01.08 电子史 · 让电流单向通行的小元件

电子史 · 让电流单向通行的小元件

二极管——在今天,我们提起二极管的时候,都能够立刻想到它的最突出的特点:只允许电流从一个方向通过,这个作用我们也称其为“整流”作用。当年的人们是怎样发明出这样一种特别又奇妙的元器件的呢?

电子史 · 让电流单向通行的小元件

和其他的电子元器件一样,二极管也经历了电子管和晶体管的两个时代、两种实现方式。虽然两种结构的二极管所起到的作用是相同的,但结构上来说,两者属于完全不同的两个领域。在1873年,电子管结构的二极管雏形产生了。英国物理学家弗雷德里克·格思里在将一只验电器充电后,将烧得红热的金属块接近充有正电的验电器,意外地发现了验电器的金属片受到红热金属的影响而并拢。而当接近充有正电的验电器时,验电器没有任何反应。由此,人们判断出烧红的金属将会向外界放出电子,中和验电器上的正电荷。这一效应最终被称作热电子发射效应。

电子史 · 让电流单向通行的小元件

1880年,发明灯泡的那个爱迪生稍微改进了一下自己的灯泡设计,使用金属作为灯泡的正极,另一根灯丝作为灯泡的负极。当为灯泡通电时,有一看不见的电流从灯丝流向金属(也即电子从金属飞向灯丝)。这个特殊的灯泡便成为了电子二极管的雏形,而正因为此,热电子发射效应有时也被称作爱迪生效应。这种电子管直到1904年才正式开始应用于无线电接收机电路,为同样处于雏形阶段的无线电接收机作为检波器来使用。虽然后来这种电路中的二极管被效果更好的晶体管二极管所替换,这样的电子管二极管仍然被大功率无线电发射设备、电子管音频设备等所使用。

电子史 · 让电流单向通行的小元件

你可能想不到的是,晶体管二极管的原理效应发现的时间基本上与热电子发射效应发现的时间基本相同。仅比热电子发射效应晚了一年,在1874年,卡尔·费迪南·布劳恩在研究金属盐溶液的电导率时,发现方铅矿的固体上的不同位置在施加不同的电压大小和极性方向时有着不同的电阻值,特别是在方铅矿固体被削尖,接触面成为一个点的时候。据此效应,在1894年这种结构的“猫须”点接触二极管被正式使用在了微波实验中去——矿石收音机的“矿石”也是采用同样的原理。

电子史 · 让电流单向通行的小元件

在二战前,由于电子管二极管更加简单的结构特点,在当时的电路设计中多使用电子二极管以完成检波的作用。然而其结构特点决定了它的工作频率不能太高。在二战中,微波电路在雷达和通讯领域的蓬勃发展也反过来促进了晶体二极管的进一步发展。晶体二极管正是在这一时期得到迅猛发展的。

电子史 · 让电流单向通行的小元件

除了这两种二极管以外,能够实现这一功能的二极管结构还有很多,水银整流器、肖特基二极管、雪崩二极管、乃至最新研究前沿领域的DNA纳米二极管。这些二极管都起着类似的作用,在电路领域发挥了重要的影响。


分享到:


相關文章: