Jugando con electrones

[anilandro]

Hola a todos. Por motivos personales llevo mucho tiempo sin participar en el foro, pero ahora me gustaría mostraros mis últimos proyectos, que para evitar disparidades (y si los administradores no tienen inconveniente) englobaré en este único tema...

Comenzaré por el asunto en que estoy ahora, que es una serie de experiencias con semiconductores básicos como germanio, silicio, y otros cristales que comenzaron a usarse en los principios de la radio, como la galena, el carburo de silicio, la pirita, etc... y para ello me he hecho con un pequeño surtido de materiales que muestro a continuación:




Como veis en la descripción se trata de germanio y de silicio de grado metalúrgico y semiconductor, y teniendo en cuenta que las experiencias absorben solamente un par de milímetros cuadrados cada vez, hay material para cientos de pruebas...

...El bloque de silicio de casi medio kilo me lo regaló un compañero de otro foro y procede de una fábrica de placas solares. En este caso ignoro sus características, pero lo más probable es que sea de un grado metalúrgico o superior, es de tipo policristalino, aunque es seguro que no debe alcanzar el grado de semiconductor del que se cortan finalmente las obleas. En el silicio lo más interesante son las obleas en sí, tanto la que es de una pieza como los trozos, ya que son directamente utilizables para experiencias de difusión.

...El germanio es también muy interesante, los fragmentos son policristalinos pero los trozos de oblea son monocristalinos y pueden ser dopados con relativa facilidad.

De elementos dopantes tengo por ahora unos 5 gramos de Indio, que crea impurezas de tipo P (formación de huecos), y de Fósforo y Antimonio, ambos de tipo N (aportación de electrones). También estoy esperando unos 20 gramos de Galio, que como el Indio y el Aluminio, es de tipo P.

La difusión de dopantes se ha de efectuar en un horno eléctrico, a temperaturas que rondan los 500 Cº para el germanio y más de 800 para el silicio, y en atmósfera de gas inerte. Entonces, para medir la temperatura es necesario utilizar termopares, para esto construiré termopares extremadamente delgados de tipo "K", utilizando hilos de cromo y alumel, de tan sólo 0,1 mm de diámetro. Y para proteger los hilos utilizaré además funda de fibra de vidrio.

En realidad ya he hecho algunas cosas con estos materiales, en próximos mensajes lo iré mostrando...

Un saludo a todos

 

[anilandro]

Intentando experimentar un poco con rectificadores de punta de contacto, que me han intrigado desde que trabaje en el tema de los orígenes de la radio, he observado algunas cosas interesantes...

En primer lugar he construido un sencillo soporte de madera y metacrilado donde poder montar los elementos con un mínimo de solidez...




...En la parte central puedo fijar diversas láminas metálicas en donde he pegado cristales de prueba mediante cianocrilato, pero con el contacto con la base asegurado por una gotita de pintura conductora de plata. Y en los dos contactos laterales puedo sujetar diversos elementos, como "catwhiskers" (bigotes de gato) y demás...
En el soporte también he puesto un conmutador que permite de forma rápida invertir la polaridad que va a los elementos, sin tener que preocuparme por conectar y desconectar cosas, o el problema de tener que invertir los tésters de aguja para que sigan marcando.

En unas pruebas muy básicas que he realizado con cristales de silicio y de germanio y puntas de contacto me he encontrado con cosas interesantes:

1) El efecto rectificador aparece en distintos grados casi en el 100% de los casos

2) El metal del "bigote" de gato no parece tener mucha influencia en el efecto, he probado acero, acero cromado, acero inoxidable, níquel, cobre, bronce fosforoso y wolframio, sin notar diferencias más allá de las debidas a la variabilidad del punto de contacto.

3) Si una vez fijado el cristal en su base metálica lo aplanamos con un disco de diamante, las superficie mate presenta en general una resistencia más baja que en las superficies originales brillantes del cristal, pero también un menor "cociente rectificador", que ronda entre 5:1 y 8:1 ...En cambio, con las superficies brillantes he llegado a medir 50:1, 70:1 e incluso mayor, aunque las intensidades directas son más inestables que en el caso anterior.

4 La estabilidad térmica en corriente directa es considerablemente mayor en el silicio que en el germanio, en el cual la intensidad ha comenzado por 100 mA pero al poco se ha disparado de tal manera que en algunas pruebas ha alcanzado los 500 mA, obligándome a limitar la corriente en la fuente a 150 mA para no acabar destruyendo el rectificador.

5) En la siguiente imagen, con un cristal de germanio, las lecturas inversa (0,8 mA) y directa (120 mA) arrojan una relación de 150:1




...En este caso, la prueba la he efectuado con una polarización de 10 Volts, con lo cual resistencia directa de la unión para esta intensidad, es de 83 Ohms, mientras que la inversa es de 12,5 K, aunque en algunos puntos de contacto esta última ha sido hasta 7 u 8 veces mayor, rondando los 100 K, con intensidades inversas de tan sólo 100 uA...

...Seguiré con el tema...

