Historia del diodo

La historia del diodo es divertida porque está llena de descubrimientos involuntarios, a veces teniendo que esperar décadas para usar lo que se ha encontrado. Dos ejemplos de esto son nuestros dos primeros temas: emisión termoiónica y diodos semiconductores. Así que buceemos.

Tubos de vacío / diodos termoiónicos

Nuestro primer descubrimiento accidental fue sobre una emisión termoiónica que conduce al tubo de vacío muchos años después. La emisión termoiónica básicamente calienta un metal o un metal recubierto, lo que hace que los electrones salgan de su superficie.

Electroscopio

En 1873, Frederick Guthrie cargó su electroscopio positivamente y luego acercó un trozo de metal caliente al terminal del electroscopio. El metal al rojo vivo emitió electrones al terminal, que por supuesto neutralizó la carga positiva del electroscopio, haciendo que las láminas se unieran. Sin embargo, un electroscopio con carga negativa no se puede descargar de esta manera, porque el metal caliente emite solo electrones, por lo tanto, una carga negativa. Por lo tanto, la dirección de la corriente de electrones era unidireccional y nació el primer diodo.

Thomas Edison descubrió de forma independiente este efecto en 1880, tratando de averiguar por qué los filamentos de carbono en sus bombillas a menudo se quemaban en sus enlaces positivos. Al investigar el problema, creó una bombilla de vacío especial en la que tenía una pieza de metal conectada al extremo positivo del circuito y sostenida cerca del filamento. Descubrió que una corriente invisible fluye desde el filamento hasta el metal. Esta es la razón por la que la emisión termoiónica a veces se denomina efecto Edison.

Diodo termionia. De Svjo [CC BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons Pero fue necesario hasta 1904 para que apareciera el primer uso práctico del efecto. John Ambrose Fleming fue consultor de Edison Electric Light Company entre 1881 y 1891, pero ahora trabajaba para Marconi Wireless Telegraph Company. En 1901, la compañía mostró la primera transmisión de radio al otro lado del Atlántico, la letra "S" en forma de tres puntos en código Morse. Pero hubo tanta dificultad en decir la señal recibida que no sea el ruido de fondo que el resultado fue discutido (y aún existe). Esto hizo que Flanders se diera cuenta de que se necesitaba un detector más sensible que el usuario de coherencia. Y así, en 1904, probó una bombilla de efecto Edison. Funcionó bien, ajustando las oscilaciones de alta frecuencia y transmitiendo las señales a un galvanómetro. Solicitó una patente y surgió la válvula flamenca, el tubo de electrones de dos elementos o diodo termoiónico, que presagia décadas de desarrollo tecnológico en muchos tipos posteriores de tubos de electrones.

Los tubos de vacío comenzaron a ser reemplazados en las fuentes de alimentación en la década de 1940 por diodos de selenio y en la década de 1960 por diodos semiconductores, pero todavía se utilizan hoy en día en aplicaciones de alta potencia. También reapareció su uso de audiófilos y estudios de grabación. Pero ese es solo el comienzo de nuestra historia.

Diodos semiconductores / de estado sólido

Boca de gato. De Holger.Ellgaard [CC BY-SA 3.0]Casi al mismo tiempo que Frederick Guthrie descubrió la emisión termoiónica con su electroscopio, en 1874, Karl Ferdinand Braun investigó la conductividad de las sales metálicas en solución. Notó que algunas de las sales, como la galena (también conocida como sulfuro de plomo), conducen cuando no se disuelven. Más tarde descubrió que su resistencia varía con el tamaño y la polaridad del voltaje y que este efecto funciona mejor si el electrodo es un alambre puntiagudo. Y así inventó el rectificador de contacto puntual de galena (también conocido como sulfuro de plomo). Galena es un semiconductor, por lo que este era un diodo semiconductor.

Esto es lo que se conoció como la boquilla del gato y se usó en 1894 para experimentos con microondas. En 1906, GW Pickard patentó un detector de silicio, mientras que Henry Harrison Chase Dunwoody patentó el detector de carborundo. Y así comenzó el uso generalizado de pelo de gato en rayos de cristal, que se produjeron por millones.

Diodo de germanio. De Morcheeba [CC BY-SA 2.5], a través de Wikimedia Commons Pero en la década de 1920, los tubos de vacío reemplazaron en gran medida el uso de la boquilla del gato. Sin embargo, durante la Segunda Guerra Mundial, los detectores de semiconductores de contacto puntual, tanto de silicio como de germanio, se reactivaron para los detectores de radar de microondas porque los detectores de tubo de electrones no podían operar en esas frecuencias.

