Войти
Детектор «усы кошки» из галенита, используемый в раннем кристаллическом радио 
Прецизионный кристаллический детектор с кристаллом пирита железа, использовался в коммерческих радиостанциях, 1914 год. Кристалл находится внутри металлической капсулы под вертикальной стрелкой (справа). Пластинчатые пружины и винт с накатанной головкой позволяют точно регулировать давление иглы на кристалл. A детектор кристалла - устаревший электронный компонент, используемый в некоторых радиоприемниках начала 20 века, состоящий из куска кристаллического минерала, который выпрямляет радиосигнал переменного тока и использовался в детектора (демодулятор ) для извлечения аудио модуляции для воспроизведения звука в наушниках. Это был первый тип полупроводникового диода и один из первых полупроводниковых устройств . Наиболее распространенным типом был так называемый детектор кошачьих усов, который состоял из куска кристаллического минерала, обычно галени (сульфид свинца ), с мелким проволока касается его поверхности. «Асимметричная проводимость» электрического тока через электрические контакты между кристаллом и металлом была обнаружена в 1874 году Карлом Фердинандом Брауном. Кристаллы были впервые использованы в качестве детекторов радиоволн в 1894 году Джагадиш Чандра Бозе в его микроволновых экспериментах. Бозе впервые запатентовал кристаллический детектор в 1901 году. Кристаллический детектор разработан в качестве практического радиокомпонента, главным образом, Г. У. Пикард, который начал исследования детекторных материалов в 1902 году и обнаружил сотни веществ, которые можно было использовать для формирования выпрямляющих переходов. Физические принципы, которые они использовали, не были поняты в то время, когда они использовались, но последующие исследования этих примитивных точечных контактов полупроводниковых переходов в 1930-х и 1940-х годах привели к развитию современной полупроводниковой электроники.
неусиленные радиоприемники, в которых использовались кристаллические детекторы, были названы кристаллическими радиоприемниками. Кристаллическое радио было первым типом радиоприемника, который использовался широкой публикой, и стал наиболее широко используемым типом радио до 1920-х годов. Он устарел с разработкой ламповых приемников примерно в 1920 году, но продолжал до Второй мировой войны.
Схема показывающая, как работает кристаллический детектор Контакт между двумя разнородными материалами на поверхности полупроводникового кристалла детектора образуют грубый полупроводниковый диод, который действует как выпрямитель, проводящий ток электрический ток только в одном направлении и сопротивление току, текущему в другом направлении. В кварцевом радиоприемнике он был подключен между схемой, который пропускает колебательный ток, индуцированный в антенне от нужной радиостанции и наушником.. Функция его заключалась в том, чтобы действовать как демодулятор, выпрямлять радиосигнал, преобразовывая его из переменного тока в пульсирующий постоянный ток, чтобы извлечь аудиосигнал (модуляция ) из радиочастоты несущей волны. Ток звуковой частоты, создаваемый детектором, проходит через наушник, вызывая вибрацию диафрагмы наушника, толкая воздух, создавая звуковые волны. На этой диаграмме упрощенное объяснение того, как это работает:
Схема простого радиоприемника на кристалле. Кристаллический детектор D подключен между схемой L, C1 и наушником E. C2 - это обходной конденсатор. 
Графическая диаграмма 1922 года, показывающая схема радиоприемника на кристалле кошачьего уса. В этой общей схеме использовался конденсатор настройки , а использовалась емкость антенны для формирования настроенной цепи с катушкой. Кристаллические радиостанции не имели усиления компоненты для увеличения громкости радиосигнала; Звуковая, создаваемая наушником, исходит исключительно от радиоволн принимаемой радиостанции, перехваченных антенной. Таким образом, чувствительность детектора является основным фактором, определяющим чувствительность и дальность приема приемника, что побудило множество исследований по поиску чувствительных детекторов.
Помимо основного использования в кристаллических радиоприемниках, кристаллические детекторы также использовались в качестве детекторов радиоволн в научных экспериментах, постоянный выходной ток детектора регистрировался чувствительным гальванометром, а также в тестовых приборах, таких как волномеры, используемое для калибровки частоты радиопередатчиков.
