ДЕТЕКТОРА

Можно ли подсчитать, сколько миллионов часов потратили радисты и радиолюбители всего мира на поиски чувствительной точки у кристаллического детектора! Ведь эта точка была чрезвычайно непостоянна и слишком часто сбивалась.

Лишь в самое последнее время радиолюбители получили детекторы с постоянной точкой, которые освободили владельцев детекторных приемников от утомительной необходимости прощупывать спиралькой кристалл.

Что же это за удивительная точка ?

Больше 40 лет хранил кристаллический детектор тайну своей точки . В разное время создавались различные гипотезы с целью объяснить физику работы кристаллического детектора. Была распространена, например, дуговая гипотез-!, согласно которой работа детектора объяснялась возникновением в месте контакта острия спиральки с кристаллом микроскопических электрических дуг. Потом появилась контактная гипотеза, по которой односторонняя проводимость детектора определялась контактной разностью потенциалов.

Однако контактную гипотезу постигла такая же участь, как и дуговую .

Тайна кристаллического детектора начала раскрываться лишь в последние предвоенные годы. Детектирующее действие кристалла оказалось следствием особенностей проводимости полупроводников. На стр. 34 уже рассказывалось о существовании у полупроводников двух видов проводимости: электронной и дырочной. Детектирующие кристаллы обладают той особенностью, что на их поверх- ности образуется пленка, обладающая иной проводимостью, чем сам кристалл. Если, например, кристалл обладает дырочной проводимостью, то его поверхностная пленка имеет электронную проводимость, и наоборот. Граница соприкосновения поверхностной пленки с телом кристалла образует особую зону, называемую запирающим слоем и 198

имеющую толщину всего в десятитысячные доли миллиметра,

Лредположим, что имеется кристалл, у которого проводимость основной массы - дырочная, а поверхностной пленки - электронная, т. е. в основной массе полупроводника есть какое-то количество примесных атомов, легко i расстающихся с одним из своих электронов, а в поверхностной пленке есть примесные атомы, легко захватывающие лишние элементы.

Проследим в самых общих чертах электрические процессы, которые произойдут в зоне соприкосновения поверхностной пленки с телом полупроводника. Для лучшей наглядности на рисунке показаны тонкие столбики атомов, расположенные в пленке и теле кристалла перпендикулярно поверхности пленки.

Столбик А характеризует начальный момент соприкосновения пленки с телом. Атом с избыточным электроном.

ООО 0 0 0 0 /Э О

0 0 © 04D О ООО

О О О О' ©ООО

О О е

О ©

© \Э О

© © ©

ООО

А Б в

ООО © /© о о ©

г Д Е

о хэ © © о о о о о о

ж 3 * и к

л м

входящий в состав пленки, оказался рядом с атомом основного тела полупроводника, лишенным электрона, т. е. рядом с дыркой . Электрическое поле, которое будет существовать между этими двумя атомами, заставит электрон перейти от отрицательного атома к положительному (Б). В результате соприкасающиеся атомы станут нейтральными в зоне соприкосновения зарядов не станет и образуется запирающий слой (В).

Если к кристаллу подвести напряжение плюсом к пленке и минусом к массе (Г), то внутри кристалла возникнет электрическое поле, показанное стрелками (столбик Д). Это поле переместит электроны в направлении стрелок. Под влиянием этого поля более удаленные от запорного слоя

7* 199

атомы пленки, имеющие избыточные электроны, передадут их еще более удаленным атомам, а примесные дырки в теле кристалла заполнятся электронами, отданными атомами, более удаленными от запорного слоя. В результате запорный слой станет толще (Е) и сопротивление его возрастет. При такой полярности приложенного напряжения кристалл не будет проводить тока.

При наложении напряжения обратной полярности картина изменится (Ж). Электроны начнут двигаться в обратном направлении (3, И и К). Запорный слой станет утончаться и может совсем исчезнуть. Таким образом, кристалл будет обладать односторонней проводимостью.

При подобных рассуждениях обычно возникает сомнение: почему при условиях, показанных в столбике Г, не происходит обмена электронами между соприкасающимися атомами пленки и тела кристалла? Ниже стороны линии раздела в этом случае находится примесный атом, который легко расстается с электроном, а выше ее - примесный атом, который охотно принимает лишций электрон; что же касается приложенного к кристаллу электрического поля, то оно способствует такому переходу электрона (Л). Однако при таких рассуждениях не следует забывать, что если переход электрона действительно произойдет (Л и М), то между этими двумя атомами сейчас же возникнет поле, стремящееся возвратить электрон в исходное положение.

В итоге на электрон будут действовать два поля: внешнее, стремящееся удержать перешедший электрон, и внутреннее , стремящееся вернуть его. Обычно внутреннее поле бывает сильнее, потому что атомы находятся очень близко один от другого. Но может случиться, что внешнее поле пересилит и подобный перенос электронов действительно начнется. Это будет означать, что запорный слой пробит : кристалл попал под пробивное напряжение. Выпрямляющая точка перестанет существовать, и придется искать новую.