Después de la Segunda Guerra Mundial, los diodos alemanes, que no tenían puntos de contacto necesarios para ajustar, se fabricaron en grandes cantidades y demostraron ser tan sensibles como la galena. Debido a que no necesitaban el ajuste utilizado por la boquilla del gato, esto marcó el comienzo de la era de los rayos de cristal con diodos semiconductores modernos.

Rectificador de arco de mercurio

Rectificador de arco de mercurio

Un diodo que parecía aterrador y que parecía aterrador era el rectificador de arco de mercurio. Esto fue inventado en 1902 por Peter Cooper Hewitt y desarrollado en las décadas de 1920 y 1930. Estos se utilizaron hasta la década de 1970 para convertir alto voltaje y alta corriente en corriente continua. Consistían en un recipiente de vapor de mercurio proporcionado por una piscina de mercurio en el fondo. La piscina de mercurio también sirvió como cátodo. También había ánodos de carbono en el contenedor. Mercurio emitió electrones libremente mientras que el ánodo emitió muy pocos. Se produjo un arco en la piscina, que ionizó el vapor de mercurio entre el cátodo y el ánodo, creando la ruta de conducción. Las aplicaciones incluyeron carga de baterías, sistemas de iluminación de arco, carros, subterráneos y galvanizado.

Los rectificadores de arco de mercurio fueron reemplazados en la década de 1970 por tiristores. Pero debido a que los tiristores tienen contacto con la red además del ánodo y el cátodo, no los cubriremos aquí.

Diodos de óxido de cobre y selenio

Los diodos de selenio son otro ejemplo de descubrimiento temprano seguido de uso práctico tardío. El primer diodo de selenio fue construido en 1886 por CE Fitts, pero no se volvió práctico hasta la década de 1930. Finalmente encontró uso en radios, cargadores de baterías de alta corriente, televisores y fotocopiadoras. Estaban hechos de una placa de acero con una capa de selenio y luego una capa de cadmio-estaño entre la cual se formó una capa de cadmio-seleniuro. Este selenio y seleniuro de cadmio formaron una unión semiconductor-semiconductor. Se pueden apilar fácilmente de forma indefinida para soportar altos voltajes. Fueron reemplazados en la década de 1960 por rectificadores de silicio que tienen un voltaje más bajo. En 1961, IBM intentó desarrollar lógica informática utilizando diodos de selenio debido a su bajo costo, pero demostraron ser poco confiables y fueron reemplazados por diodos de silicio.

Los diodos de óxido de cobre se inventaron casi al mismo tiempo que los diodos de selenio y tenían usos similares. En su caso, la capa de óxido de cobre sobre el metal de cobre formó la capa semiconductora. Al igual que los diodos de selenio, se pueden apilar para soportar altos voltajes. Estos también fueron reemplazados por diodos de silicio.

Diodo Selena. De secuencia binaria [CC BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons Diodo de óxido de cobre

Diodo Schottky

Puede ser difícil averiguar quién inventó el diodo Schottky, ya que incluso el detector de boca de un gato es un diodo Schottky de contacto puntual. Un diodo Schottky está formado de metal en contacto con un semiconductor de tipo n moderadamente dopado y los pelos de la boca de gato coinciden con esa descripción. El diodo lleva el nombre del físico alemán Walter H. Schottky, quien inventó la física que se ocupa de la unión de semiconductores metálicos.

Nanodiodos de ADN

Nanodo de ADN (Crédito de la imagen: Universidad de Georgia / Universidad Ben-Gurion)

¿Y por qué no terminar esta historia de diodos con una nueva y divertida historia? Publicado el 4 de abril de 2016 en la revista Nature Chemistry, investigadores de la Universidad de Georgia y la Universidad Ben-Gurion informaron que hicieron un diodo a partir del ADN. Lo hicieron insertando dos pequeñas moléculas de coral en ubicaciones específicas en un dúplex de ADN de 11 pares de bases hecho a medida. Cuando se aplicó 1,1 V a través de la estructura, una corriente quince veces mayor fluyó en una dirección contra la otra, dependiendo de la polaridad. Esto puede tener un efecto en el desarrollo de dispositivos electrónicos moleculares, pero como hemos visto anteriormente, a veces hay un retraso antes de la aplicación práctica. Pero como también sabemos, la espera vale la pena.