Кристаллический детектор состоял из электрического контакта между поверхностью полупроводниковый кристаллический минерал и либо металл, либо другой кристалл. Они работают, кристаллические детекторы, которые работают методом проб и ошибок. Конструкция зависела от типа используемого кристалла, поскольку было обнаружено, что разные минералы различаются по площади контакта и давлению на поверхность кристалла, необходимые для создания чувствительного выпрямляющего контакта. Кристаллы, которые требовали легкого давления, такие как галенит, использовались с контактом из проволочных усов кошки; кремний использовался более тяжелым точечным контактом, тогда как карбид кремния (карборунд ) мог выдерживать самое сильное давление. Другой тип - это два соприкасающихся друг с другом кристалла разных минералов, наиболее распространенным из которых является детектор «Перикон». Детектор работал бы только тогда, когда контакт был произведен в точках поверхности кристалла, точка контакта почти всегда настраивалась. Ниже приведены основные категории кристаллических детекторов, использовавшихся в начале 20 века:
Детектор усов кошек Галена из кристаллического радио 1920-х годов 
Детектор усов кошек с кристалла пирита железа 
Детектор галенита в дешевом кристаллическом радиоприемнике 1930-х годов 
Популярная форма в портативных радиоприемниках, кристаллом, защищенным внутри стеклянной трубки Запатентовано Карлом Фердинандом Брауном и Гринлифом Уиттиер Пикардом в 1906 году это был наиболее распространенный тип кристаллического детектора, который в основном использовался с галенитом, а также с другими кристаллами. Он состоял из куска кристаллического минерала размером с горошину в металлическом держателе, к поверхности которого касалась тонкая металлическая проволока или игла («кошачий ус»). Контакт между концом проволоки и поверхность кристалла образовал грубый нестабильный точечный контакт переходный металл-полупроводник, образуя диод с барьером Шоттки. Неровный кристалл - это анод, а кристалл - это катод ; ток может течь из проволоки в кристалл, но не в обратном направлении.
Только на поверхности кристалла лучше как выпрямляющие переходы. Устройство было очень чувствительно к точной геометрии и давлению контакта между проволокой и кристаллом, и контакт мог быть нарушен малейшей вибрацией. Следовательно, перед использованием необходимо было найти подходящее место для контакта методом проб и ошибок. Проволока подвешивалась к подвижной руке и проводилась работа на лицевой стороне кристалла, пока устройство не начало работать. В кристаллическом радиоприемнике пользователь настраивал радио на сильную местную станцию, если это возможно, а затем настраивал усы кошки до тех пор, пока станция или радиошум (статический шипящий шум) не был слышен в наушниках радио. Это потребовало некоторого мастерства и большого терпения. Альтернативный метод регулировки заключался в использовании питаемого от батареи зуммера, подключенного к заземляющему проводу радиостанции или индуктивно соединенного с катушкой настройки для генерации тестового сигнала. Искра, создаваемая контактами зуммера, функционировала как слабый радиопередатчик, радиоволны которого принимались детектором, поэтому, когда на кристалле было обнаружено выпрямляющее пятно, гудение было услышать в наушниках, в который был выключен зуммер.
Детектор состоял из двух частей рядом друг с другом на плоской непроводящей основе:
Кристаллы галенита, продаваемые для использования в кристаллических детекторах, Польша, 1930-е годы 
Профессиональный детектор карборунда, используемый на радиотелеграфных станциях 
Детектор карборунда для радиолюбителей, 1911 год Изобретен в 1906 году Генри Х.К. Данвуди, он состоял из куска карбида кремния (SiC, в то время известным под торговым названием карборунд), либо зажатого между двумя плоскими металлическими контактами, либо закрепленного из плавкого сплава в металлическая чашка с контактом, состоящим из острия из закаленной стали, плотно прижатого к нему пружиной. Карборунд, искусственный продукт электрических печей, произведенный в 1893 году, требовал более высокого давления, чем контакт кошачьих усов. Детектор карборунда был популярен, потому что его прочный контакт не требовал перенастройки каждый раз при использовании, как это деликатные устройства с усами для кошек. Некоторые детекторы карборунда были настроены на заводе, а затем опломбированы и не требовались настройки пользователя. Он не был чувствителен к вибрации и поэтому использовался на корабельных радиостанциях, где корабль раскачивался волнами, и на военных станциях, где можно было ожидать вибрации от стрельбы. Еще одним преимуществом было то, что он был устойчивым к сильным токам и не мог «выгореть» атмосферным электричеством от антенны. Поэтому он был наиболее распространенным типом, используемым на коммерческих радиотелеграфных станциях.
Карбид кремния - это полупроводник с широкой запрещенной зоной 3 эВ, чтобы сделать детектор более чувствительным в прямом направлении напряжение за пределы в несколько вольт обычно прикладывалось к переходу батареей и потенциометром. Напряжение регулировалось потенциометром до тех пор, пока звук в наушниках не стал максимальным. Под воздействием рабочей точки сместилась к изогнутому «изгибу» на вольт-амперной кривой, которая вызвала наибольший выпрямленный ток.
