Jugando con electrones

Gracias Jack35 y al resto de compañeros que tienen la amabilidad de añadir un "me gusta" a los mensajes, eso siempre anima a continuar trabajando. El caso es que me gusta la técnica, eso es evidente, pero también por igual los fenómenos físicos que hay detrás de ella, y su estudio y explicación, es decir la ciencia y su contribución al conocimiento humano.

...A veces hay personas que me preguntan "¿...y todo eso para qué sirve...?", "¿...es que quieres reinventar la pólvora...?", ya que en realidad hay diodos y transistores hace más de sesenta años y la mayoría no valen más que unos céntimos de euro ...Y mi problema es cómo contarles que sirve para aprender, y que aprender sirve para saber elegir mejor, para ver las cosas con mayor perspectiva. Y no solamente con los temas electrónicos, si no en todos aquellos que sea necesario plantear y seguir un proceso para llegar a un resultado. Y si luego este resultado deriva en una mejora personal, aunque no sea económica, pues ya sirve para mucho más que consumir cuatro horas diarias las afirmaciones enlatadas que la TV y los medios de comunicación se empeñan cada día en meterte en vena...

Regresando al tema, ahora estoy utilizando el siguiente circuito de prueba:

Circuito_02.jpg



...Aunque el valor de la resistencia la varío desde 1 a 10 K, dependiendo de la impedancia del cristal o elemento a probar. A va vez, el primario de 230 Vca de los transformadores no va realmente a 230 V, si no a la salida de un Variac, con lo cual puedo subir la tensión de salida desde 0 al valor nominal de pico de la toma del transformador que utilice. En este caso, además, no hay ningún circuito LC añadido porque este sistema ha de servir para cualquier cristal semiconductor, muestre no resistencia negativa.

...A la vez, con sólo pulsar dos botones del frontal del osciloscopio he encontrado la manera de cambiar la forma de visualización de I/V (con la tensión en la coordenada X y la intensidad en la coordenada Y) a la forma V/T (visualizando la tensión V en función del tiempo T), con lo cual, la oscilación en forma de trenzas de menina en el mensaje anterior, tiene la forma que podemos ver a continuación...

En la primera imagen de esta serie aún no hay oscilación, pero las formas aplanadas en ambos picos de la onda indican que se ha alcanzado el punto en que se inicia la resistencia negativa, con la cual la tensión tras la resistencia limitadora ha dejado de subir y se dispone a caer, entrando en la zona que que cualquier variación producida de forma fortuita en un circuito LC, resultará realimentada en fase...

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Es decir, que si aumentamos la tensión de excitación en la entrada del circuito, la consecuencia es que aumenta la corriente a través de la unión ZnO-Metal, y rápidamente aparece la oscilación armónica en ambos pedestales, inicialmente con una amplitud relativa de unos 4 Vpp...

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...En este caso las oscilaciones aparecen en cada semiciclo cuando la tensión de polarización supera el valor de 10 Volts. Oscilación que si ampliamos podemos contemplar en toda su complejidad...

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...A partir de aquí me gustaría poder integrar en el mismo circuito la polarización de continua, seleccionable mediante un conmutador, así como poder variar la resistencia limitadora mediante un potenciómetro...

Sin duda la oscilación no es senoidal, pero es casi imposible que lo sea con el elemento de resistencia negativa colocado en paralelo con el circuito oscilador, lo cual hace que se añadan una buena proporción de armónicos a la fundamental. En este caso la oscilación no es de frecuencia muy alta, de forma gráfica calculo que unos 5,5-6 Khz.

En otro orden de cosas, he recibido el pedido de 5 diodos de germanio que pedí por Ebay, al precio de 1,2 € la unidad, que si bien no es mucho, resulta que en realidad tal precio no era para una unidad, si no para ¡¡¡ una bolsa de 60 diodos!!!, con lo cual, sin darme cuenta he comprado 300 de estos elementos ...aunque he desmontado uno de ellos y el cristal de germanio es muy pequeño para operar de forma cómoda con él.

Saludos a todos
 
pues ya sirve para mucho más que consumir cuatro horas diarias las afirmaciones enlatadas que la TV y los medios de comunicación se empeñan cada día en meterte en vena...

:salud:

En otro orden de cosas, he recibido el pedido de 5 diodos de germanio que pedí por Ebay, al precio de 1,2 € la unidad, que si bien no es mucho, resulta que en realidad tal precio no era para una unidad, si no para ¡¡¡ una bolsa de 60 diodos!!!, con lo cual, sin darme cuenta he comprado 300 de estos elementos ...aunque he desmontado uno de ellos y el cristal de germanio es muy pequeño para operar de forma cómoda con él.

Estás listo para fabricar pedales de guitarra eléctrica ? :geek:
 
¿Pedales de guitarra eléctrica? ...¿Es porque se utilizan diodos para provocar distorsión?

Sobre lo de oxidar el zinc del galvanizado con un soplete de gas, me he dado cuenta de un efecto inesperado, y es que el óxido aparece rápidamente en la zona al rojo más caliente, pero luego no hay manera de conseguir que salga en la parte que sólo se ha calentado un poco, ni insistiendo con el soplete hasta calentarla como la anterior. El zinc se evapora a poco más de 900 Cº, y la tal vez eso es precisamente lo que ocurre en la zona que rodea la parte más caliente. También me he dado cuenta que no todas las planchas de hierro galvanizado responden igual a la oxidación. No puedo medir el grosor de la cobertura de zinc pero en general he conseguido mejores resultados con las planchas en que la cobertura muestra una cristalización pequeña. En cambio las de cristalización grande humean y apenas aparece óxido.

Por estos motivos se consiguen mejores resultados cortando la plancha en pequeños cuadrados y así poder calentarlos de forma rápida y uniforme, como en la imagen siguiente...

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En la segunda imagen se puede ver la cara posterior de la plaquita, en donde tras soltar un seguido de pequeñas chispas como en unos fuegos artificiales en miniatura, crecen los cristales de óxido de zinc, que aún al rojo pueden distinguirse por las irregularidades de la superficie.

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Una de las plaquitas cubiertas de ZnO de color blanco, aunque ya comenté que estos cristales son termo-crómicos y cuando se calientan a cierta temperatura se vuelven amarillos, perdiendo de nuevo el color al enfriarse. Observar que la zona en donde se sujeta con las pinzas está libre de óxido, sin duda porque esta parte estaba menos caliente al disiparse el calor a través de las propias pinzas. Por otra parte la teoría que el zinc se evapora puede ser la causa que las puntas de las pinzas aparezcan cubiertas de una ligera capa de óxido de zinc...