Conclusión

¿De dónde viene la palabra diodo? William Henry Eccles, un físico inglés, lo inventó en 1919 combinando las raíces griegas di, que significa "dos", y oda, que significa "camino", aunque algunas fuentes dicen que la oda se tomó prestada de un "electrodo" que se creó. por Michael Faraday.

Hay muchos otros tipos de diodos que cubrir, pero el espacio y la dificultad de encontrar el historial de los requisitos nos detenemos aquí. Sin embargo, si conoce algún paso interesante en la historia del diodo, nos encantaría conocerlo en los comentarios a continuación.

• DV82XL dice:

  Diodos de avalancha; La luz emite diodos; Fotodiodos; Diodos PIN; Diodos Schottky; Diodo Zener; Diodos de túnel: no ha comenzado a rayar la superficie de este elemento, aunque comenzó bien.

  • PreferLinux dice:

    Bueno, el título es "Historia del diodo", así que no los esperaría exactamente (aunque el diodo de ADN cambia eso). Se menciona el diodo Schottky, y los demás son en su mayoría meras variantes (altamente especializadas) de diodos semiconductores.

    Con suerte, este artículo es el primero de una serie sobre diodos.

    • DV82XL dice:

      Mis comentarios no estaban dirigidos a la crítica.

      • Steven Dufresne dice:

        Consideré los LED, los fotodiodos y también los fotovoltaicos, pero la lista se hizo demasiado larga y el hecho de que no se usaran estrictamente como diodos lo decidió. No pude encontrar fechas para Zeners, por lo que tampoco pasaron el corte. No había oído hablar antes de los diodos PIN. Interesante. Gracias por la lista.

• Michael Black dice:

  Es un libro que trata sobre el desarrollo del radar durante la Segunda Guerra Mundial y cómo afectó al mundo después.

  Necesitaban frecuencias cada vez más altas para obtener una definición adecuada, y aunque los tubos de transmisión se hicieron para ese propósito, obtener tubos no es adecuado para ello. Así que volvieron a los bigotes de gato y los usaron como mezcladores en los receptores. Pero en realidad se dirigieron a diodos semiconductores, punto de contacto pero nada para que el usuario ajuste. Esto parece tener el ímpetu del diodo alemán después de la guerra. Y eso, a su vez, puede tener un buen catalizador para trabajar en el transistor.

  El concepto de un mezclador de diodos, sin amplificación antes, permaneció largo. Los sintonizadores UHF TU estaban, por lo tanto, quizás ya en la década de 1970. En los círculos de radioaficionados, los convertidores de 432 MHz y, en general, carecían de una etapa de RF y pasaban directamente al mezclador de diodos. Hasta finales de los años cincuenta no hubo refuerzo, apareció el amplificador paramétrico diez. Pero hubo transistores que finalmente pusieron rf boost en tales convertidores, lentamente desde los años setenta.

  Miguel

• Daniel Parkolay dice:

  ¡Ho!
  "John Ambrose Fleming fue consultor de Edison Electric Light Company entre 1881 y 1991, pero ahora trabajaba para Marconi Wireless Telegraph Company".
  110 años parecen largos incluso para una empresa.

  • notarealemail dice:

    Algunos afirman que Edison estaba presumiblemente tratando de "contactar espíritus "cuando se creó el fonógrafo, aunque más tarde afirmó que estaba haciendo una broma ...

  • Steven Dufresne dice:

    ¡Inmortales entre nosotros! Gracias. Reparado.

• Brian Durham dice:

  Dufresnes, fiesta de dos ...

  • notarealemail dice:

    ¿Y los Dufresne?

    • Kelling Tegulot dice:

      Smith, ¡un grupo de búsqueda de dos! El Dufresne no informó.

• foo dice:

  Por favor, contrate un editor de textos.

  • Greenaum dice:

    Entonces, ¿qué haríamos los comentaristas?

• jawnhenry dice:

  Diodos semiconductores de silicio (Si) versus germanio (Ge) -
  el germanio sigue siendo el mejor receptor de cristal, debido a la caída de tensión directa extremadamente baja; 0.3v en lugar de 0.6v-0.7v.
  Los diodos alemanes populares ERAN el 1N34 (A) y el 1N92. Digo "era" porque todavía se pueden comprar diodos "gemanio", con los números de pieza antiguos, de cualquier número de trucos, algunos con buenos nombres. Los muertos delatan: caída de tensión anterior superior a 0,3 voltios.
  Ten cuidado ahí.