Оригинальный кремниевый детектор Pickard 1906 
Кремний-сурьмяный детектор, используемый на военно-морских радиостанциях 1919. Кремниевый кристалл установлен на регулируемом предметном столике, который можно перемещать в двух измерениях с помощью микрометрических ручек (), чтобы чувствительное. Запатентовано и изготовленный в 1906 году компанией Pickard, это был первый коммерчески производимый кристаллический детектор. Кремний требует большего давления, чем контакт с усами кошки, хотя и не так сильно, как карборунд. Плоский кусок кремния был залит плавким сплавом в металлической чашке, а металлический наконечник, обычно латунь или золото, был прижал к нему. Поверхность кремния обычно шлифовали и полировали. Кремний также использовался с контактами сурьма и мышьяк. Кремниевый детектор имеет некоторые из тех же преимуществ, что и карборунд; его прочный контактный контакт не мог быть ослаблен вибрацией, поэтому он использовался в коммерческих и военных радиотелеграфных станциях.
(слева) Цинкит-халькопиритовый детектор "Перикон", ок. 1912 г., изготовлен фирмой Пикарда Wireless Specialty Apparatus Co. (справа) Еще одна форма контактного детектора кристалл-кристалл, выполненная в виде герметичного сменного блока, ок. 1919 Другими категорией были детекторы, в которых использовались два разных кристалла, соприкасающиеся друг с другом поверхностями, образующие контактные кристалл-кристалл. Детектор «Перикон», изобретенный Пикардом в 1908 году, был самым распространенным. Перикон расшифровывался как «PER fect p IcKard c ON такт». Он состоял из двух кристаллов в металлических держателях, лицом к лицу. Один кристалл представляет собой цинкит (оксид цинка, ZnO), другой - сульфид меди и железа, либо борнит (Cu 5 FeS 4) или халькопирит (CuFeS 2). В коммерческом детекторе Пикарда (см. Рисунок) несколько кристаллов цинкита были помещены в плавкий сплав в круглой чашке (справа), а кристалл халькопирита был установлен в чашке на регулируемой кронштейне, обращенном к нему (слева). Кристалл халькопирита продвигался вперед, пока он не коснулся поверхности одного из кристаллов цинкита. Когда было обнаружено чувствительное место, рычаг фиксировался на месте с помощью установочного винта. Было установлено множество возможностей для использования в источнике питания мощных искровыхатчиков, используемых в то время, когда они были повреждены сверхвысокими токами и угрозой «выгорать» из-за атмосферного электричества от проволочной антенны или токов. Этот детектор также иногда использовался с небольшим напряжением с нарушением около 0,2 В от батареи.
Хотя цинкит-халькопирит «Перикон» был наиболее широко используемым детектором кристалл-кристалл, использовались и другие пары кристаллов. Цинкит использовался с углеродом, галенитом и теллуром. Кремний использовался с кристаллами мышьяка, сурьмы и теллура.
Графический символ, инструмент для твердотельных диодов, возник как рисунок точечного кристаллического детектора. В течение первых трех десятилетий развития радио, с 1888 по 1918 год, это называлось беспроводной телеграфией. или «искровой» эпохи использовались примитивные радиопередатчики, называемые передатчиками с искровым разрядником, которые генерировали радиоволны с помощью электрические искры. Эти передатчики не могли генерировать непрерывные синусоидальные волны, которые используются для передачи аудио (звука) в современные радиопередачах AM или FM. Вместо этого передатчики с искровым разрядником передавали информацию по беспроводной телеграфии ; пользователь быстроал и выключал передатчик, нажимая на телеграфную кнопку, создавая импульсы радиоволн, которые записывали текстовые сообщения в азбуке Морзе. Следовательно, радиоприемникам этой эпохи не нужно было демодулировать радиоволны, извлекать из них аудиосигнал, как это делают современные приемники, им просто нужно было обнаруживать присутствие или отсутствие радиоволн, чтобы издавать звук в наушниках, когда радиоволна присутствовала, чтобы представить «точки» и «тире» кода Морзе. Устройство, которое это делало, называлось детектором. Кристаллический детектор был самым успешным из многих детекторных устройств, изобретенных в то время.
Кристаллический детектор развился из более раннего устройства, первого примитивного детектора радиоволн, названного когерером, разработанного в 1890 году Эдуардом Бранли и использованного в первом радио приемники в 1894–96 гг. Маркони и Оливер Лодж. Изготовленный во многих формах, когерер состоял из электрического контакта с высоким сопротивлением, состоящий из проводников, соприкасающихся с тонкой резистивной поверхностной пленкой, обычно окисленной между ними. Радиоволны изменяли сопротивление, заставляя его проводить постоянный ток. Наиболее распространенная форма представляла собой стеклянную трубку с каждым концом, содержащую рыхлые металлические опилки, контактирующие с электродами. До применения радиоволн это устройство имело высокое электрическое сопротивление в мегомном диапазоне. Когда радиоволна от антенны проходила через электроды, заставляла опилки «сцепляться» или слипаться, сопротивление когерера падало, в результате чего проходил постоянный ток от батареи, который звонил в колокол или оставлял след на бумажную ленту, представляющую «точки» и «тире» Морзе. Большинство когереров приходилось механически постукивать между каждым шагом радиоволн, чтобы вернуть их в непроводящее состояние.