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...Con este procedimiento, en un par de minutos he preparado cinco plaquitas con una cara oxidada, aunque de forma muy desigual, puesto que procedían de una plancha más grande que ya había sido calentada. A estas plaquitas les soldaré un contacto en la parte inferior para poder sujetarlas.

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Preparo un nuevo contacto con hilo de bronce fosforoso aún más delgado, de tan sólo 100 micras de grosor, también procedente de una cuerda entorchada de guitarra acústica...

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Lo siguiente es montar la plaquita y el contacto en el soporte de prueba, al que también he soldado dos choques de cierta inductancia, para evitar que las oscilaciones débiles se amortigüen a través de la alimentación...

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...Busco en un par de puntos y pronto encuentro uno que presenta resistencia negativa, que sigue apareciendo sobre los 10 Volts en ambas polaridades.

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...Seguidamente aumento un poco la tensión con el variac y no tarda en aparecer una extraña oscilación en forma de cuña que aumenta de amplitud con la tensión (parece una imagen de una nave de Star Trek). La frecuencia es sin duda alta, ya que aún no he añadido el circuito LC, y por tanto debe ser fruto de las inductancias y capacidades parásitas del circuito y la movilidad de los portadores en el óxido semiconductor...

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...Un detalle interesante es la amplitud que llegan a adquirir estas oscilaciones, que en este caso son prácticamente del doble de la tensión alterna de pico de alimentación, que por la cuadrícula y la posición del codo donde comienza la resistencia negativa, estimo en unos 15 volts.

...Si subimos aún más la tensión ocurren cosas extrañas. La resistencia de carga actual es de 1K, que con 30 volts dejará pasar 30 mA, lo cual es más que suficiente para calentar el diminuto punto de contacto y cambiar sus características incluso de forma irreversible. En este caso, primeramente ha aparecido una nueva forma más fantástica aún y bastante asimétrica que además se mueve de forma espasmódica... parece un extraño ser de las profundidades ...pero seguimos aumentando la tensión llegará un momento en que el punto de contacto se cortocircuitará eléctricamente con el metal de la base, presentando entonces sólo una pequeña resistencia óhmica. La línea se volverá casi vertical y se extinguirán las oscilaciones...

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Ahora añadimos de nuevo el circuito LC, aunque con un condensador de menos valor, arranco y busco la tensión que muestra de nuevo el típico comienzo de la curva de resistencia negativa, desconecto el transformador de excitación, le conecto una fuente variable de continua 0-20 Volts, y también cambio la configuración del osciloscopio para que muestre la señal normal V/T ...Comienzo a subir la tensión de polarización, y sobre los 10-12 Volts aparece lo de la siguiente imagen...

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...Que si aumentamos la velocidad de exploración en la base de tiempos muestra claramente su forma, una señal periódica con algunos picos de armónicos y que sin duda recuerda un poco en "forma plana" a una de las "trenzas de menina" de mi mensaje anterior... Mido que el período de la oscilación es de unos 13 uSec, lo que nos da una frecuencia de fundamental de 80 Khz...

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...En fin, chicos, de funcionar, funciona, y tanto la amplitud como la frecuencia y la forma de onda se mantienen bastante estables si no variamos la tensión. Si la bajo de 7-8 volts vuelve a extinguirse, pero se recupera de nuevo al subir sobre los 12... Lástima que la consistencia del contacto en sí sea tan frágil, muy inferior a las equivalentes en el carburo de silicio o en el germanio, lo que reduce este procedimiento a una experiencia de difícil utilidad práctica, de la que no obstante siempre se pueden sacar interesantes conocimientos y conclusiones...

Un saludo a todos
 
He estado leyendo un poco sobre el tema de la "resistencia negativa", y realmente es un fenómeno mucho más complejo que la brevedad del calificativo. Para empezar la "resistencia negativa" real no puede existir, es una imposibilidad termodinámica, por lo que de forma correcta se debe calificar de "resistencia negativa diferencial", ya que en realidad la resistencia siempre es positiva, aunque en algunos tramos V/I sea menor que en otros, invirtiendo la tendencia e incluso el valor absoluto de la curva.

Aparte de este importante detalle, hay dos tipos de "resistencia negativa", la del tipo "M", que es la presentada por ejemplo por el diodo túnel, y la de tipo "S" presentada también por ejemplo por el óxido de zinc. En el primer caso es de "control por voltaje" y la segunda de "control por corriente". Una resistencia "positiva" disipa energía de forma proporcional al cuadrado de la corriente o del voltaje aplicado, en cambio una resistencia negativa "genera" energía de forma proporcional a uno u otro parámetro. Aunque, naturalmente, esta "generación" de energía no sale de la nada, si no que se debe disponer de una fuente de energía externa que resulta en realidad modulada por el comportamiento de la resistencia.

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...En cuanto a los fenómenos oscilatorios creados por la resistencia negativa asociada al un circuito LC, para que exista la adecuada realimentación positiva que cree y mantenga las oscilaciones, en el caso de ser de tipo N el circuito LC debe ser de tipo "tanque" y estar conectado en serie con la resistencia, en cambio si ésta es de tipo S, el LC ha de ser una "trampa de onda" y estar conectado en paralelo con la resistencia.

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Otro detalle interesante es la "forma" que adquiere la resistencia negativa, ya que a veces presenta una evolución suave, pero en otros casos es de saltos bruscos, e incluso de estados claramente biestables, ejemplo que personalmente pude observar en una punta metálica presionando sobre un fragmento de oblea de germanio de grado semiconductor, con una resistencia tipo M en la cual la intensidad caía de golpe sobre los 11 volts y no se recuperaba hasta bajar de los 8 Volts.

Estos conceptos se explican muy bien en un antiguo trabajo de tesis de un tal Walter Gustavo Brito, publicado por una universidad peruana en 1979, aunque luego, los ejemplos de uso práctico los reduzca el autor al comportamiento de tubos de gas, como el tiratrón o el dinatrón.