Таким образом, сопротивление кристалла зависит от полярности приложенного к нему напряжения: в одном направлении оно больше (запирающий слой становится толще), а в другом - меньше (запирающий слой делается тоньше и даже совсем исчезает). Благодаря такой односторонней проводимости кристалл детектирует.

Поверхностная пленка на кристалле в разных местах неодинакова. Ее характер зависит от многих причин и 200

в особенности от примесей посторонних веществ. Поэтому точку приходилось искать. Естественно, чем меньше площадь соприкосновения спиральки с кристаллом, тем больше шансов, что удастся нащупать поверхность с однородной пленкой. Поэтому острие спиральки надо было хорошо затачивать: площадь контакта должна быть порядка десятых долей микрона. Слишком сильный нажим острия мог повредить пленку. Поэтому контактирующую с кристаллом проволочку приходилось закручивать в спираль - она ограничивала возможность сильного нажима. Под воздействием сильных электрических импульсов, например интенсивных атмосферных разрядов, пленка разрушалась и точка сбивалась . Поэтому найденная точка не сохранялась надолго.

Лишь в последние годы, когда физика работы кристалла была выяснена, научились делать кристаллы с прочной однородной поверхностной пленкой и обеспечивать наилучший контакт с работающими в паре с ними проводничками.

Современные кремниевые и германиевые детекторы обладают очень большой чувствительностью и весьма постоянной точкой . Кристаллические детекторы, неразрывно связанные в наших воспоминаниях с простейшим детекторным приемником, успешно работают теперь в сложнейшей радиоаппаратуре - телевизионной и радиолокационной.

КОНКУРЕНТЫ

Электронную лампу недаром называют чудесной лампой. Она уже дала возможность человеку осуществить многое из того, о чем он на протяжении долгих тысячелетий мог лишь мечтать, как нам повествуют об этом стародавние сказки.

Своими успехами и победами электронная лампа обязана тому, что работа ее основана на использовании электронов,

с огромными скоростями несущихся в пространстве внутри лампы и почти мгновенно подчиняющихся велениям управляющих электродов.

Может ли другое устройство конкурировать с электронной лампой?

Оказывается, может.

Электронная лампа знала конкурентов в прошлом. У нее есть очень серьезные конкуренты и в настоящем.

Первым пытался соперничать с электронной лампой так называемый микрофонный усилитель.

Основными частями усилителя являются телефонная трубка и угольный микрофон, мембраны которых жестко соединены. При подведении к обмотке телефона переменного напряжения в цепи микрофона за счет энергии батарейки можно получить несколько усиленное напряжение.

МЕМЕРАНА

т

У--

телефонная трубка

Такие усилители потребляют очень большой ток - примерно четверть ампера, но основным их недостатком являются большие искажения. Ограниченное практическое применение они находили в прошлом главным образом в слуховых аппаратах, предназначенных для тугоухих. Главнейшими требованиями, предъявляемыми к слуховым аппаратам, всегда были легкость и компактность. Искажения не играют особо большой роли, лишь бы было разборчиво.

Первоначально электронным лампам было трудно конкурировать в слуховых аппаратах с микрофонными усилителями из-за больших размеров самих ламп и малой экономичности их. Однако лампы новейших типов, в частности пальчиковые и сверхминиатюрные, а затем и транзисторы, дали возможность сконструировать весьма компактные,

£02

легкие и экономичные слуховые аппараты, позволяющие получить большое усиление при высокой естественности воспроизведения. Поэтому в слуховых аппаратах микрофонные усилители больше не применяются. Попытки использовать их в качестве усилителей для детекторных при-

(емников не увенчались успехом по ряду причин, из которых главнейшими являются опять-таки значительные искажения и большое потребление тока.

Вторым конкурентом электронной лампы был цинкитный кристаллический детектор, который в результате разрабо-

I тайной сотрудником Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосевым специальной обработки и при найденных им условиях работы мог генерировать и давать известное усиление.

Лосевым был сконструирован приемник с таким детек-I тором - кристадин, значительно более чувствительный, чем обычный детекторный. Кристадины получили некоторое [распространение, но были вытеснены электронной лампой, [работавшей гораздо более устойчиво и дававшей большее Гусиление.

Таким образом, в прошлом электронной лампе удалось [довольно легко справиться со своими конкурентами .

Несравненно более тяжелую борьбу приходится вести электронной лампе с конкурентами в наши дни.

В ряде областей с успехом применяются магнитные усили-Тели.

Принцип действия магнит-[ных усилителей состоит в сле-[дующем. Известно, что величина сопротивления катушки перемен- ному току зависит от ее индуктивности. У катушек с сердечником индуктивность зависит от

магнитной проницаемости сердечника. Мы можем, например, включить осветительную лампу в сеть переменного тока через катушку. Пока у катушки не будет сердечника, лампа будет гореть ярко. Если начать вдвигать в катушку сердечник, то сопротивление катушки станет возрастать и яркость накала лампы будет уменьшаться. Чем больше вдвинут сердечник и чем выше его магнитная проницаемость, тем слабее будет накал лампы.