Когерер был очень плохим детектором, что побудило многие исследования найти лучшие детекторы. Он работал с помощью сложных тонкопленочных поверхностных эффектов, поэтому ученые того времени не понимают, как это работает, за исключением смутной идеи, что обнаружение радиоволн зависит от некоего загадочного «несовершенных» контактов контактов. Исследователи исследуют влияние радиоволн на различные виды «несовершенных» контактов с целью разработки более совершенных когереров, изобрели кристаллические детекторы.
«односторонняя проводимость» кристаллов была обнаружена Карл Фердинанд Браун, немецкий физик, в 1874 году в Вюрцбургском университете. Он изучал медный пирит (Cu 5 FeS 4), железный пирит (сульфид железа, FeS 2), галенит (PbS) и сульфид меди сурьмы (Cu 3 SbS 4). Это было до открытия радиоволн, и Браун не применял эти устройства на практике, но интересовался нелинейной вольт-амперной характеристикой, которая проявляла эти сульфиды. Построив график зависимости тока от напряжения на контакте, созданном куском минерала, который коснулся проволочный кошачий ус, он обнаружил, что результатом была линия, которая была плоской для тока в одном направлении, но изогнута вверх для тока в другом направлении, вместо этого. прямые линии, показывающие, что эти вещества не подчиняются закону Ома. Благодаря этой характеристике некоторые кристаллы увеличили в два раза большее сопротивление току в одном направлении. В 1877 и 1878 годах он сообщил о дальнейших экспериментах с псиломеланом, (Ba, H. 2O). 2Mn. 5O. 10. Браун провел исследования, исключили несколько причин асимметричной проводимости, таких как электролитическое действие и некоторые Тип термоэлектрических эффектов.
Через тридцать лет после этих открытий, после экспериментов Бозе, Браун начал экспериментировать со своими кристаллическими контактами в качестве детекторов радиоволн. В 1906 году он получил в Германии патент на галенитовую
Детектор галенита Бозе из его патента 1901 г. Эта версия была намеренно сделана так, чтобы выглядеть и функционировать как человеческое глазное яблоко с линзой фокусировки миллиметровых волн на галенита контакте. 
бозе миллиметрового спектрометра, 1897. детектор галенита находится внутри рупорной антенны (F). батарея (V), создает ток через дет ектор измеряется гальванометром (G), Первый человек, использующий кристаллы для радио WAV Обнаружение было совершено индийским физиком Джагадишем Чандра Босом из Университета Калькутты в его знаменательных экспериментах по оптике с 60 ГГц зн с 1894 по 1900 год. Как и другие ученые со времен Герца, Бозе исследовал сходство между радиоволнами и светом, дублируя классические оптические эксперименты с радиоволнами. Он впервые применил когерер, состоящий из стальной пружины, прижимающейся к металлической поверхности, через которую проходит ток. Недовольный этим детектором, около 1897 года Бозе измерил изменение удельного сопротивления десятков металлов и их соединений, подвергшихся воздействию микроволн. Он экспериментировал со средствами в качестве контактных детекторов, уделял особое внимание контакту галениту.
Его детекторы состояли из небольшого кристалла галенита с металлическим точечным металлом, прижатым к нему винтом с накатанной головкой, установленным внутри закрытого волновода окончание в рупорная антенна для сбора микроволны. Бозе пропускал через кристалл ток от батареи и измерял его с помощью гальванометра . При попадании микроволн на кристалл гальванометр регистрировал падение сопротивления детектора. В то время ученые думали, что его детектор также чувствителен к внешнему свету и ультрафиолету, что заставило его назвать его искусственной сетчаткой. Он запатентовал детектор 30 сентября 1901 года. Это считается первым патентом на полупроводниковое устройство.
Детектор когерера "Микрофон" 1909 года, подобный одному обнаруженному Пикардом выпрямителю, широко используемому в первых приемниках. Он состоит из стальной иглы, опирающейся на два угольных блока. Коррозионный полупроводниковый слой на стали мог быть ответственным за выпрямление. Гринлиф Уиттиер Пикард может быть человеком, наиболее ответственным за превращение кристаллического детектора в практическое устройство. Пикард, инженер American Wireless Telephone and Telegraph Co., изобрел выпрямляющий контактный детектор, обнаружив выпрямление радиоволн в 1902 году, экспериментируя с детектором когерером, состоящим из стальной иглы, покоящейся. через два карбоновых блока. 29 мая 1902 года он управлял этим, слушая радиотелеграфную станцию. Когереру для работы требовался внешний источник тока, поэтому он подключил когерер и телефонный наушник к трехэлементной батарее, чтобы обеспечить питание для наушников. Раздраженный фоновым шумом "жарки", вызванный током через уголь, он потянулся, чтобы вырезать два элемента из цепи, чтобы уменьшить ток.