Un saludo a todos

 

[anilandro]

¿Recordáis los viejos diodos OA85 y similares? ...pues éste lo llamo OAhg! ... y tiene algo que ver, aunque no es un diodo de difusión si no simplemente de punta de contacto, un trocito de germanio con una punta metálica que presiona sobre el mismo, como los antiguos rectificadores de galena utilizados en los principios de la radio, aunque intentaré que sea bastante más estable...

Partimos de un cristal de germanio sin dopar del tipo 5N, es decir, de una pureza del 99,999%, y de unos 4x5 milímetros, del conjunto variado de 5 gr. que compré a Rusia por unos 8 € a través de Ebay...

Seguidamente, con un disco de diamante rectifico su cara inferior, dándole la inclinación adecuada para que la superior (que no vamos a tocar) quede lo más plana posible. Una vez conseguido, con el disco voy cortando el cristal en forma circular, de algo menos de 3 mm. de diámetro. Luego con una pequeña chapita y un hilo de pata de componente, fabrico el soporte del cristal, que tendrá la forma de una pequeña seta, también de algo menos de 3 mm. Lo siguiente será "pegar" el cristal de germanio al soporte por su cara mate, utilizando una pequeña gota de pintura de plata, y también refuerzo todo el borde con cianocrilato, quedando el cátodo del diodo como muestra la siguiente imagen...

El rectificar la cara inferior tiene como consecuencia disminuir la resistencia con la base, que entonces será sensiblemente de tipo óhmico, lo cual es bueno, pero no rectifico la superior porque en las experiencias con el dispositivo de montaje del post anterior, he observado que entonces se me dispara la corriente inversa, que en cambio se mantiene muy pequeña con la superficie original brillante del cristal.

El cátodo lo introduzco en el interior de un corto tubito de cristal pirex, y seguidamente lo fijo con epoxi...

...El cristal de germanio puede verse en posición plana en el interior...

...Ahora toca fabricar el ánodo, mediante un soporte igual que el anterior, pero al que en esta ocasión le sueldo un pequeño muelle que he hecho con hilo de bronce fosforoso de 1,8 décimas procedente de una cuerda de guitarra. El diámetro de la hélice es de algo menos de 3 mm, con lo cual quedará bastante centrado en el interior del tubo de cristal y evitará que la punta pueda desplazarse por la superficie brillante del germanio...

El montaje será tal como se ve en la siguiente imagen. El problema será fijarlo obteniendo a la vez buenas características eléctricas, ya que éstas dependerán dentro de grandes márgenes de acertar el mejor punto de contacto de la punta con el cristal de germanio...

...En este momento me la juego un poco. Monto el "diodo" en el soporte de prueba, donde tengo un conmutador para cambiar rápidamente la polaridad, a la vez que un con un par de tésters en serie, un analógico por lectura rápida y estable, y otro digital para lectura precisa, y una fuente variable con limitador de intensidad, puedo ir comprobando las corrientes directa e inversa mientras tanteo con la punta del muelle de contacto.

...Pruebo varias posiciones, procurando obtener la mínima corriente inversa, que con una polarización de 10 Volts, me está arrojando valores ligeramente inferiores a 1 mA, mientras que la directa sube a los 30 o 40 mA... Esto no parece mucho, sin duda rectifica, pero una relación 40:1 no es nada del otro mundo ...pero todo se andará, ya que en las pruebas anteriores he podido comprobar un curioso efecto que luego explicaré...

...Bien, preparo un poco de epoxi y sello el ánodo con el tubo de cristal. El epoxi es del tipo rápido, y con las temperaturas del verano dispongo algo más de minuto y medio antes de que endurezca. Sigo probando puntos de contacto, intentando mantenerlo en el mejor punto, que me está dando una corriente inversa de unos 500 uA... Un poco de cianocrilato y espray acelerador también ayudará a sellar y fijar la parte superior, con lo cual el "diodo" deja de ser sensible a los movimientos del terminal.

...Ya tenemos el OAhg!, pues ahora vamos a "rodarlo", a igual que haríamos con un motor nuevo para sacarle luego más rendimiento... el truco es ir dándole corrientes directas relativamente altas (150-200 mA) pero por pocos segundos, y seguidamente dejar enfriar y observar la inversa, porque de eso me di cuenta precisamente, algo ocurre entre la punta metálica y el germanio, ya que en cada ciclo observo como la corriente inversa va disminuyendo de forma evidente. De 500 uA paso a menos de 100, luego baja a 50, luego a 30, y ahora estoy en unos sorprendentes 11 uA, mientras que la directa se dispara de igual forma, pasando de los 40 mA iniciales a más de 300, los cuales, naturalmente, no puedo mantener porque el dispositivo se calienta rápidamente y acabaría quemado como la ceniza de un puro...

No me atrevo a elucubrar demasiado, pero sin duda algo cambia entre los dos elementos, podría ser incluso una difusión o dopado metálico en la zona superficial del germanio rodeando el punto de contacto, ya que sin duda la temperatura del diminuto punto debe alcanzar cientos de grados en los picos de intensidad... De hecho se puede observar como algo se ha vaporizado en las cercanías, dejando un pequeño círculo traslúcido en el cristal, podría ser germanio, aunque lo más probable es que sean restos del epoxi de fijación.

Bien, hasta aquí la improvisada experiencia. En el siguiente mensaje mostraré la curva tensión-intensidad que muestra este dispositivo y en otro comprobaré que sensibilidad tiene frente a la rectificación de radiofrecuencia...


Un saludo a todos

 

[Fogonazo]

 

[DOSMETROS]

Hermosa forma de "jugar" !!!!!!!!!!!!!

 

[anilandro]

Sí, es un juego... ...pero también se aprende la tira ...Siempre he dicho que cualquiera que no conozca las bases de la electrónica clásica (más de un flamante ingeniero incluido) les falta base para comprender en profundidad la actual... De hecho trabajé hace años con uno de grado superior que no sabía ni leer un esquema...

Siguiendo con el tema de los semiconductores, añado las curvas que he obtenido de mi diodo de puntas OAgh! ...

Los resultados vistos con un improvisado trazador de curvas son los esperados de un diodo de tipo Schottky, de unión semiconductor-metal, porque recordemos que no es un diodo de unión P-N. La amplitud horizontal es de 20 Volts/div. y la vertical (limitada por una resistencia de carga de 4.7 K) es de 4,2 mA/div.

...Aquí una ampliación de la zona del codo del mismo diodo, a una escala horizontal de 1 Volts/div y la vertical de 0,213 mA/div. En que se muestra el pequeño umbral, inferior al habitual de 0,2V del germanio, y la pendiente de conducción directa muestra una ligera histéresis que suele ser causada por la recombinación de portadores en las cercanías del punto de unión....

Pero como además nos interesan las cifras, ahora sin resistencia de carga (sólo con la relativamente baja del miliamperímetro), con una fuente variable he tomado sesenta o setenta medidas que he entrado en una hoja de Excel, representando el diagrama de tensión-corriente directa hasta una intensidad de 80 mA:

La segunda curva es la misma de antes pero con el eje Y expresado en formato logarítmico, donde pueden apreciarse mejor los valores pequeños, del rango del orden de decenas de microampers. Aquí puede verse lo que decía antes, que a diferencia de un diodo clásico no parece haber un umbral claro, si no que el diodo comienza a conducir prácticamente con pocos milivolts, aunque presente en este punto una resistencia considerable...

La tercera curva es la de tensión-corriente inversa, que he testado hasta los -51 Volts, sin que haya aparecido ningún efecto de ruptura, aunque he de decir que en pruebas anteriores, cuando llegué a darle intensidades directas de 300-400 mA, el calentamiento sí provocaba una avalancha y una brusca conducción inversa (de igual valor que la directa) a tensiones tan bajas como 10 Volts, fenómeno que cesaba al cortar la corriente y dejar enfriar el componente.

La curva de corriente inversa está en una escala distinta, ya que si bien el eje -X sigue en Volts, el -Y está en microampers. Aquí observamos corrientes inversas de unos 12 uA para -10 Volts, con una pendiente que se mantiene aproximadamente hasta los 30 Volts, donde aumenta con una moderada progresión, alcanzando valores de 50 uA para -50 Volts...

La siguiente curva es un complemento de la primera, se trata de la resistencia que presenta el componente en función de la tensión, comenzando por valores muy altos, de unos 30 KOhms para valores de algunas decenas de milivolts, lo que explica que pese a no tener apenas umbral, las corriente son débiles hasta llegar a 1 volt...

...Y para ver esto último con más detalle, la última curva es igual que la anterior pero con el eje Y en formato logarítmico...

Un saludo a todos

 

[DOSMETROS]

¿ Quedará muy feo si digo que me da envidia ?

Aplausos !

 

[Venelectron]

...me hizo recordar mis tiempos de experimentacion con transistores, tres o cuatro de la madrugada sin querer dormir para ver que pasa...

 

[anilandro]

...En realidad las cosas que hago las puede hacer cualquiera, sólo se trata de dedicarle interés y tiempo, incluido el necesario para documentarse. Siempre he intentando hacer las cosas paso a paso, porque dando saltos es difícil llegar a nada. Además, tengo claro que para saber antes hay que hacer el esfuerzo de aprender, y eso, a mis 64, lo tengo mucho más claro que en aquellos lejanos 16, cuando empecé con la electrónica destripando radios de válvulas e intentando hacer el condensador variable de una galena con las piezas de un mecano... ...

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Prosiguiendo con el tema, he efectuado una prueba de respuesta ante la radiofrecuencia de mi diodo de germanio OAhg!. Las formas de curvas de un diodo clásico se pueden encontrar sin problemas en el Google, como las que pongo a continuación, teniendo siempre en cuenta que las escalas son distintas especialmente en el eje vertical, ya que las positivas son el mA y las negativas en uA. En esta gráfica que compara la respuesta típica de diodos de silicio y de germanio, no hay valores, pero creo que ya se pueden establecer algunas comparaciones de forma con el mío. Para una evaluación más fiable de las diferencias, deberé efectuar medidas adicionales comparativas con un diodo de germanio real.

Sobre la nueva prueba realizada, la detección de señales de radio, diré que para ello he utilizado un viejo generador Promax que va de 150 Khz. a 40 Mhz. La señal se modula internamente al 60% con 1 Khz. y he procurado efectuar todas las medidas con una excitación de RF de 100 mV de pico, lo cual ha sido complicado por la falta de linealidad del generador, la ausencia de medidor de salida y que el osciloscopio que tengo es un Hameg-203 de tan solo 20 Mhz de paso de banda, con lo cual las lecturas verticales comenzarán a menguar casi un 30% al acercarnos a este punto, aunque, en cambio, los valores de baja frecuencia rectificada me los dará sin problemas en toda la gama del generador.




Estos valores han de referirse siempre a un cierto valor de carga, que en este caso es la propia entrada del osciloscopio, de 10 Mohms con 10 pF en paralelo.

En resumen, que como no me fío demasiado de tan vetusta instrumentación, las pruebas han sido tanto absolutas como comparativas entre un diodo de germanio tradicional del tipo OA89 y mi OAhg!. Los resultados son los siguientes:

...En primer lugar se puede observar el notable paralelismo entre la salida del OA89 y el OAhg!, siendo de media los valores de este último sobre el 50% del diodo comercial, lo cual no está nada mal. Otra cosa que veo es que tal diferencia va menguando en los valores altos, a partir de los 30 Mhz, en que el OA89 va disminuyendo su pendiente mientras que el OAhg! la aumenta, probablemente por la menor capacidad parásita del su unión y por el hecho que en una unión germanio-metal no intervienen huecos, sólo electrones, con lo cual, a igual que sucede en el Schottky, se evitaría la recombinación que disminuye el rendimiento al aumentar la frecuencia. Con esta tendencia me gustaría pensar que este improvisado diodo casero pueda tener un buen comportamiento a altas o muy altas frecuencias, pero naturalmente es sólo una suposición.

Para calibrar los valores de excitación de RF he utilizado el Hameg hasta los 15 Mhz, más o menos, pero a partir de este punto, a causa de la inevitable atenuación de la ganancia de sus amplificadores, a 20 Mhz me arrojaba la incongruencia de darme un valor de señal de audio de mayor amplitud que la propia portadora, lo cual es sencillamente absurdo. Por este motivo, para mantener en lo posible los 100 mV de entrada he utilizado un rectificador adicional y he medido el valor de continua resultante con un téster digital, estableciendo comparaciones para alargar el ajuste hasta los 40 Mhz.



Es que en realidad, el OAhg! tampoco es un diodo actual Schottky, aunque sea al que más se parece, porque en estos el metal está difundido de forma controlada en el substrato semiconductor. El fenómeno de "punta de contacto" es mucho más complejo y además, pese a su antigüedad, poco estudiado, tal como pasaba con el cohesor de Branly, sobre el que ha habido multitud de teorías en los últimos 100 años. La "punta de contacto" no actúa igual que una unión difusa, pese a que sin duda es inevitable que algunos átomos del metal se difundan en el semiconductor, pero estaríamos hablando de nanómetros, cuando las difusiones normales de estos diodos y transistores eran de micrómetros o decenas de micrómetros...

...Naturalmente, a estas escalas los fenómenos pueden ser muy complejos, ya que intervienen no sólo portadores, si no concentraciones de cargas debido a las puntas, barreras de potencial no uniformes, resistencias espúreas, fenómenos cuánticos, elevación que puede ser muy considerable de la temperatura en el punto de contacto, contaminaciones varias, oxidaciones e incluso nitraciones debido a la atmósfera, etc...

Es un tema, el de la detección por punta de contacto, que me gustaría estudiar, tal como hice hace años con el cohesor, pero me faltan algunos materiales, como al menos un pequeño fragmento de galena que sea adecuada, y digo adecuada porque tengo una galena preciosa en una caja de minerales pero que por alguna razón desconocida no hay manera de conseguir que rectifique... también probaría con otros detectores históricos, como el carborundum, el óxido de cobre, la pirita, la zincita y el óxido de selenio.

En fin, tal vez más ojos vean más detalles o interpretaciones que se me pasan por alto... espero vuestros comentarios.

Un saludo a todos

 

[anilandro]

Mientras estoy esperando material, voy jugando con los "bigotes de gato", hace un par de semanas probé de crear un transistor de puntas utilizando los cristales de germanio 5N (99,999%) con dopado tipo N pero no hubo manera de conseguir la más mínima ganancia, la corriente de emisor era siempre la de fugas de colector más la de base, ni un sólo miliamperio adicional... Hoy, después de leer algunas recomendaciones en un blog de aficionados americanos a este tema, he probado una opción distinta, la de utilizar la plaquita de germanio que ya contiene la unión P-N de un diodo de germanio normal...

...Que una vez roto el cristal, el contacto central con la plaquita de germanio queda de esta forma...

Esta pieza la he montado en la parte central de mi pequeña base de pruebas, que constituirá la "base" del transistor, luego he añadido los "bigotes de gato" de bronce fosforoso, que serán el "colector" y el "emisor", asegurándome que ambos contactos actúan como diodos... Esta disposición es en esencia la del primer transistor de John Bardeen y Walter Brattain en 1947, sustituyendo las dos delgadas láminas de oro por contactos a poca distancia uno del otro, con la unión PN que corresponde al diodo detector que he utilizado...

De todas formas, quienes han probado este sistema de "fabricar" un transistor advierten que es muy improbable que funcione, de hecho, de los primitivos transistores que se construían industrialmente con esta tecnología, sólo el 2% pasaban el control de calidad...

...Y en mi caso no hay sorpresas, lo ajusto todo lo mejor que sé, polarizo la base y nada de nada... no hay la más mínima amplificación de corriente... pienso que pueda deberse a contactos poco consistentes a causa de la delgadez de los "bigotes", así que modifico el sistema de contactos para aumentar la presión, con brazos más consistentes y muelles al final...

...Pero este sistema tiene un problema, que el cristal de germanio es muy pequeño, plano y está totalmente pulido, con lo cual las puntas resbalan con facilidad, es casi imposible que no se salgan por los bordes y menos aún conseguir que se queden una cerca de la otra pero sin tocarse. Decido cambiar los muelles por terminales muy cortos y rectos, en este caso de acero de 0,3 mm... además he incorporado un separador de mica de 50 micras, con lo cual las dos puntas pueden quedarse situadas a esta distancia sin peligro que se cortocircuiten...

...Y "voilá", los esfuerzos han dado resultado. No es para echar cohetes al aire porque la beta es insignificante, ya que con una corriente inicial de fugas Ico de 1,00 mA y una polarización de base de 5,53 mA, sin amplificación la intensidad de emisor debería ser de 6,53, y en cambio sube a a 9,44 mA, es decir, casi 3 mA adicionales fruto de la amplificación...

...Repito que no es ninguna maravilla, pero tal vez sí lo sea por la sencillez del montaje. Además, según un interesante artículo sobre la historia de los primeros transistores de puntas de contacto, fruto de las investigaciones en los laboratorios Bell, resulta que tenían ganancias de corriente muy bajas, de entre 2 y 3, siendo su única bondad la ganancia en potencia de entre 17 y 23 db. al trabajar en base común, por la diferencia de impedancias entre la entrada (muy baja), y la salida (muy alta). William Shockley decía también que al comenzar a investigar los transistores de efecto de campo, sólo conseguía "modulaciones", es decir, variaciones de la corriente, del 20%, lo cual es incluso menos que este improvisado transistor...

De todas formas, es muy difícil trabajar con estas medidas y separaciones con sólo una gafas para ver de cerca. Necesitaría como mínimo 10x aumentos reales (y mejor 20x) pero disponer además de espacio vertical para poder mover las herramientas... es decir, para abordar esta experiencia con algo de seguridad haría falta una lupa binocular de 20-40 aumentos, que al ser estereoscópica añade la sensación y el control de profundidad, pero de momento no dispongo de este instrumento.

Saludos a todos

 

[DOSMETROS]

..Y "voilá", los esfuerzos han dado resultado. No es para echar cohetes al aire porque la beta es insignificante, ya que con una corriente inicial de fugas Ico de 1,00 mA y una polarización de base de 5,53 mA, sin amplificación la intensidad de emisor debería ser de 6,53, y en cambio sube a a 9,44 mA, es decir, casi 3 mA adicionales fruto de la amplificación...

Ya si es un transistor !

 

[anilandro]

En efecto, es un transistor, aunque muy mejorable. Además hay muchos temas a esclarecer, porque de 20 pruebas sólo he obtenido este resultado en una, por lo cual es necesario estudiar mucho más el asunto, analizar más información técnica de finales de los 40 y principios de los 50 y poder llegar a reproducir los resultados de forma más segura... Luego ya vería de construir un transistor como elemento independiente, con su cápsula y sus tres patas, para acabar construyendo un circuito amplificador o oscilador que lo utilizase...

De hecho, antes de conseguir este resultado, una de las pruebas que realicé fue la de intentar imitar el primer transistor de contactos de 1947 de Bardeen y Brattain, que trabajaban en los laboratorios Bell a las órdenes de William Shockley (aunque éste apenas aparecía por el laboratorio, enfrascado en su casa en experimentos propios para conseguir el transistor de efecto de campo) y se cabreó de lo lindo cuando sus subordinados hicieron públicos los resultados. Luego la empresa obligó a que Shockley apareciera en las presentaciones y compartiera los galardones, lo cual cabreó aún más a Brattain y Bardeen, ya que en realidad su jefe (que tenía un carácter difícil y poco sociable) no había participado en absoluto en el desarrollo del invento...

...Aunque en honor a la verdad, debemos decir que este primer transistor no era operativo en absoluto, era voluminoso, inseguro, sensible a los golpes y vibraciones y eléctricamente ruidoso, y entonces sí que fue Shockley el que desarrolló el primer transistor que pudo ser construido en serie, a tamaño razonable y de uso comercial...

El primer transistor de contactos estaba compuesto por un bloque de germanio sobre el que se apoyaba un triángulo de plexiglás con dos caras metalizadas con oro. El vértice inferior del triángulo se lijó levemente para separar eléctricamente ambas caras, que estaban conectadas a sendos cables y formaban el colector y el emisor del dispositivo.

...Cuando el triángulo se apoya sobre el germanio por la presión de un muelle, las dos metalizaciones de oro, que están separadas en el vértice por algunas decenas de micras, forman dos uniones metálicas tipo diodo opuestas entre ellas, por lo tanto al dar tensión a una de ellas, siempre hay un diodo polarizado inversamente y por tanto no han de conducir... y en efecto así también me ocurre a mí. Con una polarización de 10 Volts, la intensidad es apenas de 20 uA. En esta configuración la base la constituye el bloque de germanio, que de ser polarizado positivamente con respecto al terminal que hace de emisor, debería permitir la conducción a través del colector, y además con una cierta ganancia de corriente...

Corto un pequeño triángulo rectángulo de metacrilato (material conocido comercialmente como "plexiglás") y sobre las dos caras iguales pego con cuidado pan de oro. Después, cuando el pegamento está seco, lijo con mucho cuidado el vértice para cortar el contacto eléctrico, a igual que hicieron los investigadores de la Bell. Sin embargo en ninguna de las numerosas pruebas que he efectuado con esta disposición, he podido reproducir este efecto. Según las fórmulas de un transistor bipolar, la intensidad de emisor es "Ie = (beta+1) x Ib", pero en mi caso el incremento de la intensidad de emisor se reduce al valor de la corriente de base, es decir, pura ley de Kirchoff, no hay ganancia alguna en ninguno de los electrodos de este dispositivo...

Repito la misma experiencia pero con puntas de contacto de acero (como luego fue el primer transistor comercial, llamado "Tipo A"), separando las puntas unas 50 micras mediante una lámina plástica adecuada ...y el resultado es el mismo. Sin duda algo falla. Los fragmentos de germanio que utilizo los he comprado a Rusia a través de Ebay, y se supone que son del tipo monocristalino, de pureza 5N (99,999%), y sin dopaje... Tal vez éste es el problema, porque además todas las descripciones que encuentro sobre este primer transistor son muy generalistas. Como apunte diré que el nombre de "transistor" fue otorgado a este dispositivo por el ingeniero John R. Pierce, a partir del vocablo "trans-resistor" o "resistor de transferencia".

...Rebuscando un poco al fin encuentro una imagen esquemática que parece indicar que la base del germanio, estaba en realidad dopada, con la parte mayoritaria del substrato en tipo N y la superior en tipo P, precisamente donde hacían contacto los elementos metálicos...

En fin, es necesario seguir trabajando...


Continuará...

Saludos a todos

 

[anilandro]

Siguiendo con el tema he comenzado a construir un horno de difusión. Se trata de un contenedor estanco calentado exteriormente que para el germanio ha de trabajar a 500 Cº, lo cual no es demasiado, pero con el silicio es más complejo, ya que la temperatura ha de poder alcanzar entre los 800 y los 1.200 Cº. Este horno tiene que poder utilizarse con atmósfera inerte o bien con otros gases, como el oxígeno, el nitrógeno o el hidrógeno... pero en principio, para las cosas más sencillas, con gas inerte bastará...

Como en la isla es imposible encontrar nada un poco especial y las piezas a tratar serán de tamaño milimétrico, voy a utilizar un tubo de cuarzo de calefacción que guardaba junto a otro igual en mi cajas de materiales y que probablemente perteneció a algún radiador de calefacción de cuarto de baño o al grill de un microondas. La resistencia interna tiene unos 15 cm de largo y en uno de sus extremos indica que es de 500 W a 115 volts...

He estirado el hilo de resistencia, que me ha dado una longitud de 4 metros. El diámetro interno de la espiral era antes de 5 mm, y como lo tendré que bobinar sobre el tubo de cuarzo, cuyo diámetro externo es de 12 mm, calculo que la longitud me quedará reducida a unos 6,5-7 cm.

Primeramente he enrollado el hilo en espiral sobre un tubo de 10 mm, ya que con lo poco de muelle que puede tener, he pensado que al soltarlo aumentaría un poco su diámetro y se adaptaría bastante bien al tubo de 12. Y en efecto, al extraerlo se ha estirado un poco y el diámetro ha quedado en un poco más de 11,5 mm, por lo cual no me ha costado demasiado ir entrándolo espira a espira sobre el tubo de cuarzo hasta que ha ocupado unos 7 cm de su parte central.

Lo siguiente ha sido hacer una prueba de temperatura. He sujetado el tubo de cuarzo con la espiga de un destornillador, he conectado la resistencia al Variac, he introducido en el interior del tubo el termopar K que viene con el téster, y he comenzado a darle tensión...

...y como podéis ver en la imagen anterior, se ha puesto a 603 Cº, y eso en menos de 30 segundos y alimentándolo sólo a 50-60 Volts (que debe implicar una disipación de más o menos 250 W.), con lo cual veo que sobra potencia para poder subir bastante más la temperatura, teniendo en cuenta además que ahora nada está aislado. No obstante pronto he tenido que apagar y extraer la sonda termopar, porque como ya dije, los cables están protegidos con una funda plástica, que pese a parecer de un polímero bastante tenaz, en el extremo de la punta se me estaba fundiendo y requemando de forma visible.