Otro detalle interesante asociado a este concepto que en este caso he leído en uno de los "papers" de Physical Review, se refiere a los transistores de puntas de contacto, y es la explicación del fenómeno de histéresis, que he podido observar en uno u otro grado en la mayoría de las curvas de semiconductores ...que en realidad no son debidos a la concentración momentánea de portadores excitados por el paso de corriente, como anteriormente creía (pero que me resultaba extraño que se manifestaran tan claramente a frecuencias de exploración tan bajas como 50 Hz), si no también a la resistencia negativa diferencial, a veces de magnitud apenas reconocible como tal, que establece curvas de "subida" y de "bajada" distintas para una misma excitación de voltaje o de corriente. El fenómeno puede sin duda estar algo afectado por la frecuencia, pero de manera secundaria o paralela, ya que también se manifiesta con corriente continua.

En resumen, que como cualquier fenómeno físico podemos observarlo superficialmente, o entrar un poco en sus intimidades y asombrarnos de la complejidad que contiene...

Sigo con el tema...

Un saludo a todos
 
Por el método del soplete que ya he explicado, consigo algo más de óxido de zinc. En este caso se ve muy bien el color amarillo del ZnO muy caliente, el cual pierde al enfriarse...

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Lo siguiente es raspar el óxido con cuidado con un cúter y guardarlo en una cajita de plástico, en la cual revisaremos el producto final para retirar cualquier resto de color oscuro, probablemente óxido de hierro, o pequeñas limaduras metálicas que pudieran haberse producido en el raspado...

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Una vez tenemos el óxido medianamente limpio, tomo un viejo cojinete de bolas de 5 mm. de diámetro interior que hará de cilindro, y dos cortos trozos de eje de acero templado del mismo diámetro, que harán de bombines de presión. Colocamos el de la parte inferior, echamos dentro el polvo de ZnO y luego tapamos con el otro bombín...

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Lo siguiente en colocar este improvisado sinterizador en mi "pequeña prensa", el caracol que tengo en mi banco de trabajo. No es gran cosa, calculo que la presión apenas alcanzará cuatrocientos o quinientos kilos por centímetro cuadrado, y sin duda mejor sería utilizar un caracol de tamaño gigante que tienen los de mantenimiento en el taller del lugar donde trabajo, pero como prueba puede valer...

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Aprieto hasta donde puedo, lo dejo un poco con esta presión y luego saco el bombín superior, y con el inferior aprieto hasta que la "pastilla" de óxido de zinc aparece impecable, con el diámetro del cilindro y un grosor de 7 u 8 décimas...

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...La verdad es que al no tener ningún aglutinante adicional no es un dechado de dureza, yo lo definiría como un sistema VVLS (Very Very Light Sintering)...
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...pero si se trata con cuidado se puede manejar sin que se rompa. A continuación la monto sobre un soporte de prueba, con el habitual sistema de un pequeña gota de pintura conductora de plata en su parte inferior, para asegurar el buen contacto con el metal de la base, y luego cianocrilato rodeando el borde para fijarla...

Seguidamente realizo una prueba de conducción para obtener su curva eléctrica... sigue siendo semiconductor, eso es evidente, porque muestra la típica forma de silla, pero de manera sorpresiva ha perdido cualquier rastro de resistencia negativa. La curva crece igual desde el principio, pero cuando tiene que doblarse hacia adentro a causa de este fenómeno, asciende recta y naturalmente sin el más mínimo amago de ponerse a oscilar...

En fin, ya dijo Edison que no había fracasado 2.000 veces en su intento de hacer una bombilla eléctrica, si no que había aprendido 2.000 maneras de cómo no hacerla...
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...Además, este procedimiento, si lo perfecciono un poco, podré utilizarlo para sinterizar de forma rápida otros materiales que puedan interesar. Tal vez haciéndome incluso una mini-prensa con un gato hidráulico.

Saludos a todos
 
Yo sigo con el tema. He recibido unos 100 gramos de cadmio, que junto con bismuto, plomo, y estaño en las proporciones correctas forma la aleación denominada "metal de Wood", con un punto de fusión de tan sólo 70 Cº, que se utilizaba para soldaduras varias, como sensor fusible para detectar fuego en conductos de aire y compuertas automáticas, y especialmente para sujetar los cristales de galena a la base metálica inferior en una unión puramente óhmica. Pienso que tal vez también pueda utilizarla para fijar otro tipo de cristales o incluso unir contactos.

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...En la misma visita del cartero he recibido el pequeño cristal de la zincita exagonal que compré de Polonia, con la cual podré seguir con las pruebas comparativas entre este cristal de óxido de zinc y los otros pequeños cristales obtenidos al calentar al rojo chapa galvanizada...

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También estoy montando el circuito trazador de curvas de cristales sobre una placa de circuito impreso, con los transformadores, selectores y demás componentes, que puede polarizar tanto en alterna como en continua desde 0 a 72 Volts, con inversión de polaridad y resistencias de carga escalables entre 470 ohms y 40 Kohms. Las puntas de prueba tendrán un soporte distinto, más versátil y fácil de ajustar...

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...Por cierto, que las puntas de prueba del osciloscopio también son nuevas, muy bien hechas, válidas hasta 100 Mhz, y compradas a través de ebay por cuatro chavos. Y es que mi vetusto Hameg aún utilizaba los restos de las puntas originales, que después de 40 años ya estaban para la jubilación definitiva...

Y por último, he acabado una recopilación de los textos, en su mayoría de los años 50, que he considerado interesantes sobre el tema de los transistores de contacto. En total son más de 200 páginas (todas en inglés). La relación es:

- John Bardeen and Transistor Physics (Howard R. Huff)
- Significance of Composition of Contact Point in Rectifying Junctions on Germanium (W.G. Pfann)
- Effects of Electrical Forming on the Rectifying Barriers of n- and p- Germanium Transistor (J. Bardeen and W.G. Pfann)
- Transistor Forming Effects in n-Type Germanium (L.B. Valdes)
- Theories of High Values of Alpha for Collector Contacts on Germanium (W. Shockley)
- Current Multiplication in A-Type Transistor (W.R. Sitter)
- Survey of Transistor Development -parts I, II and III- (B.N. Slade)
- Factors in Design of Point-Contact Transistors (B.N. Slade)
- Applications Considerations for RCA Commercial Transistors - Radiotronics vol 19, may 1954 - (R.M. Cohen)
- Transistors - From Point Contact to Single Electron - (D.N. Bose)
- The Invention of the Transistor (Riordan, Hoddeson & Herring)
- Electronic Transport at Semiconductor Surfaces - From Point-Contact to Micro-Four-Points Probes - (Shuji Hasegawa)
- Point Contact Devices (?)
- Germanium: From Its Discovery to SiGe Devices (E.E. Haller)

Un saludo a todos
 
Me han llegado más componentes interesantes:

Diodos túnel rusos tipo 1N103A, que eran de uso militar en los años de la guerra fría, con los cuales podré realizar algunas experiencias de osciladores... Estos componentes, en forma de pequeños botones de 3,5x1,8 mm, pueden alcanzar los 10,7 Ghz...