Жарение прекратилось, и сигналы, хотя и сильно ослабленные, стали материальными. более четкими, поскольку они свободны от фонового микрофона. Взглянув на свою схему, я с большим удивлением обнаружил, что вместо того, чтобы вырезать две ячейки, я вырезал все три; таким образом, диафрагма телефона работала исключительно за счет энергии сигналов. Контактный детектор, работающий без программных аккумуляторов, работает несовместимо всему предыдущему опыту, что... Я сразу решил исследовать явление.
Генерация звукового сигнала без батареи с нарушением постоянного тока заставила Пикарда понять, что устройство работает. как выпрямитель. В течение следующих четырех лет Пикард провел исчерпывающий поиск, чтобы найти, какие вещества образуют самые чувствительные контакты, в конечном итоге испытав тысячи минералов, и обнаружил около 250 выпрямляющих кристаллов. В 1906 году он получил образец плавленого кремния, искусственного продукта, недавно синтезированного в электрических печах, и он превосходил все другие вещества. Он запатентовал кремниевый детектор 30 августа 1906 года. В 1907 году он основал компанию по производству своих детекторов Wireless Specialty Products Co., и кремниевый детектор стал первым кристаллическим детектором, продаваемым на коммерческой основе. Пикард продолжал создавать другие детекторы, используя обнаруженные им кристаллы; наиболее популярными из них были железопиритовый "Пирон" детектор и цинкит - халькопирит детектор "Перикон" кристалл-к-кристаллу в 1908 году, который обозначал "PER fect p IcKard c ON такт.
кристаллический приемник Marconi Type 106, изготовленный с 1915 по 1920 год Детектор виден внизу Гульельмо Маркони разработал первые практические беспроводные передатчики и приемники телеграфии в 1896 году, а радио начало для связи примерно в 1899 году, пока триод не начал заменять его во время Первой мировой войны, кристаллический детектор был передовой технологией. использовался в качестве детектора в течение первых 10 лет, примерно до 1906. В эпоху беспроводной телеграфии до 1920 года практически не было радиовещания ; радио служило службой обмена текстовыми сообщениями точка-точка. пор, пока триод не начал использовать зоваться во вре мя Первой мировой войны, радиоприемники не имели усиления и питались только радиоволнами, принимаемыми их антеннами.. Радиосвязь на больших расстояниях зависела от мощных передатчиков (до 1 МВт), огромных проволочных антенн и приемника с чувствительным детектором.
Кристаллические детекторы были изобретены устройствами примерно в одно время. Браун начал экспериментировать с кристаллическими детекторами примерно в 1899 году, примерно тогда, когда Бозе запатентовал свой детектор галенита. Пикард изобрел свой кремниевый детектор в 1906 году. Также в 1906 году Генри Харрисон Чейз Данвуди, генерал в отставке из Войска связи США, запатентовал карбидния (карборунд ), Braun запатентовала детектор усов галенита в Германии, а Л. У. Остин изобрел кремний-теллуровый детектор.
Примерно в 1907 году кристаллические детекторы заменили когерер и электролитический детектор, чтобы стать наиболее широко используемой формой радиодетектора. До тех пор, пока во время Первой мировой войны не начали использовать триодные вакуумные лампы, кристаллы были лучшей технологией радиоприема, использовавшейся в приемниках на станциях беспроводных телеграфии, а также в самодельных кристаллических радиоприемниках. На трансокеанских радиотелеграфных станциях для приема трансатлантического трафика использовались телеграмммы, тщательно продуманные кристаллические приемники с индуктивной связью, питаемые проволочными антеннами длиной в милю. Было проведено много исследований по поиску лучших детекторов, были опробованы многие типы кристаллов. Целью исследователей было найти выпрямляющие кристаллы, которые были бы менее хрупкими и чувствительными к вибрации, чем галенит и пирит. Еще одним желаемым свойством была устойчивость к высоким токам; многие кристаллы нечувствительным при воздействии на них разрядов атмосферного электричества от наружной проволочной антенны или утечки тока от мощного искрового передатчика в приемник. Карборунд оказался лучшим из них; его можно исправить, если плотно зажать между плоскими контактами. Поэтому детекторы карборунда использовались на судовых радиостанциях, где волны заставляли пол раскачиваться, и на военных станциях, где ожидалась стрельба.
