Кристадинный генератор [Zn Negative Resistance Crystal Oscillator]

          В продолжение поиска передатчика «выживальщика» попробую завести «Кристадин» - генератор на кристадинном эффекте.
Схема передатчика на 80М взята с сайта экспериментатора Нила, (Nyle Steiner ), K7NS, http://sparkbangbuzz.com/

         В качестве активного элемента используем кусочки оцинкованного железа, обожжённого в пламени газовой горелки. Цинк от стаканчиков батареек АА не подошел, т.к. легко оплавляется в пламени, при этом оксидом явным образом не покрывается.

              Пламя направляем на одну сторону пластины до тех пор, пока ее цвет не станет красно-желтым, и вы заметите искрящиеся вспышки. Рабочая сторона пластины (противоположная пламени покроется беловатым налетом и черными точками). Предположительно, налет – оксид цинка ZnO, который и является полупроводником, обладающим отрицательным сопротивлением на вольт-амперной характеристике, а темные пятна – соединение цинка и железа ZnFe2O3 (?).  По предположению Нила, рабочие - именно темные области пластины (Хотя полупроводник ли это?).
           Подключаем пластину к источнику положительной полярности (+), стальную иглу к (-). Начальное балластное сопротивление установим в 4.66 кОм, в дальнейшем следует искать оптимальное значение этого сопротивления, либо изменять напряжение на самом источнике.
         

         Возможность смены полярности пластины и иглы следует уточнить дополнительными экспериментами. Предположу, что возможно  использовать и медный проводок, который должен быть заострен (требуется еще эксперимент)

            За 30 минут поиска можно нащупать рабочую точку, которая легко исчезает, при малейшей вибрации стола, на которой стоит конструкция.

             Спектр сигнала генератора (снимается для качественной оценки, развязанным зондом, без оценки мощности)

             

         Осциллограмма сигнала снимается с нагрузки 10.14 КОм. 

        Теоретический график ВАХ кристаллического детектора с отрицательным дифференциальным сопротивлением S-типа показан ниже:

        

Измеренные граничные значения, при которых наблюдалась генерация показаны в таблице:

	Минимум	Максимум
Напряжение питания, В	11.4	16.64
Напряжение на переходе, В	5.5	6.5 *
Ток в цепи, мА	1.4	2.55

* Если игла не попала на рабочую точку, напряжение на переходе игла-пластина менее 20 мВт, т.е. имеет место контакт «металл-металл».

Оценим мощности, для средних значений: Up=15В, Upd=5В, Iср=2 мА. 

Pср=15*2=30 мВт средняя мощность всей конструкции;

Ppd=5*2=10 мВт мощность рассеяния на переходе.

По осциллограммам оценим выходную мощность на Rn=10.14 кОм

Для первой гармоники P1=Vpp*Vpp/8*Rн = 3 мкВт;

Для третей гармоники P3= Vpp3*Vpp3/8*Rн=0.49 мкВт.

Это гораздо меньше, значений, полученных Нилом (около 50 мкВт). 

Для построения вольт-амперных характеристик перехода, произвел три измерения. Три графика зависимости тока от напряжения на переходе представлены ниже:

Можно представить эти графики как зависимости напряжения от тока:

Видны области отрицательного дифференциального сопротивления, которые отличаются для разных контактных точек.

Выводы

Чем хорош кристадин, так это своей простотой!  Конечно, выживальщику понадобится найти кусок оцинковки (остатки крыш, лопат, ведра, оболочки батареек и т.п.), также сделать иглу, и простейший колебательный контур, вместо кварцевого резонатора.  Батарейку с напряжением 15…18 В можно собрать из отдельных элементов, сопротивления изготовить из кусочков графита (угля). 

 А теперь о минусах: 

-Найти точку непросто. Тем более не просто контролировать наличие генерации! Даже если вы изготовите ключ и будете настукивать телеграфом, как узнать, что передача действительно идет?

-Рабочая точка легко уходит от малейшей вибрации иглы

-Рабочая поверхность разрушается от попыток поиска рабочей точки. Да, да, поработав с одним кусочком, понимаешь, что «рабочие» точки закончились и надо брать новый!

-Предел рабочих напряжений полупроводникового перехода не велик – около 1 В.

- Выходная мощность исчезающе мала – 3 мкВт (в моем эксперименте), и можно допустить до 100 мкВт в опытах Нила, что тоже очень мало

- Сложность согласования с антенной. 

Интересно получить колебания для диапазонов 40М и 20М, но, похоже это будет не просто! Смогут ли принять такие сигналы? – В пределах прямой видимости, скорее всего – да. А вот пространственной волной через ионосферу уже вряд ли. Известны случаи радиосвязей на диапазоне 20М при мощностях 500-1000 мкВт, но это единичные события.

Дополнительная информация:

[1] http://sparkbangbuzz.com/  Nyle Steiner's, K7NS site;

[2] https://ru.wikipedia.org/wiki/Кристадинный_эффект ;

[3] https://masterok.livejournal.com/1178178.html  "Изобретение инженера Лосева".

Для связи mail:  R2AJA @ mail  точка  ру

Лавриненков Игорь / R2AJA