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...Una ampliación del componente. Los contactos son los dos discos metálicos de los extremos y el cuerpo central parece de cerámica marrón..

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...Y de un amable compañero de otro foro, además de una buena cantidad de aleación de "metal de Wood", que funde entre 70 y 80 Cº, y de dos interesantes módulos detectores de RX reciclados de un escáner TAC, también dos curiosos diodos de germanio rusos tipo 9108, de los que no he encontrado características, pero por el aspecto pueden ser comparables a un OA79 de hace cuarenta años...

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La construcción es realmente curiosa, con gruesos terminales metálicos en cada lado...

IMG_8719-B.JPG



...Así como que la plaquita de germanio en el punto en donde se apoya la aguja esté cubierta por algo amarillo que parece cera de abeja y alguna resina añadida. De hecho era muy normal que en componentes de esta época, tanto en diodos como en los primitivos transistores de puntas de contacto los elementos internos entuvieran inmovilizados con cera de abeja, porque protegía del aire y además no causaba tensiones mecánicas adicionales...

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Un saludo a todos
 
Me han llegado más componentes interesantes:

Diodos túnel rusos tipo 1N103A, que eran de uso militar en los años de la guerra fría, con los cuales podré realizar algunas experiencias de osciladores... Estos componentes, en forma de pequeños botones de 3,5x1,8 mm, pueden alcanzar los 10,7 Ghz...

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...Una ampliación del componente. Los contactos son los dos discos metálicos de los extremos y el cuerpo central parece de cerámica marrón..

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...Y de un amable compañero de otro foro, además de una buena cantidad de aleación de "metal de Wood", que funde entre 70 y 80 Cº, y de dos interesantes módulos detectores de RX reciclados de un escáner TAC, también dos curiosos diodos de germanio rusos tipo 9108, de los que no he encontrado características, pero por el aspecto pueden ser comparables a un OA79 de hace cuarenta años...

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La construcción es realmente curiosa, con gruesos terminales metálicos en cada lado...

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...Así como que la plaquita de germanio en el punto en donde se apoya la aguja esté cubierta por algo amarillo que parece cera de abeja y alguna resina añadida. De hecho era muy normal que en componentes de esta época, tanto en diodos como en los primitivos transistores de puntas de contacto los elementos internos entuvieran inmovilizados con cera de abeja, porque protegía del aire y además no causaba tensiones mecánicas adicionales...

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Un saludo a todos
Hola a todos hablando de Rusos , ese pueblo fueran sienpre muy ingeniosos (verdaderos capos) para puder contornar las dificuldades con su poco recurso financero.
Por ejenplo : encuanto los Norte Americanos gastaran una fortuna en diñero desahollando un caneta esferografica prolija a andar en un anbiente sin gravidad (espacio) los Rusos enpleyavan un singelo lapiz de grafite para registrar lo datos en las missiones espaciales (cero custo) .
Otra estoria que ouy decir ( pero esa no se si es verdad) , dicen que los Japoneses conpraron una estación orbital Rusa y despues descobrirar que su piso interior era hecha en madera , los Japoneses si quedaran locos y los Rusos contestaran dizendo que la madera es resistente , leve y nunca vaias si deteriorar porque no hay oxigenio nin cualquer tipo de humidad en lo espacio , jajajajajajajajajaja.
Los Rusos tanbien son ejelentes enginieros aeronacticos y espaciales ( vide la performance invidiables su aviones de caça MIG )
Recorde de otra estoria interesante : en meados de la decada de 70' un piloto desertor Ruso poso en lo Japón un caça MIG , los militares Norte Americanos desmantelaran totalmente ese caça MIG y descobriran que el era todo basado en micro Valvulas o tubos termoionicos.
Fue una "broma" total , los Norte Americanos creian que los Rusos estaban congelado en lo tienpo y no sabian aun desahollar sistemas en "estado solido" (transistores y circuitos integrados").
Mal sapian que estaban conpletamente equivocados , las Valvulas son totalmente imune al EMP (Pulso Electromagnectico ) generado en una detonación nuclear , ya los puebres semiconductores son estropiados en segundos cuando submetidos a ese canpo .
Descurpen si molesto con esa platica "off-topic",pero me enpolgue en demasiado , jajajajaja.
!Saludos desde Brasil!.
Att,
Daniel Lopes.
 
Última edición:
Cierto, Daniel Lopes, desde siempre los rusos han conseguido desarrollar tecnología con muchos menos recursos que los occidentales, otra cosa es que la calidad de los productos industriales no militares, sea suficientemente buena. Conocía el caso del Mig que desertó al Japón y que las etapas de entrada de los sistemas de radio estaban hechas con válvulas, precisamente por su inmunidad del efecto EMP...

...En los 70 también llegaron a construir calculadoras de sobremesa con tubos disparadores de cátodo frío en vez de transistores, ya que eran componentes muchísimo más baratos que podían construirse en las mismas fábricas de las bombillitas de neón.

También leí hace bastantes años un comentario sobre el Apel II "ruso", construido para saltarse la prohibición de Estados Unidos de venderles material informático. Este ordenador era un copia fusilada del americano, pero con la salvedad que el interior era un bastante caótico, con muchos módulos distintos interconectados con haces de cables, lo que hacía que a causa de las capacidades parásitas, la velocidad de reloj, y por tanto del proceso general del ordenador, fuera mucho más lento que el original...

Saludos
 
He acabado de montar la nueva base de pruebas y no me he podido resistir a mirar la curva del diodo túnel... El montaje ha sido el de la imagen...

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...Y una ampliación del diodo sobre el soporte central...

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Con una resistencia de carga de 2 K, una sensibilidad horizontal de 0,2 Volts/div y vertical de 0,5 Volts/div que en esta configuración equivale a una corriente de 0,25 mA/div, la curva resultante es la siguiente...