В 1907–1909 гг. Джордж Вашингтон Пирс проводил исследования в Гарварде. в том, как работают кристаллические детекторы. Используя осциллограф , сделанный с новой электронно-лучевой трубкой Брауна, он произвел первые изображения форм волны в работающем детекторе, доказав, что он действительно исправлял радиоволны. В ту эпоху, до появления современной физики твердого тела, другие ученые считали, что кристаллические детекторы работают на некотором термоэлектрическом эффекте. Хотя Пирс не открыл механизм, с помощью которого это работает, он доказал, что сопряжение теории ошибочны; осциллограммы его осциллографа показывает, что между напряжением и током в детекторе задержка фазы, включающая тепловые механизмы. Пирс название далческому выпрямителю.
Примерно между 1905 и 1915 годами были разработаны новые типы радиопередатчиков, которые производили непрерывные синусоидальные волны : дуговый преобразователь (дуга Поульсена) и генератор переменного тока Alexanderson. Они постепенно заменили старые искровые преобразователи с затухающей волной. Помимо большей дальности передачи, эти передатчики могут быть модулированы с помощью аудиосигнала для передачи звука с помощью амплитудной модуляции (AM). Было обнаружено, что, в отличие от когерера, выпрямляющее действие кварцевого детектора позволяет ему демодулировать радиосигнал AM, создавая звук (звук). Хотя другие детекторы, используемые в то время, электролитический детектор, клапан Флеминга и триод также могли исправлять AM-сигналы, кристаллы были самым простым и дешевым AM-детектором. Поскольку все больше и больше радиостанций начали экспериментировать с передачей звука после Первой мировой войны, растущее сообщество радиослушателей строило или покупало кристаллические радиоприемники, чтобы слушать их. Использование продолжало расти до 1920-х годов, когда их заменили радиолампы.
диод отрицательного сопротивления генератор, сконструированный Хьюго Гернсбаком в 1924 по указанию Лосева. Цинкитовый диод с точечным контактом, который служит в качестве активного устройства, помечен (9). Некоторые полупроводниковые диоды имеют свойство, называемое отрицательным сопротивлением, что означает, что ток через них уменьшается по мере увеличения напряжения на части их ВАХ. Это позволяет диоду, обычно пассивному устройству , функционировать как усилитель или генератор. Например, при подключении к резонансной цепи и смещении напряжением постоянного тока отрицательное сопротивление диода может нейтрализовать положительное сопротивление цепи, создавая цепь с нулевым сопротивлением переменному току, в которой возникают спонтанные колебательные токи.
Это свойство было впервые обнаружено в кристаллических детекторах около 1909 года Уильямом Генри Экклзом и Пикардом. Они заметили, что, когда на их детекторы подавалось напряжение постоянного тока для повышения их чувствительности, иногда усилили спонтанные колебания. Однако эти исследователи просто опубликовали краткие отчеты и не преследовали эффект.
Первым, кто использовал отрицательное сопротивление, был русский физик-самоучка Олег Лосев, посвятивший свою карьеру изучению кристаллических детекторов. В 1922 году, использованное в новой Нижегородской радиолаборатории, он обнаружил отрицательное сопротивление в смещенных точечных переходах цинкита (оксида цинка ). Он понял, что усиливающие кристаллы могут быть альтернативной хрупкой, дорогой и энергоемкой вакуумной лампе. Он использовал смещенные переходы кристаллов с отрицательным сопротивлением для создания твердотельных усилителей, генераторов, а также усилительных и регенеративных радиоприемников за 25 лет до изобретения транзистора. Позже он даже построил супергетеродинный приемник. Однако его достижения не были замечены из-за успеха электронных ламп. Его технология была названа "Crystodyne" издателем Хьюго Гернсбэком, одним из немногих людей на Западе, обратившим на нее внимание. Через десять лет он отказался от исследований этой технологии, и о ней забыли.
Диод с отрицательным сопротивлением был заново открыт с изобретением туннельного диода в 1957 году, для которого Лео Эсаки получил Нобелевскую премию по физике 1973 года. Сегодня диоды с отрицательным сопротивлением, такие как диод Ганна и IMPATT-диод, широко используются в качестве микроволновых генераторов в таких устройствах, как радарные пушки и открыватели гаражных ворот.
В 1907 году британский инженер Marconi Генри Джозеф Раунд заметил, что при пропускании постоянного тока через точечный контактный переход из карбида кремния (карборунд), в точке контакта испускалось пятно зеленоватого, голубоватого или желтоватого цвета. Компания Round построила светоизлучающий диод (LED). Однако он только что опубликовал краткую информацию об этом из двух абзацев и не проводил дальнейших исследований.