  • jawnhenry dice:

    No he intentado hacer un rayo de cristal usando un diodo Schottky que tiene una caída de voltaje directa mucho más baja que un diodo de silicio normal a corrientes más altas, por lo que no puedo comentar sobre este aspecto del diseño del receptor. Quizás otro lector pueda, sin adivinar.
    (Un comentario original debería haber dicho: "... Alemania sigue siendo la mejor opción para ...". Pero lo sabías)

  • notarealemail dice:

    ¡Gracias por el consejo sobre posibles diodos falsos!
    Siempre sospecho de un vendedor con solo buenas críticas; por lo general, parecen estar escritos por la misma persona.

    • jawnhenry dice:

      También sospeche de un vendedor de "diodos germánicos" que no dirá cuál es la caída de voltaje anterior a 10-100 ma (no estamos hablando de diodos de alta corriente aquí).
      Siendo un buen hacker, simplemente busque las especificaciones de 1N34A o 1N92 en DuckDuckGo (me cansé de usar la palabra "G") para obtener un punto de referencia.

      • Dmitry dice:

        No estás solo en esto, amigo mío.
        Suficiente es suficiente. Considere las consecuencias de la cancelación
        autonomía del usuario.

  • Michael Black dice:

    Creo que "1N34" ha sido durante mucho tiempo un código para "comprar en Alemania". Cada vez que veía el número, sabía lo que significaba. Pero hace diez o quince años vi una imagen de un 1N34 real, es una computadora distintiva.

    Aproximadamente al mismo tiempo, revisé un conjunto de placas antiguas en busca de diodos alemanes y encontré bastantes que quedaron después de que el silicio se hizo cargo en general. Si observa los diodos de germanio, skottky y silicio con DMM sintonizado a la configuración del diodo, y cada tipo tiene un voltaje distinto.

    Miguel

  • Benji Wiebe dice:

    Compré 100 1n34 por un par de dólares en AliExpress ... y cuando los obtuve, tenían el paquete distintivo de diodos Ge, y también tenían una caída de voltaje anterior de 0.3 V.Así que los diodos Ge reales todavía están allí, y todavía muy, muy barato. 🙂

• Nyanman dice:

  Ahh, rectificadores de selenio. No es exactamente genial para cualquier otro uso de diodos, ideal para convertir CA en CC, y si no fuera por las alegrías de alguien que sube y lo difícil que lo encuentra, usaría el mío para algún proyecto de estilo antiguo. Sácalos de la caja al menos. Eso y el hecho de que están envejeciendo es un poco molesto si se envejece y se desgasta, tal vez use tubos también.

  • AMA dice:

    Me han dicho que apestan absolutamente cuando se queman.

    • PuceBabuino dice:

      No es tan malo como un "triplicador" de televisión.

    • Nyanman dice:

      Algunos dicen que quema ajo.
      El selenio es una mofeta más mortal, carne podrida y fuego de llantas en uno con un lado de cáncer. Es más que horrible cuando subes.
      Dicho esto, hay algunos aparatos electrónicos antiguos geniales que los usan, pero como han dicho otros, un diodo moderno y sintonizar el circuito para calcular la caída más baja será más confiable, más fresco, más eficiente, más compacto ...

  • Michael Black dice:

    Podrías juntar algunos cuadrados si es de metal y pintar del color correcto (¿estaban codificados por colores? Tengo algunos y son de diferentes colores), luego perforar una casa por el medio para poner un diodo de silicio.

    He tenido algunos RCA Carfones durante décadas, finalmente decidí el año pasado que nunca los usaría. Así que los desnudó. Y los rectificadores de selenio aguardan la próxima colección de desechos tóxicos.

    Miguel

    • DainBramage dice:

      Solo ocúpate de eso. Puede sobrecalentar su dispositivo si no calcula la caída de voltaje del rectificador original, que puede ser bastante significativa.

• Elliott dice:

  Muchos comentarios negativos sobre esto, lamentablemente, ¡pero me encantan estos artículos y están bien escritos!

  • Dan dice:

    No los moleste, solo son prejuicios revertidos.

    • DainBramage dice:

      Quizás demasiada reacción negativa ...