IMG_8729-B.JPG



...La curva nos muestra que el comportamiento de este diodo túnel en la zona de resistencia negativa es biestable, porque al parecer que la línea está interrumpida en realidad nos está indicando una transición rapidísima, y aunque no se distingue en la imagen anterior, conmutando la base de pruebas a polarización continua y siguiendo el punto, he podido ver el camino que sigue, el cual he marcado con el Photoshop en la siguiente imagen...

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Un saludo a todos
 
Algunas pruebas más con el diodo túnel...

Para empezar diré que la curva de histéresis que marqué ayer es en realidad más complicada de lo que parecía. He añadido un condensador de 16 nF para disminuir la velocidad de cambio de las tensiones y entonces ha "aparecido" el camino que sigue el haz, que puede verse en la siguiente imagen...

IMG_8731-B.JPG



...desde el punto de activación superior, a unos 0,15 V - 1,1 mA, sigue una trayectoria ligeramente inclinada en que la tensión corriente cae a 0,9 mA y la tensión sube hasta 1,3 Volts. Pero luego la corriente cae bruscamente unos 0,2 mA y el sistema se queda en equilibrio en el punto más brillante de la parte derecha de la curva. En la "desactivación", que se efectúa en la parte baja, no hay sorpresas. Se produce con la tensión sobre 0,8 Volts y la corriente de más o menos 100 uA.

Esto es interesante, pero siempre debemos tener en cuenta la resistencia de carga, porque los efectos del diodo túnel se ven aumentados o disminuidos de forma sensible al variar el valor de R. Con valore altos, los saltos de conducción son más pronunciados y afectan más al voltaje.

Bien, lo siguiente es añadir un circuito LC en serie con el cátodo del diodo (en el caso de óxido de zinc era en paralelo), y la oscilación aparece primeramente en una forma curiosa, en forma de dos espirales decrecientes justo al final de los flancos de activación y desactivación...

IMG_8734-B.JPG



...Pero naturalmente la imagen nos indica que ésta no es una oscilación sostenida, si no amortiguada... Seguidamente diminuyo el valor de la resistencia de carga a 470 Ohms y paso a alimentar el circuito en continua. La oscilación ahora ya es sostenida y en el rango de lo 20-25 Khz, como muestra la imagen que viene a continuación...

IMG_8736-B.JPG



Es menos senoidal de lo que esperaba, pero la verdadera sorpresa es que su frecuencia apenas varía al modificar el valor de los componentes LC y en cambio si lo hace y mucho al cambiar la tensión de polarización, lo que me está indicando que es una oscilación de relajación del propio diodo con respecto a la tensión y la resistencia de carga, y el circuito tanque LC en realidad no tiene nada que ver en ello...

...Llego a la conclusión que el problema es la impedancia. El diodo túnel es un componente de baja impedancia, según características del datasheet, sobre los 6 Ohms, (claro que está en ruso y la interpretación de los datos escritos en caracteres cirílicos no pasa de ser especulativa), pero además he visto circuitos en que se ataca a diodos semejantes con bajas tensiones, del orden de 1,5 Volts y resistencias igualmente bajas, de 50-100 Ohms formando un divisor de tensión con otra de tan solo 10 Ohms. En mi caso prefiero ser conservador y ataco el túnel con un divisor de 100 y 22 Ohms. Desacoplo la salida con un condensador de poliester de 1 uF y cambio la bobina de algunos mH anterior por otra devanada sobre un plástico de 4 mm y tan solo 16 espiras..

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Y ahora sí, con una tensión de polarización de tan solo 0,2 Volts ya veo una franja de señal en la pantalla del osciloscopio, aumento la base de tiempos y puedo observar que tiene una bonita forma senoidal, de una amplitud rondando los 80 mV y una frecuencia de 3 Mhz...

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...Así que éste es mi primer oscilador con un diodo túnel... Un circuito más sencillo imposible que puede ser útil en muchas ocasiones...

Continuará...

Saludos a todos
 
En esta serie de improvisadas pruebas con elementos semiconductores había una que hacía tiempo que deseaba probar. Era ni más ni menos que construir un transistor de efecto de campo FET. De hecho este tipo de transistores fue el primer tipo que se intentó conseguir a partir de los años 20, sin duda por la similitud de funcionamiento con una lámpara termoiónica, en que un electrodo crea un campo eléctrico que controla el paso de una corriente entre otros dos...

...Es posible que un tal Julius Llienfeld lo consiguiera en 1925, de hecho registró algunas patentes y hasta afirmó haber construido un receptor de radio con su invento... pero otros investigadores repitieron sus experiencias y no pudieron repetir el efecto. En 1947, William Shockley, de los laboratorios Bell, llevaba un par de años trabajando en el desarrollo de un transistor de efecto de campo, y en algunas pruebas a partir de una tensión que aplicada a un electrodo aislado, conseguía modular la corriente que circulaba por un pequeño rectángulo de germanio, aunque tal modulación no superaba el 20% de la intensidad inicial...

...En diciembre de este mismo año Bardeen y Brattain, también de los laboratorios Bell, inventaron el transistor de puntas de contacto, considerado el primer transistor operativo de la historia, y Shockley, que en realidad era el jefe de ambos, espoleado por el amor propio tuvo que dejar el desarrollo del FET para centrarse en la nueva vía, consiguiendo en apenas un mes desarrollar un nuevo tipo de transistor denominado "de unión", mucho más estable que el de puntas, de mayor ganancia de corriente y que permitió industrializar los procesos de producción de semiconductores que en un rápido avance tecnológico ha acabado por cambiar el mundo.

...Mientras tanto, el FET tuvo que esperar a que Shockley retomara las investigaciones y consiguiera patentarlo en 1951...

En mi caso no he utilizado germanio, si no que he tomado como base una experiencia de Nyle Steiner con una celula fotoeléctrica LDR de sulfuro de cadmio a la que pegó una cinta aislante sobre su cara plana, y luego sobre ella depositó una gota de agua que hacía las veces de electrodo de control. Después alimentó ambos extremos de la LDR con 175 Volts e insertó un microamperímetro para controlar la variación de corriente.

...Una vez tuvo el montaje acabado, con una fuente variable de 175 volts polarizó la gota de agua que hacía de improvisado "gate", y según sus propias palabras pudo observar como la aguja del microamperímetro "oscilaba ligeramente al variar entre 75 y 175 Volts la tensión de control"...