При исследовании кристаллических детекторов в середине 1920-х годов в Нижнем Новгороде, Олег Лосев независимо друг от друга знаком, что смещенные переходы карборунда и цинкита излучают свет. Лосев был первым, кто проанализировал это устройство, исследовал источник света, теорию его работы и представил практическое применение. Он опубликовал свои эксперименты в 1927 году в российском журнале, и 16 статей, опубликованных им по светодиодам в период с 1924 по 1930 год, предоставили всестороннее исследование этого устройства. Лосев провел обширные исследования механизма излучения света. Он измерил скорость испарения бензина с поверхности кристалла и обнаружил, что оно не ускоряется при испускании света, заключив, что свечение было «холодным» светом, не вызванным тепловыми эффектами. Он предположил, что объяснение правильно излучения света было в новой науке квантовой механики, предполагая, что это было обратным фотоэлектрическим эффекту, обнаруженному Альбертом Эйнштейном В 1905 году. Он писал об этом Эйнштейну, но не получил ответа. Лосев разработал практичные электролюминесцентные лампы из карборунда, но не нашел никого, кто заинтересован в коммерческом производстве этих слабых источников света.
Лосев умер во время Второй мировой войны. Отчасти из-за того, что его были опубликованы на немецком языке, а отчасти из-за отсутствия репутации (его принадлежность к высшему классу помешала ему получить высшее образование или продвинуться по службе в Советское общество, поэтому он никогда не занимал официальную должность выше техники) его работа мало известна на Западе.
Семья слушает первое радио вещание на кристаллическом радио в 1922 году. Так как кристаллические радиоприемники не могут управлять громкоговорителями, они должны использовать общие наушники. 
После 1920 года кристаллическое радио стало дешевым альтернативным радиоприемником для молодежи и бедных. 
Картриджный детектор карборунда (вверху) с предвзятостью батареи, используемой в ламповом радио с 1925 года В 1920-х годах усилительный триод ламповый, изобретенный в 1907 году Ли Форест, заменил более раннюю технологию как в радиопередатчиках, так и в приемниках. AM радиовещание возникло спонтанно примерно в 1920 году, и прослушивание радио стало популярным занятием. Первоначальной аудиторией новых радиостанций, вероятно, были владельцы хрустальных радиоприемников. Но без усиления, кристальные радиоприемники приходилось слушать через наушники, и они могли принимать только близлежащие местные станции. Радиоприемники с усилителями на электронных лампах начали производиться серийно в 1921 году, имели больший диапазон приема, не требовали настройки кошачьего уса и производили достаточную выходную мощность звука для управления динамиками, что позволяетло всей семье удобно слушать вместе или танцевать под музыку эпохи джаза.
Итак, в 1920-е годы ламповые приемники заменили хрустальные радиоприемники во всех домах, кроме бедных. Коммерческие и военные станции беспроводной телеграфии уже перешли на более чувствительные ламповые приемники. Электронные лампы временно положили конец исследованиям детекторов кристаллов. Темпераментная, ненадежная работа кристаллического детектора всегда препятствовала его принятию в качестве стандартного компонента коммерческого радиооборудования и была одной из причин его быстрой замены. Фредерик Зейтц, один из первых исследователей полупроводников, писал:
Такая изменчивость, граничащая с тем, что кажется мистическим, преследовала раннюю историю кристаллических детекторов и заставила многих экспертов по электронным лампам рассматривать выпрямления кристаллов как
Кристаллическое радио стало дешевым альтернативным приемником, используемым в чрезвычайных ситуациях и людьми, которые не могли позволить себе ламповые радиоприемники: подростками, бедными и жителями нормальных стран. Построение набора кристаллов оставалось популярным образовательным проектом для ознакомления людей с радио, используемым такими организациями, как Бойскауты. Детектор, используемый в кристаллических радиоприемниках, наиболее широко используемым среди любителей. Карборундовое соединение использовалось в качестве детектора первых электронных ламп радиоприемников, чем оно было более чувствительным, чем триод детектор утечки решетки. Хрустальные радиоприемники хранились на кораблях в качестве аварийных резервных радиоприемников. Во время Второй мировой войны в оккупированной нацистами Европе радио использовалось группой Сопротивления легко сконструированное, легко скрываемое тайное радио. После Второй мировой войны разработка современных полупроводниковых диодов окончательно сделала устаревшим детектор галенита-кошачьего уса.