El tubo de cuarzo puede aguantar en teoría hasta los 1.500-1.600 Cº, aunque seguramente el hilo de la resistencia no llegaría a tanto, pero 1.200 pueden ser perfectamente asumibles. El cuarzo tiene además la ventaja que es bastante mal conductor del calor, con lo cual el centro podría estar a 1.000 Cº y los extremos, a tan solo 10 cm, prácticamente fríos. Y además apenas se dilata, evitando roturas por tensiones mecánicas que afectan al cristal...

Ahora habrá que ver cómo lo montamos de forma fija...

Continuará...

Saludos a todos

 

[ska_gatotw]

Anilandro, hace años que lo leo en su página y en este foro y no para de sorprenderme. Y aunque diga que los experimentos los puede hacer cualquiera, no se quite mérito, nadie mas lo hace y lo expllica en forma tan clara como usted.
Un abrazo y gracias por compartirlo con todos.

 

[anilandro]

Gracias Ska_gatotw. A la web la tengo bastante abandonada últimamente, porque o trabajo o publico, ya que montar páginas temáticas sobre una experiencia lleva casi siempre más tiempo que la propia experiencia. El problema es que ahora tengo demasiadas cosas acumuladas para publicar (tal vez unas 50 o 60 páginas) y no sé por donde empezar ...de todas formas, lo que sí intento es poner las cosas tal como a mí me gustaría encontrarlas, con una exposición suficiente para que sea accesible a la mayoría de los aficionados a estos tema. Porque en la red, lo que muchas veces ocurre es que cuando buscas información sobre un nuevo asunto, o solo encuentras generalidades que se copian de un sitio a otro, o son explicaciones de expertos que sólo entienden los expertos que no les hacen falta la explicación... A veces es difícil acertar con el punto medio...

En el poco tiempo que he tenido esta semana, he seguido trabajando con el mini-horno de tubo de cuarzo. Primeramente he hecho un soporte de aglomerado DM que permita ir situando diversos elementos en perforaciones ya hechas. Los soportes verticales pueden cambiarse de posición y en el punto que sujetan los extremos del tubo de cuarzo, hay espacio para un casquillo de material aislante de teflón, ya que pese a que normalmente este punto estará a una temperatura baja, prefiero que no tenga contacto directo con el aglomerado.

Lo siguiente ha sido fabricar dos arandelas de cerámica a partir de la carcasa de un fusible de 63 amperios fastidiado que he cortado con un disco de diamante...

Después de darles un diámetro interno unos 0,4 mm superior al tubo (para evitar que lo "estrangule" si hay dilatación), con hilo de muelle he fabricado varios "clips" para sujetar estas piezas al tubo, de manera que también pueda ceder ante la dilatación, por pequeña que sea.

Las arandelas, una vez montadas en el tubo, sujetan los extremos de la resistencia. A la vez el espacio comprendido entre el hilo calefactor y el diámetro externo de las arandelas, estará relleno de lana de alúmina (regalo de un compañero de otro foro), que en teoría puede aguantar hasta 1400 Cº (aunque para la resistencia convendría no superar los 1.200 Cº). Luego, exteriormente, todo ello estará cubierto por una funda protectora metálica...

Continuará...

...Y por cierto, algo que en realidad no es necesario decirlo, que si queréis comentarme o preguntar sobre lo que publico, estoy siempre a vuestra disposición...

Saludos a todos

 

[anilandro]

Estos días he estado trabajando en el protector exterior de la zona de la resistencia. Para ello he rebuscado un poco entre mis cajas de materiales y he encontrado una platina de malla de inox que sin duda perteneció a algún filtro. El problema era que solamente tenía un ancho de 4,2 cm, y yo necesitaba casi el doble. La solución ha sido "unir" dos trozos de longitud adecuada, aprovechando la forma de la malla, que cortada de cierta forma generaba un saliente que podía doblarse y remacharse a sí misma a través de los agujeros de la otra malla, sujetándolas firmemente como si fueran una sola.

Un detalle de la unión, que ha quedado bastante limpia...

Seguidamente le he adaptado dos separadores exagonales de 4 cm, que más o menos dan la conjunto protector la altura correcta de acuerdo con el tubo de cuarzo y la resistencia.

El montaje queda bien, centrado y a punto de insertar el elemento aislante entre la resistencia y el protector exterior. Este material será fibra de alúmina que me proporcionó el Profesor (que aguanta 1400 Cº), y que estará en contacto con el filamento calefactor, y encerrado por su parte externa con algún otro elemento aislante más sólido, ya que la fibra de alúmina va soltando diminutos fragmentos como agujas que son peores que las de fibra de vidrio y sin duda no demasiado buenas si se acaban respirando...

...En cuanto a los hilos de la resistencia saldrán por ambos lados protegidos por tubitos de cerámica...

Continuará...

Un saludo a todos

 

[sony]

que buenos proyectos anilandro me da gusto verte de nuevo por aquí ....

 

[malesi]

Ya sé que existe el me gusta, pero esto que postea Anilandro es lo más que he visto. Y realizado con dedicación.

 

[anilandro]

Agradezco vuestras palabras, y estaría bien que alguien más se animase en estos temas, ya que no abundan las experiencias de este tipo en Internet. En el mundo anglosajón parece haber un poco más de actividad, pero en mi país, España, no hay nadie más que se dedique a esto. Gerardo, un compañero de otro foro, también está en ello, pero él juega en ligas mayores, tanto por los conocimientos y la experiencia como por los medios de que dispone.