Yo he pensado que esta montaje puede mejorarse, tanto en el montaje mecánico, ya que utilizar una gota de agua como electrodo es una chapuza, como en el hecho que el transistor FET funciona mediante la acción del campo eléctrico creado por la puerta que por influencia cambia el número de portadores en el elemento conductor, por este motivo es fundamental que ambas partes estén lo más cerca posible una de la otra, aunque naturalmente deben permanecer aisladas entre sí.

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1 ) ...Para conseguir esto quiero prescindir de la cinta aislante de Steiner y de la mayor parte de la resina de protección de la LDR, dejando la capa más pequeña posible pero que no obstante siga aislando la pista en "S" del sulfuro de cadmio. Para ello he tomado una pequeña lima plana de diamante y con mucho cuidado he ido retirando la resina con un pequeñísimo ángulo hasta que he visto que comenzaba a marcar la base sensible por ambos bordes, con lo cual me aseguraba que la parte central activa no resultara afectada...

2 ) ...Lo siguiente ha sido depositar una gota de pintura de plata sobre la delgada capa de resina que ha quedado, y tras esperar que se secara he comprobado con el téster que no tenía contacto eléctrico alguno con los terminales de la propia LDR. La velocidad de secado la he acelerado con un soplador de aire caliente regulado a 100 Cº, aunque en el componente he intentado evitar un calentamiento superior a 40-50, porque si el disolvente de la pintura conductora se evapora muy rápido puede llegar a formar burbujas que rompen la uniformidad de la capa.

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3 ) ...A continuación he montado la célula en un soporte y le he colocado un delgado cable de cobre que hacía contacto sobre la gota de plata, añadiendo un poco más de pintura conductora para que el contacto eléctrico tenga más consistencia...

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4 ) ...Tras acelerar de nuevo el secado de la plata he inmovilizado este contacto con cianocrilato, proceso que he repetido hasta conseguir una especie de encapsulado transparente del que salen tres patas, las dos iniciales de la LDR más la añadida de la nueva puerta o "gate" de control.

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5 ) ... Una vez en este punto le he dado a la cápsula tres manos de pintura negra acrílica, que también he secado con aire caliente, y que me permitirá realizar las experiencias con luz natural, mientras que Steiner debía hacerlo prácticamente a oscuras, con lo cual no podía ver los instrumentos de medida.

6 ) ... Monto el improvisado transistor en mi base de pruebas y utilizo la tensión variable de hasta 100 Volts en continua para poder polarizar el "gate", mientras que la tensión de polarización de 20 Volts de los terminales que deberán conducir la corriente la obtengo de una fuente de alimentación externa...

7 ) ...Ambos parámetros los controlo mediante un voltímetro digital (en la próxima imagen el téster gris oscuro de la derecha) entre el "gate" y el "surtidor" y un microamperímetro (el téster amarillo de la izquierda) también digital entre el "drenador" y la fuente de + 20 Volts. Parece conveniente que exista un pequeña corriente inicial, la cual estableceré de forma óptica por la pequeña cantidad de luz que pueda filtrarse a través de las capas de pintura negra.

8 ) ...No obstante, al dar corriente de +20 Volts observo que la intensidad se me dispara a más de 500 uA, excesivo. Por lo que sea a través de la pintura penetra más luz que la que esperaba. Para evitarlo coloco sobre el "transistor" una pequeña capucha de plástico termorretráctil, la cual puedo subir y bajar ligeramente y así controlar la ínfima cantidad de luz que llega al interior del elemento.

9 ) ...Con la iluminación normal de mi taller y la polarización de la puerta a cero ajusto la corriente en vacío a 5 uA. Luego comienzo a subir la tensión de puerta observando que los 5 uA disminuyen en vez de subir, con lo cual actúo sobre el conmutador inversor de tensión de mi base de pruebas y ahora, aplicando una polarización negativa a la puerta veo como la intensidad de "drenador" sube de forma apreciable. En este caso no es la oscilación "apenas perceptible" de Steiner, si no que variando la tensión de gate entre 0 y 100 Volts, la corriente de drenador varía entre 5 y 17,5 uA, es decir, un 350% de la inicial, también mucho más del 20% que conseguía Shockley en sus experimentos.

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10 ) ...En cuanto a las curvas obtenidas son las de la siguiente imagen, en que la azul representa la corriente de drenador en uA en función de los Volts de polarización negativa de puerta, y la roja es la variación de resistencia drenador-surtidor en función de la misma polarización.

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11 ) ...Este improvisado FET actúa, esto es indudable, aunque sus características no tengan nada que ver con un transistor FET real. Su impedancia de salida es muy alta, por los datos que de la curva que he obtenido, la resistencia del sulfuro de cadmio varía entre 4 y 1,1 Megaohms, lo que nos daría una impedancia media de 2,55 Megaohms...

12 ) ...En estas condiciones y visto que las curvas son bastante lineales, si insertáramos en una resistencia de carga de 2 Megaohms entre el drenador y la fuente de +20 Volts, al polarizar la puerta entre 0 y 100 Volts obtendríamos tensiones máxima y mínima de:

20 x 4 / (2 + 4) = 13,33 Volts
20 x 1,1 / (2 + 1,1) = 7,07 Volts

...lo cual nos da un cambio de tensión de salida de 13,33 - 7,07 = 6,26 Volts y por tanto una ganancia en tensión de 6,26 / 100 = 0,062, es decir, del 6,2% de la señal de entrada... que siendo un valor mucho más alto al obtenido por Steiner puede parecer poco, pero debemos tener en cuenta que la ganancia en potencia es en cambio altísima, virtualmente infinita, ya que la "puerta" es un elemento aislado y su consumo de corriente, y por tanto de potencia, es cero.

...Esto será siempre en funcionamiento estático, claro está, en el dinámico existirían al menos pérdidas por los pocos pF de capacidad del "gate" y por un extraño fenómeno de disminución de corriente de drenador que puede tener causas térmicas o de generación de portadores, y que con las pruebas parece "cansar" el componente, necesitando un cierto "reposo" para recuperar los valores iniciales.

...En fin, hasta aquí la primera parte de la experiencia con este improvisado transistor de efecto de campo. La segunda parte será "hacerlo trabajar" a más tensión de drenador y con una señal de entrada. A ver que podemos conseguir en la salida.