Полупроводниковые устройства, такие как кристаллический детектор, работают квантово-механическими принципы; их действие нельзя объяснить классической физикой. Рождение квантовой механики в 1920-х годах системы стало необходимым для развития физики полупроводников в 1930-х годах, когда физики пришли к пониманию, как работает кристаллический детектор. Немецкое слово halbleiter, переведенное на английский язык как «полупроводник », было впервые использовано в 1911 году для описания веществ, проводимость находилась между проводниками и изоляторами, такими, такими как как кристаллы в кристаллических детекторах. Феликс Блох и Рудольф Пайерлс около 1930 года применили квантовую механику для создания теории движения электронов через кристалл. В 1931 г. Алан Уилсон создал квантовую зонную теорию, которая объясняет электропроводность твердого тел. Вернер Гейзенберг придумал идею отверстия, вакансия в кристаллической решетке, где должен находиться, который может двигаться по решетке, как положительная электронная часть; и электроны, и дырки проводят ток в полупроводниках.
Прорыв произошел, когда стало понятно, что выпрямляющее действие кристаллических полупроводников было обусловлено не только кристаллом, но и наличием примесных частиц в кристаллической решетке. В 1930 году и Уилсон установил, что электропроводность в полупроводниках обусловлена следами примесей в кристалле, «чистый» полупроводник действует не как полупроводник, а как изолятор (при низких температурах). Безумно-измененная активность различных кусков кристалла при использовании в детекторе и «активные» на поверхности объясняются естественными изменениями этих примесей по всему кристаллу. Нобелевский лауреат Уолтер Браттейн, соавтор транзистора, заметил:
В то время вы могли получить кусок кремния... положить кошачий усик на одно место, и он будет очень активен и исправить очень хорошо в одном направлении. Вы немного переместили его - может быть доля, тысячную долю дюйма - и вы можете найти другое активное пятно, но здесь оно исправится в направлении другом.
Химикаты «металлургической чистоты», использованные учеными для производства Кристаллы синтетических экспериментальных детекторов содержали около 1% примеров таких противоречивых результатов. В течение 1930-х годов были разработаны все более совершенные методы рафинирования, позволяющие ученым создать сверхчистые полупроводниковые кристаллы, которые вводили точно контролируемые количества микроэлементов (так называемое легирование ). Это впервые позволяет создать полупроводниковые переходы с надежными, воспроизводимыми проверенными лицами, которые позволяют ученым свои теории, а также использовать производство современных диодов.
Теория выпрямления в переходе металл-полупроводник, использованный в детекторе кошачьих усов, предоставленный в 1938 году независимо Уолтером Шоттки в Siemens Halske исследовательская лаборатория в Германии и Невилл Мотт в Бристольском университете, Великобритания. Мотт получил в 1977 г. Нобелевскую премию по физике. В 1949 году в Bell Labs Уильям Шокли вывел уравнение диода Шокли, которое дает нелинейную экспоненциальную кривую напряжения - кристаллического детектора, Наблюдаемый учеными со времен Брауна и Бозе, который отвечает за выпрямление.
Кремниевый диод 1N23. Сетка 1/4 дюйма. Развитие технологии в 1930-х годах вплоть до Второй мировой войны для использования в военных радар привел к воскрешению точечного кристаллического детектора. Для микроволновых радиолокационных приемников требовалось нелинейное устройство, которое могло бы действовать как смеситель, чтобы смешивать входящий микроволновый сигнал с сигналом гетеродина для повреждения микроволнового сигнала вниз. на более низкую промежуточную частоту (IF), на которой он может быть усилен. Электронные лампы, используемые в смесителях на более низких частотах в супергетеродинных приемниках , не могли работать на сверхвысоких частотах из-за высокой мощности. В середине 1930-х годов Джордж Саутворт из Bell Labs, работая над этой проблемой, купил старый детектор кошачьих усов и обнаружил, что он работает на микроволновых частотах. Ганс Холлманн в Германии сделал то же открытие. Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института запустила проект по разработке микроволновых детекторных диодов с акцентом на кремнии, который имеет лучшие детектирующие свойства. Примерно к 1942 году массово производились точечные детекторы на кристалле кремния для радиолокационных приемников, таких как 1N21 и 1N23, состоящие из кусочка кристалла кремния, легированного бором,, и проволоки из вольфрама . точка плотно прижалась к нему. Контакт кошачьих усов не требовал регулировки, и это были герметичные узлы. Вторая параллельная программа развития в Универсальное Пердью произвела германиевые диоды. Такие диоды с точечным контактом все еще производятся и могут считаться первыми современными диодами.
После войны германиевые диоды заменили детекторы галенитовых усов в немногих производимых кристаллических радиоприемниках. Германиевые диоды в качестве детекторов более чувствительны, чем кремниевые диоды, поскольку германий имеет меньшее прямое падение напряжения, чем кремний (0,4 против 0,7 вольт). Сегодня все еще производятся несколько детекторов усов галенита, но только для старинных реплик кристаллических радиоприемников или устройств для научного образования.
 | Викискладе есть материалы, связанные с детектором средств кошачьих усов. |