    • PuceBabuino dice:

      +1 🙂

    • Dmitry dice:

      kek

• jawnhenry dice:

  Nunca sabes lo que encontrarás ...
  Decidí seguir mi propio consejo y buscar "diodos alemanes 1N34A" y mostré este tesoro absoluto de información generada por una persona que probó TODOS los tipos de diodos, buscando construir un excelente dispositivo de radio de cristal. Mirar; este es uno de esos hallazgos REALMENTE raros:

  http://www.lessmiths.com/~kjsmith/crystal/dtest.shtml

  • Fred dice:

    ¡Definitivamente esta es una página muy interesante!
    Sé que el tipo no tiene tiempo ilimitado y está interesado en crystal ray (según lo que colecciono, no me molesté con el resto de su sitio), pero me gustaría ver más curvas para algunos de los Diodos de silicio de mayor calificación: he oído que los dispositivos de mayor calificación tienen un Vf más alto ... pero nunca he visto comparaciones.
    También me gustaría ver más curvas en los LED, especialmente rojo, verde y ámbar de alto brillo, pero también azul, IR y UV ...

    • jawnhenry dice:

      Pero de hecho está interesado en todo tipo de diodos, como lo demuestra su inclusión de datos sobre LED de "variedad de jardín":
      “... Cualquiera que esté acostumbrado a trabajar con cristales de carbono o diodos de silicio estará acostumbrado a influir en su rectificador para conseguir una buena sensibilidad. Estos LED a veces se iluminan con mucha intensidad y con la polarización adecuada deberían funcionar bastante bien como diodos detectores. Como beneficio adicional, también obtendrás un brillo dulce ... "
      La mejor manera de obtener datos (curvas) sobre diodos de alta corriente es tener la suerte de encontrar la hoja de datos antigua de un fabricante y descargarla. Motorola era conocida por publicar hojas de datos informativas sobre componentes. (Para su información, los diodos de alta corriente generalmente alcanzaron un máximo de alrededor de 2 voltios)

  • notarealemail dice:

    Este sitio se acaba de agregar a favoritos. 🙂

• Ingeniero de Backwoods dice:

  No olvide a JC Bose, quien usó semiconductores para detectar energía de microondas hasta 60 GHz, ¡en 1885!

  https://la-tecnologia.com/2016/01/19/jc-bose-and-the-invention-of-radio/

  https://www.cv.nrao.edu/~demerson/bose/bose.html

  • jawnhenry dice:

    a) ¿Qué instrumento se utilizó para verificar que la RF entrante era en realidad de 60 GHz y no, por ejemplo, de 44,7 GHz, en 1885?
    b) ¿Qué instrumento indicó que en realidad estaba detectando 60 GHz, a diferencia de, digamos, 440 Hz en 1885?

    Sólo preguntaba.

    • DV82XL dice:

      La frecuencia se calculó en función de la geometría del dispositivo.

      • jawnhenry dice:

        Interesante; Gracias.

• komradebob dice:

  Los mezcladores de diodos todavía se utilizan en transformadores de microondas en el rango de 24 GHz y superior.

  Realmente interesante es el uso de diodos como multiplicadores para alcanzar RF hasta unos pocos cientos de GHz. Las cosas se ponen interesantes cuando la longitud de onda comienza a acercarse al tamaño del diodo. Virginia Diodes es uno de los mejores jugadores allí.

  Consulte también: Diodo de recuperación escalonada.

• Miroslav dice:

  He visto diagramas donde la caída de voltaje directo se acercó a 0 V mediante el uso de suministro de voltaje y potenciómetro. Me pregunto si tal arreglo es mejor que Ge solo para detectar pequeñas señales.

  • jawnhenry dice:

    Así es. Esto lo quiso decir el señor antes mencionado cuando escribió: "... Cualquiera que esté acostumbrado a trabajar con cristales de carborundo o diodos de silicio, será utilizado para influir en su rectificador para conseguir una buena sensibilidad".
    Tender un diodo para negar el efecto de la “rodilla” encendida inicial (aprox. 300 mv - Ge - y 600 mv - Si) mejorará la sensibilidad del esquema de detección.
    Por supuesto, una fuente polarizada es una adición a un circuito simple. La única pregunta se convierte en justificación.

• Pete Willard dice:

  Esto me recuerda que tengo una caja de diodos de los años sesenta y principios de los setenta. Déjame mirarlos y quizás probar algunos.

• luca dice:

  bueno, no es bueno para mi, entonces ... no lo necesito XD