Un saludo a todos
 
Última edición:
Aprovecho para insertar un mensaje que en realidad es de un tema anterior, el de mi diodo de germanio OAhag!, y son unas curvas que en su día tomé con el primitivo trazador y que ahora he repetido con el circuito perfeccionado...

En esta imagen el diodo OAhag! montado en los terminales del trazador de curvas. La raya roja corresponde al ánodo y la negra al cátodo. En las gráficas, los valores verticales "Y" de corriente se han tomado sobre una resistencia de carga de 1 Kohm...

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En la primera imagen el eje X es de 10 V/div y el eje Y es de 10 mA/div. Aquí pueden verse la curva típica de cualquier diodo de germanio comercial. Es posible que las características hayan variado un poco en los dos meses transcurridos desde que construí este diodo, pero en todo caso parecen haber mejorado con respecto a las curvas numéricas del principio, especialmente en cuanto a la conducción directa. La inversa se mantiene en unos reducidos 11 uA a -10 Volts.

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En la segunda imagen el eje X es de 1 V/div y el eje Y es de 1 mA/div (aumentando las variaciones x10 respecto a la medida anterior). Aquí ya puede verse bien la tensión de umbral, sobre los 0,2 Volts, también un valor típico, aunque es posible que al ser un diodo medio "Schottky", de contacto semiconductor-metal, sea incluso algo inferior...

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En la tercera imagen el eje X es de 0,2 V/div y el eje Y es de 0,2 mA/div, con lo cual multiplicamos las variaciones x5 con respecto a la imagen precedente y x50 con referencia a la anterior a ésta. Aquí lo interesante es observar la curva del codo de conducción, en la que vemos que en realidad el umbral es más pequeño de 0,2 Volts. Ya que prácticamente comienza a conducir con pocos milivolts, separándose al principio lentamente del cero para ir incrementándose de forma geométrica después.

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Un saludo a todos
 
Sí, naturalmente que es posible hacerlo. Como muestra una de las curvas que obtuve, las características tan vez no sean tan buenas como en un diodo comercial pero sin duda serán mucho mejores que con la galena o la pirita...


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Un saludo
 
Sí, naturalmente que es posible hacerlo. Como muestra una de las curvas que obtuve, las características tan vez no sean tan buenas como en un diodo comercial pero sin duda serán mucho mejores que con la galena o la pirita...


OAhg_006.jpg



Un saludo
? Y que tal armar uno "Galena" con ese diodo cuando tuver un tienpo libre ? , !serias barbaro y incluso podrias aportar por aca !.
!Congratulaciones por tu trabajo !.
Att,
Daniel Lopes.
 
Pues cuando tenga tiempo montaré uno, Daniel Lopes. Hace tiempo que no hago nada con circuitos de radio. El problema que tengo en mi casa es que la recepción es muy mala. Hay tantas interferencias a causa de todas las fuentes de alimentación de los electrodomésticos y las lámparas de LED, que desde la onda larga hasta media onda corta, sólo se escucha un seguido de ruidos...

...Reemprendo el tema de transistor de efecto de campo con una LDR...

¿Recordáis que ayer comenté que este improvisado FET se "cansaba"? ...Un efecto ciertamente extraño, ya que al ir realizando pruebas iba perdiendo ganancia, y era necesario dejarlo un tiempo sin tensión para que se recuperara ...Pues de hecho también observé que esta "recuperación" era menor a cada ciclo, y esta mañana la tensión negativa aplicada a la puerta (llegando incluso a los -100 Volts) apenas ya causaba variación de la corriente drenador-surtidor. En cambio la LDR como tal, quitándole la pintura negra parecía mantener la misma sensibilidad a la luz...

...Raro, muy raro, porque las intensidades implicadas al trabajar como transistor de efecto de campo eran bajísimas, de un máximo de 17 uA, y por lo tanto podemos descartar efectos térmicos, cuando en funcionamiento normal esta fotocélula trabajaría con intensidades mucho más grandes, al menos de algunos miliamperios...

...En fin, es otro misterio de la física. Sin duda algún cambio ocurre en el sulfuro de cadmio, que no le hace perder la sensibilidad a la radiación luminosa pero sí al campo eléctrico. El problema es que hay muy poca información disponible de este semiconductor, al menos al nivel que pueda explicar este extraño fenómeno. En todo caso este componente se ha "agotado" para las experiencias que realizo, pero no voy a tirar la toalla... Reúno otros tipos de LDR que tengo en mis cajas, a ver que puedo hacer con ellas....

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...Y seguramente debo tener algunas más... en otra caja encuentro una que recuerdo que era de mi antiguo juego de construcción electrónica "Ingeniero Electrónico Philips", y también un par más de un tamaño enorme comparadas con el resto, tienen 2 cm. de diámetro y una superficie aparente de la pista de sulfuro de cadmio considerable, con lo cual creo que la voy a probar. Además, en este caso la capa de epoxi de protección parece muy delgada, lo cual también puede ser bueno para la sensibilidad...

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El procedimiento seguido es el mismo que con la LDR anterior. Cubro con pintura de plata conductora la parte de la superficie que comprende la "S" repetida de la pista de CdS, dejo secar, y luego añado un delgado hilo de cobre que también cubro con pintura conductora, y que será la conexión de electrodo de "gate"

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...En este caso no he acelerado proceso de secado con aire caliente, y en unas 12 horas estaba a punto para inmovilizar el electrodo con unas gotas de cianocrilato... pero esta vez ha ocurrido un problema nuevo, y es que al probar el aislamiento entre el electrodo de control y la pista de la LDR me he encontrado que había una resistencia muy baja, de muy pocos ohmios, con lo cual era evidente que la pintura conductora se había cortocircuitado con el substrato...

...Por lógica, el cortocircuito debía estar en los bordes de la fotocélula, ya que era donde la capa de epoxi aislante era de menor grosor... además en esta ocasión he utilizado un tipo distinto de pintura de plata, ya que la anterior se me acabó, y parece ser que el disolvente de esta nueva pintura ha reblandecido la capa aislante ...Así que con mucho cuidado voy rascando con el filo de un cúter los bordes que pudieran estar eléctricamente unidos hasta que de golpe el cortocircuito desaparece. En este punto protejo las zonas dañadas con una delgada capa de cianocrilato y también fijo el hilo de cobre.

