaliline seade, mis laseb voolul voolata ainult ühes suunas ja blokeerib voolu teises suunas. Need kaks klemmi on anood ja katood. Kui anoodi pinge on suurem kui katoodi pinge, alustab diood juhtivust. Kristalldioodi nimetatakse ka kassi-vurrudioodiks või punkt-kontaktdioodiks või kristallideks. Need mikrolaine-pooljuht-dioodid töötati välja II maailmasõja ajal, et neid kasutada mikrolainete vastuvõtjad ja detektorid .
Kristalldioodi ahel töötab
Kristalldioodi töö sõltub pooljuhtkristalli ja punkti kokkupuute rõhust. See koosneb kahest osast - väikesest ristkülikukujulisest N-tüüpi räni kristallist, millel on üks sektsioon, ja peenest berüllium-vask-, pronks-fosfor- ja volfrattraadist, mida nimetatakse kassi vurrutraadiks ja mis surub kristalli vastu kokku, moodustades teise sektsiooni. P-tüüpi piirkonna moodustamiseks kristalli ümber juhitakse kassi viskist ränikristallile kristalldioodi või punkt-kontaktdioodi valmistamise ajal suur vool. Seega moodustub PN-ristmik ja see käitub sarnaselt tavalise PN-ristmikuga.
Punkti kontaktdiood
Kuid kristalldioodi omadused erinevad PN-ristmikdioodi omadustest. Ettepoole suunatud kallutamise tingimustes on punktkontaktdioodi takistus kõrge, võrreldes üldise PN-ristmikdioodiga. Vastupidise eelhäälestuse korral ei ole punktkontaktdioodi korral voolu vool läbi dioodi nii sõltumatu kristallile rakendatavast pingest kui ühendusdioodi korral. Kassiveski ja kristalli vaheline mahtuvus on dioodi mõlema külje vahelise ristmikdioodi mahtuvusega võrreldes väiksem. Seega on reaktsioonikiirus mahtuvusele kõrge ja kõrgel sagedusel voolab vooluringis väga väike mahtuvuslik vool.
Kristalldioodi skemaatiline sümbol
Üldiselt teame, et P-N ristmikdiood või pooljuhtdiood juhib siis, kui anoodi pinge on suurem kui katoodi pinge. Vooluringi saab realiseerida kolmel viisil: ligikaudne mudel, lihtsustatud mudel ja ideaalne mudel. Iga mudeli puhul töötav kristalldioodahel on näidatud allpool. Kui rakendame ettepoole suunatud pinget Vf, siis on tiodioodi omadused Vf vs If näidatud joonisel.
Ligikaudne mudel
Kristalldioodi vooluahela ligikaudne mudel koosneb järjestikku ühendatud ideaalsest dioodist, ettetakistusest Rf ja potentsiaalsest tõkkest Vo. Tegelik diood peab ületama potentsiaalse barjääri Vo ja sisemise languse VfRf. Pinge langus ilmub kogu dioodil voolu tõttu, kui see voolab läbi sisemise takistuse Rf.
Ligikaudne mudel
Diood alustab juhtimist ainult siis, kui rakendatud esipinge Vf ületab potentsiaalse tõkkepinge Vo.
Lihtsustatud mudel
Selles mudelis ei arvestata sisemist takistust Rf. Seega koosneb samaväärne vooluahel ainult potentsiaalsest barjäärist Vo. Dioodahelate analüüsimiseks kasutatakse seda mudelit kõige sagedamini.
Lihtsustatud mudel
Ideaalne mudel
Selles mudelis ei arvestata nii sisemist takistust Rf kui ka potentsiaalset barjääri Vo. Tegelikult pole ideaalseid dioode praktiliselt olemas ja eeldatakse, et mõne dioodiahela analüüsi jaoks on olemas ideaalsed dioodid.
Ideaalne mudel
Kristalldioodirakendused
Neid dioode kasutatakse paljudes rakendustes, näiteks kristallraadiovastuvõtjas. Selles artiklis kõige sagedamini kasutatavad kristallid dioodirakendused nagu kristalldioodi alaldit ja kristalldioodidetektorit, mainitakse allpool.
Kristalldioodi alaldi
Saksa füüsik Ferdinand Braun avastas 1874. aastal elektrit ja elektrolüüte juhtivate kristallide omadusi uurides metalli ja mõnede kristalliliste materjalide kokkupuutepunktis rektifikatsiooni efekti. Kui kõrgeima puhtusastmega materjalid polnud kättesaadavad, leiutas pliisulfiidil põhinev kontakt-alaldi.
Kristalldioodi alaldi
Kristalldioodi saab kasutada alaldina vahelduvvoolu muundamiseks alalisvooluks. Kuna see juhib ainult ühes suunas ja blokeerib voolu vastupidises suunas sarnaselt tavalisele dioodile, saab seda kasutada poollaine, täislaine ja silla alaldi ahelad .
Kristalldioodidetektor
1900. aastatel kasutatakse seda peamiselt signaalidetektorina seadistatud kristallraadios. Kristallpind puutub kokku peene metallist sondiga. Seega sai punktkontaktdiood kirjeldava nime a kassi vurrudetektor . Need on vananenud ja koosnevad õhukesest teritatud metalltraadist, mis toimib anoodina, ja pooljuhtkristallist, mis toimib katoodina. See anoodist õhuke metalltraat, mida nimetatakse kassi vurrutraadiks, surutakse katoodi kristalli vastu. Need kristalldioodidetektorid töötati välja 1900-ndate aastate alguses ja neid kasutati IP-i kuuma koha leidmiseks pooljuhtmaterjal kristallkatood, mis on parimal raadiolainete tuvastamiseks käsitsi reguleeritud.
Need töötati välja peamiselt mineraalkristallide galena või söetüki abil 1906. aastal, kuid enamik viimaseid dioode töötatakse välja räni, seleeni ja germaaniumi abil. Kuna see diood võimaldab voolu voolata ainult ühes suunas, annab alalisvoolu pinge alaldatud kandesignaal kõrvaklappide juhtimiseks. 1946. aastal oli Sylvania esmakordselt kasutusel germaaniumi kasutamisel kommertskristalldioodis 1N34.
Kristalldioodi käsitsi reguleerimine
Kõigepealt tuleb tundlik koht kindlaks teha, otsides kogu pinda, mis võib selle vibratsiooni tõttu peagi kaduma minna. Niisiis, selleks, et muuta kogu pind sama tundlikuks ja vältida tundliku koha otsimist, asendati see mineraal N-legeeritud pooljuhiga.
Teadlane G. W. Pickard täiustas seda seadet 1906. aastal, luues pooljuhis lokaliseeritud P-tüüpi piirkonna, kasutades teravat metallkontakti. Selle elektriliselt ja mehaaniliselt stabiilseks muutmiseks kapseldati kogu punktkontaktdiood silindrilisse korpusesse, kinnitades metallpunkti oma kohale. Kuigi dioode on palju, näiteks ristmikdioodid ja kaasaegsed pooljuhid, kasutatakse neid kristalldioode siiski mikrolaine sagedusdetektorid nende väikese mahtuvuse tõttu.
Loodetavasti olete pärast selle artikli lugemist saanud kristalldioodi kohta lühikese ettekujutuse. Mis tahes tehnilise abi saamiseks sellel teemal ja ka elektri- ja elektroonikaprojektid , saate postitada oma ideid, kommentaare ja ettepanekuid, et innustada teisi lugejaid oma teadmisi täiendama.
Foto autorid:
- Germaaniumi kristalldiood ringrajas
- Kristalldioodi detektor ajalooveebisait