Siguiendo con el tema del mini-horno, el primer montaje de la resistencia ha sido el de la siguiente imagen:

Luego he incorporado varias capas de material aislante de lana de alúmina, que de momento sujeto simplemente con hilo de coser. Sin duda, al encenderse el horno este hilo se quemará, pero no importa lo más mínimo, porque en este momento todo el conjunto ya estará insertado dentro del protector de plancha perforada de inox.

La última capa la he dado también de alúmina pero de consistencia más dura, parecida al cartón

Seguidamente he introducido el conjunto en el contenedor de inox, con un resultado que encuentro satisfactorio...

...En este punto estaba listo para probar, pero hay un detalle que no me gusta... es que la resistencia esté bobinada sin ningún separador, con lo cual es fácil que las espiras se toquen. El problema es que no tengo espacio para separarlas más entre ellas, y además, al no tener el tubo una rosca-guía, sería inevitable que se movieran con la dilatación... por este motivo he pensado en una nueva disposición el filamento que mantenga la separación... Un buen sistema puedes ser la doble hélice, que era común en las antiguas estufas de reflector de parábola...

Realizo una prueba con hilo de cobre del mismo diámetro y la misma longitud que el de resistencia (4 metros)

...A la vez, para mantener separadas las espiras grandes utilizaré discos de mica, pero como estos discos no forman una espiral si no que están cerrados sobre sí, será necesario "deformar" las pequeñas en un cierto punto para que el hilo de resistencia pase por debajo de la arandela hasta la siguiente espira grande. Esto puede verse en la siguiente imagen, concretamente entre la penúltima y la última espira, ya que los "saltos" entre las demás están aquí en la parte no visible de la espiral grande.

Continuará...

Saludos a todos

 

[anilandro]

El problema es que la oxidación no impedirá de forma segura los cortocircuitos entre espiras, y pese a que la tensión entre ellas es bajo, aquí interviene Murphy y podemos tener incluso un efecto avalancha que cause múltiples cortocircuitos y una caída rápida de la resistencia total, con las consiguientes chispas, humo y disparo de los magnetotérmicos de la casa. Y con tensiones que pueden ser medias o altas no es cuestión de jugársela.

Sin duda, el sistema de la espiral única sería el mejor si utilizáramos tubo de cerámica "roscado" con guía para que se mantuviera separado, pero como no es así, debemos optar por la doble espiral que reduce las espiras a 7-9, y entonces es fácil separarlas con discos de mica...

Me pongo en faena e intento "bobinar" sobre una varilla de 3 mm. el hilo de resistencia que inicialmente estaba en espiral única dentro del tubo de cuarzo, que luego puse recto y bobiné sobre el tubo... y la cosa fracasa porque el metal del hilo ya está muy fatigado con tanta doblez y pese al cuidado se me rompe por varios puntos. Probablemente que el núcleo de la "bobina pequeña" sea de tan sólo 3 mm. también ha contribuido a ello...

...Así que o que hago es desmontar otra de las resistencias y tomo el hilo original, cuya espiral tiene en este caso 5 mm. de diámetro interior. La longitud de esta espiral sin ninguna tensión mecánica es de 15 cm, pero sin duda será necesario "estirarla" para evitar que al devanarse sobre el tubo de cuarzo de 12 mm, las espiras se toquen en el radio interno.

...Hago varias pruebas y al final encuentro un estiramiento adecuado sobre los 40 cm, en que las espiras internas ya están siempre visiblemente separadas, pero por seguridad añado 10 cm. más, dejándolo en 50... (perdón por la borrosidad de la foto)

Lo siguiente es fabricar las arandelas de mica de 26 mm. externos y 12 mm. internos. En este punto voy a asegurarme, nada de micas flexibles de 0,2 mm, si no que utilizaré una lámina de 0,75 mm del tipo de horno de microondas de cocina de restaurante, y además pondré dos arandelas en cada separación, sumando 1,5 mm, con lo cual creo tener cierta seguridad de que no van a romperse y comunicar las espiras grandes entre sí ...que de cualquier forma, si acabara ocurriendo, el cortocircuito sería solamente de 1/8 parte de la resistencia, con lo cual la "sobrecarga" no sería "mortal", y menos si como pienso, voy a controlar tanto la tensión como la intensidad consumida durante el uso.

...Y la siguiente imagen es ya con la resistencia acabada. Al final han sido 8,5 espiras, aunque éstas no son completas, ya que está la separación para evitar la espira se cierre sobre sí misma, que establezco en unos seguros 5 mm, espacio en que además se podría colocar "taquitos" de alúmina para evitar cualquier imprevisto.

Las tomas de corriente son ahora opuestas, porque es una solución más elegante que pasar el hilo de un lado hacia el otro embutido en tubos de cerámica, y el conjunto mantiene tanto una buena separación entre las espiras pequeñas como las medidas de longitud y grosor que necesitaba en un principio...

Ahora sólo quedará incorporarle el aislante de alúmina, montarlo en el contenedor de inox perforado e ir dándole corriente con el variac y controlar temperaturas y consumo...

Un saludo a todos