Seguidamente protejo toda la célula de la luz, pero para esta prueba experimental no utilizo pintura negra, ya que en la otra LDR observé que con tres capas seguía siendo algo transparente y cualquier lámpara cercana afectaba bastante a la conducción, incluso con valores que quintuplicaban los 17 uA de intensidad máxima... Para ir rápido utilizo plastilina negra, que sin duda es mucho más opaca. En la siguiente imagen se ve el componente a punto de probar, después de asegurarme con el téster que en efecto está totalmente aislado de la luz...

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Ahora toca probar este nuevo e improvisado "transistor de efecto de campo". Lo monto en la base comprobadora, coloco la tensión de polarización del "gate" a cero, en continua y con polaridad negativa, y conecto la fuente de +20 Volts al drenador, controlando con el microamperímetro la intensidad que pasa en vacío...

...En un principio los valores son algo altos, sobre los 20 uA, pero lo peor es que parecen oscilar, como si el semiconductor CdS generara algo de ruido. Voy bajando la tensión de alimentación y a los 10 Volts ha cesado este efecto, quedando la intensidad estabilizada sobre los 3,6 uA, que en esta ocasión se mantiene sin polarización óptica...

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...Seguidamente comienzo a dar tensión negativa de polarización al "gate", y observo como sube la corriente de drenador, pero lo está haciendo en un grado mucho más grande que con la otra LDR, hasta el punto que si con la anterior conseguí pasar de 5 a 17,5 uA con una excitación de puerta de -100 Volts, en este caso pasa de 3,6 a 70 uA con tan sólo -10 Volts... IMPRESIONANTE... esta LDR presenta una sensibilidad al "Efecto de Campo" 53 veces mayor que la anterior...

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Los cálculos son:

CdS-FET anterior: 17,5 - 5 = 12,5 uA 12,5 / 100 = 0,125 uA/Volt
CdS-FET actual: 70 - 3,6 = 66,4 uA 66,4 / 10 = 6,64 uA/Volt
Relación entre ambos 6,64 / 0,125 = 53,12 veces

...De momento no he superado los -10 Volts de polarización en el "gate" y +10 de alimentación del "drenador", de alguna manera pienso que el efecto de "agotamiento" del sulfuro de cadmio, sea cual fuere la causa física que lo produzca, pueda haber sido causado por la tensión relativamente alta de -100 Volts del primer electrodo o de +50 en el segundo, que también llegué a probar, y prefiero ahora ir despacio y no cargarme también este nuevo componente. Mañana seguiré con las pruebas, porque esto promete, ahora ya estamos hablando de impedancias de "drenador" con una media de 280 Kohms, en vez de los 2,55 Mohms anteriores... y con tensiones muchísimo más bajas, compatibles con cualquier circuito transistorizado... Veremos que sale de ello...

Un saludo a todos
 
Última edición:
...De momento no he superado los -10 Volts de polarización en el "gate" y +10 de alimentación del "drenador", de alguna manera pienso que el efecto de "agotamiento" del sulfuro de cadmio, sea cual fuere la causa física que lo produzca, pueda haber sido causado por la tensión relativamente alta de -100 Volts del primer electrodo o de +50 en el segundo

Hablando de agotamiento podrías probar con esas bajas tensiones durante mas tiempo a ver si se produce algún efecto :unsure:
 
Es complicado, DOS METROS, porque parece haber muchas variables y por una cosa que aclaro me aparecen tres incógnitas más.

Esta tarde he decidido apurar un poco la LD-FET-02, como llamo a la LDR grande, y mi sorpresa ha sido que al conectarla, darle tensión y polarización, ha resultado que no ha hecho nada, pero nada de nada. La intensidad en vacío era apenas de 1 uA, y por mucha tensión que le diera a la puerta, no cambiaba ni un ápice... Me ha pasado igual que con la LDR pequeña, pero el caso es que ayer no la apreté en absoluto, y cuando la apagué funcionaba sin problemas...

Entonces me he preguntado ¿qué había cambiado desde ayer? ...pues sencillamente que la LDR había estado a oscuras desde entonces... ya que seguía con la cobertura de plastilina negra de más o menos 2 mm. de grosor...

...Y como no había nada que perder, he levantado una parte de la plastilina de la parte baja de la célula y le he aplicado una linterna de LED potente. El soporte es de cerámica traslúcido, y por lo tanto buena parte de la luz debería haber llegado a la pista de sulfuro de cadmio... ¿causaría esto algún cambio, o la cosa seguiría muerta para siempre?

...La cuestión es que he vuelto a sellar la plastilina, he conectado las tres patas al soporte de prueba, le he dado tensión y ahí estaba de nuevo el "Efecto de Campo", con las mismas características que ayer... Sin duda la presencia de luz reactiva los portadores del semiconductor, que luego deben autoregenerarse por si mismos mientras la célula tenga corriente. Posiblemente mañana volverá a estar "dormida", pero hoy me ha permitido de nuevo efectuar una serie de pruebas de un par de horas en que he podido "apretarla" sin problemas, subiendo la tensión de alimentación a 20 Volts y la de polarización igual que con la primera célula hasta los 100 Volts, aunque hoy, de forma incomprensible (otra incógnita) para que la corriente drenador-surtidor aumentara dicha polarización debía ser positiva con respecto al surtidor, cuando ayer era claramente negativa...

En esta primera imagen está la LD-FET-02 a punto de probar, con la alimentación de 20 volts dada, pero con la puerta a cero volts. La corriente de vacío es en este caso de 16 uA...

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...Y en esta segunda imagen, con la polarización a +100 Volts, la corriente de drenador ha alcanzado los 1.200 uA, es decir 1,2 mA, una intensidad ya considerable si tenemos en cuenta los márgenes en que nos movemos...

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Esta intensidad se mantiene de forma bastante estable, y se corta sin problemas al bajar la polarización de "gate" a cero volts... Lo que sí también he notado es que la respuesta en frecuencia de este improvisado FET es muy baja, posiblemente no llegue a 1/4 de ciclo por segundo, ya que mientras que el corte de polarización causa una caída relativamente rápida de la corriente, al aplicarla de nuevo sube de forma bastante lenta, como un condensador electrolítico que se cargara a través de una resistencia de alto valor (cuando la tensión en el "gate" aparece al instante)... Sin duda el fenómeno físico que permite la aparición de portadores por efecto del campo eléctrico, dista mucho de ser rápido, con lo cual, este FET en concreto no serviría para amplificar señales variables...

En fin, mañana un poco más...

Saludos a todos
 
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