دیود اتصال نقطه ای (Point Contact Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود اتصال نقطه ای (Point Contact Diode) :
دیود اتصال نقطه ای (Point Contact Diode) یکی از قدیمی ترین انواع دیودهای نیمه هادی است که در اوایل دوران الکترونیک حالت جامد، قبل از توسعه دیودهای پیوندی (Junction Diodes)، به طور گسترده استفاده می شد. این دیودها نقش مهمی در توسعه رادار و گیرنده های رادیویی در جنگ جهانی دوم ایفا کردند. اگرچه امروزه تا حد زیادی منسوخ شده اند، اما درک ساختار و عملکرد آنها برای آشنایی با تاریخچه الکترونیک مفید است.
ساختار دیود اتصال نقطه ای بسیار ساده است: یک سیم فلزی نازک و تیز (معمولا از جنس تنگستن یا فسفر برنز) به عنوان "سبیل گربه ای" (Cat's Whisker) بر روی سطح یک بلور نیمه هادی (معمولا سیلیکون یا ژرمانیوم) فشار داده می شود. در محل تماس، یک اتصال نیمه هادی-فلز (Metal-Semiconductor Junction) بسیار کوچک تشکیل می شود که خاصیت یکسوسازی (Rectification) دارد.
در دیود اتصال نقطه ای، ناحیه تماس بسیار کوچک است (در حد چند میکرون). این ناحیه کوچک باعث می شود ظرفیت خازنی پیوند (Junction Capacitance) بسیار کم باشد (کسری از پیکوفاراد). این ویژگی دیود اتصال نقطه ای را برای کاربردهای فرکانس بالا (تا چند گیگاهرتز) بسیار مناسب می ساخت، در حالی که دیودهای پیوندی اولیه ظرفیت خازنی بالایی داشتند و نمی توانستند در فرکانس های بالا کار کنند.
مکانیزم یکسوسازی در دیود اتصال نقطه ای شبیه دیود شاتکی (Schottky Diode) مدرن است. در محل تماس فلز-نیمه هادی، یک سد پتانسیل (Schottky Barrier) تشکیل می شود که عبور جریان را در یک جهت آسان تر از جهت دیگر می کند. با این حال، به دلیل ناپایداری مکانیکی و شیمیایی اتصال نقطه ای، عملکرد این دیودها در طول زمان تغییر می کرد و قابلیت اطمینان پایینی داشتند.
پارامترهای دیود اتصال نقطه ای عبارت بودند از: جریان مستقیم محدود (معمولا چند میلی آمپر)، ولتاژ معکوس پایین (چند ده ولت)، و سرعت بسیار بالا (مناسب برای فرکانس های مایکروویو). دیودهای اتصال نقطه ای ژرمانیومی (Germanium Point Contact Diodes) در گیرنده های رادیویی AM به عنوان آشکارساز (Detector) استفاده می شدند.
مهم ترین کاربرد تاریخی دیود اتصال نقطه ای، در رادارهای مایکروویو (Microwave Radars) در جنگ جهانی دوم بود. این دیودها به عنوان میکسر (Mixer) و آشکارساز در فرکانس های چند گیگاهرتز استفاده می شدند. توسعه این دیودها یکی از عوامل کلیدی در موفقیت متفقین در جنگ بود و به پیشرفت سریع فناوری نیمه هادی کمک کرد.
یکی از معایب بزرگ دیود اتصال نقطه ای، ناپایداری مکانیکی آن بود. سیم تیز باید با فشار مناسب روی بلور قرار می گرفت و هرگونه لرزش یا ضربه می توانست اتصال را قطع کند یا ویژگی های الکتریکی آن را تغییر دهد. همچنین، اکسید شدن سطح تماس در طول زمان باعث کاهش عملکرد می شد.
با اختراع دیود پیوندی (Junction Diode) در اوایل دهه ۱۹۵۰ توسط ویلیام شاکلی و همکارانش در آزمایشگاه های بل، دیودهای اتصال نقطه ای به تدریج منسوخ شدند. دیودهای پیوندی قابلیت اطمینان بسیار بالاتر، جریان و ولتاژ بالاتر، و پایداری دمایی بهتری داشتند. با این حال، برای کاربردهای فرکانس بالا، دیودهای شاتکی مدرن که بر اساس اتصال فلز-نیمه هادی کار می کنند، جایگزین دیودهای اتصال نقطه ای شدند.
امروزه، دیودهای اتصال نقطه ای عمدتا در موزه ها و برای مقاصد آموزشی و تاریخی یافت می شوند. برخی علاقه مندان به رادیوی قدیمی (Vintage Radio Enthusiasts) هنوز از این دیودها در بازسازی گیرنده های کریستالی (Crystal Radios) استفاده می کنند. گیرنده های کریستالی ساده ترین نوع گیرنده های رادیویی هستند که با یک دیود اتصال نقطه ای، یک سیم پیچ و یک خازن متغیر ساخته می شوند و نیازی به منبع تغذیه ندارند.
در نهایت، دیود اتصال نقطه ای اگرچه امروزه منسوخ شده است، اما نقش تاریخی بسیار مهمی در توسعه الکترونیک مدرن داشته است. این دیودها اولین قدم به سوی عصر نیمه هادی ها بودند و نشان دادند که می توان با قطعات حالت جامد، عملیات یکسوسازی و آشکارسازی را در فرکانس های بالا انجام داد. مطالعه این دیودها به درک بهتر پیشرفت فناوری نیمه هادی کمک می کند.
