Eigene Diode mit Zinkoxid basteln

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo!

Ich mache einen eigenen Beitrag auf, um meinen Faden "Physikprojekte" 
nicht zu belasten. Es geht um den Bau einer einfachen Diode.

Gestoßen bin ich auf dieses Projekt hier: 
https://www.sauerampfer-online.de/zinkdiode/diode.html

Benötigt werden ein verzinktes Stahlblech, Kupferdraht, einen Brenner 
und ein Oszilloskop. Das verzinkte Stahlblech wird mit dem Brenner nur 
auf einer Seite (!) zur Rotglut gebracht. Auf der anderen Seite sollte 
sich dann gelbliches bzw. weiß-poröses Zinkoxid bilden. Dieses 
kontaktiert man dann vorsichtig mit einem feinen Kupferdraht, fertig ist 
die Diode.

Zum Testen schließt man die Diode und einen Vorwiderstand ans 
Oszilloskop im xy-Modus. Auf der x-Achse liegt dann die Spannung über 
die Diode, auf der y-Achse die Spannung über den Vorwiderstand = Strom 
durch die Diode. So weit so gut.

Eine richtige Stelle auf dem verzinkten Stahlblech zu finden, ist ein 
ziemliches Geduldsspiel. Ich erhalte dann aber mit etwas Glück eine 
Kennlinie, die einer Diode zumindest ähnelt.

Ich habe dann eine echte Diode auf diese Weise "vermessen" und bekomme 
eine doch eigenartige Kennlinie heraus. Kann mir jemand von den Profis 
vielleicht erklären, warum ich so eine von der idealen Diodenkennlinie 
doch recht stark abweichende Kennlinie erhalte? Danke im voraus...

[Marek N. (db1bmn)]

Sehr interessantes Experiment thumbsup

Die "Schleifen" im XY-Diagramm deuten auf eine kapazitive Komponente 
hin.
Beulen/Knoten auf Oberwellen. Wie schaut dein Digramm aus, wenn du 
einfach nur einen Widerstand misst? - Müsste eine Diagonale sein.

Hier gibts ein paar Beispiele, wie die Diagramme aussehen sollten: 
https://elexs.de/oszi3.htm

[Marek N. (db1bmn)]

Marek N. schrieb:
> kapazitive Komponente

Mach mal bitte die AC-Kopplung der Kanäle aus.

[Christoph E. (stoppi)]

Marek, du bist der beste, vielen, vielen Dank.

Es war wirklich die AC-Kopplung. Das habe ich total übersehen. 
Normalerweise ist bei mir immer die DC-Kopplung aktiviert. Ich hänge 
dann am Nachmittag gleich Bilder an.

[Marek N. (db1bmn)]

Danke :-)
Bin gespannt!

[Christoph E. (stoppi)]

So, wie versprochen die Bilder.

Zuerst einmal eine echte/kommerzielle Diode. Nun erhalte ich genau die 
zu erwartende Kennlinie. Man müsste sie aufgrund der Messmethode (siehe 
Schaltplan) nur noch spiegeln.

Und auch mein verzinktes Stahlblech zeigt nun eine annähernde 
Diodenkennlinie bzw. eher eine Zenerdiodenkennlinie. Den Versuch kann 
ich aber allen empfehlen. Kostenpunkt: ca. 10 Euro für eine ganze 
Schulklasse.

Danke nochmals für die Hilfe, Marek. Wie gesagt, normalerweise befindet 
sich mein Oszilloskop nach dem Einschalten eigentlich im DC-Modus, 
deshalb stand ich auf der Leitung und habe es gar nicht überprüft. War 
nur schwer verwundert, warum ich selbst mit käuflichen Dioden keine 
passende Kennlinie erhalten habe ;-)

[Peter D. (peda)]

Christoph E. schrieb:
> Und auch mein verzinktes Stahlblech zeigt nun eine annähernde
> Diodenkennlinie bzw. eher eine Zenerdiodenkennlinie.

Doch eher die Kennlinie eines Varistors. Eine Gleichrichtwirkung ist 
kaum zu sehen.

Wiki:
"Zinkoxid-Keramik wird üblicherweise zur Herstellung von 
Metalloxid-Varistoren verwendet. Es zeigt hier aufgrund von 
halbleitenden Effekten an den Korngrenzen einen stark nichtlinear von 
der angelegten Spannung abhängigen Widerstand und dient als 
Überspannungsschutz."

[Marek N. (db1bmn)]

Sehr schön!
Das ist auch der Grund, warum z.B. korrodierte Stecker, insbesondere bei 
Sendern (CB-Funk, Amateurfunk, aber auch Radiosender sind nicht davor 
gefeilt) das Signal nichtlinear verzerren und somit unerwünschte 
Nebenaussendungen verursachen können.

[Michael B. (laberkopp)]

Christoph E. schrieb:
> Und auch mein verzinktes Stahlblech zeigt nun eine annähernde
> Diodenkennlinie bzw. eher eine Zenerdiodenkennlinie.

Ähm, nein.

quasi symmetrisch.

Aber wenn man den Nullpunkt verschiebt, kann man die Unsymmetrie nutzen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Wer denkt bei Zinkoxid ebenfalls an 'Kentucky Fried Movie'?

https://www.youtube.com/watch?v=uRdZg-ph_U4

[Helmut -. (dc3yc)]

Mein verstorbener Onkel hatte mir aus der Vorkriegszeit einen Detektor 
vererbt, der aus einem Pyritkristall und einem federnden Draht bestand. 
Um einen Diodeneffekt zu erzeugen, musste man mit der Feder eine 
passende Region finden, damit man mit einer Langdrahtantenne, einem 
Schwingkreis und einem Kopfhörer Rundfunksender empfangen konnte.

[Carypt C. (carypt)]

Ganz unbedarft würde ich sagen es sind 2 Dioden in beide Richtungen, 
irgendwie. Gut auch der Einwurf mit dem Varistor.

[Guido B. (guido-b)]

Carypt C. schrieb:
> Ganz unbedarft würde ich sagen es sind 2 Dioden in beide Richtungen,
> irgendwie. Gut auch der Einwurf mit dem Varistor.

Naja, es gibt einen Unterschied zwischen Durchlass- und Sperrspannung
von knapp 0,4 V. Das ist ja auch der Grund, der das Material für VDRs
geeignet macht.

[Tom (tom_major)]

Besser geht es vermutlich mit Kupferoxid, siehe
https://de.wikipedia.org/wiki/Kupferoxydul-Gleichrichter

Die Herstellung geht analog zu Zink, nur eben mit einem Stück 
Kupferblech oder Kupferdraht. Kann dann auch großflächig kontaktiert 
werden, nicht nur mit einem Spitzenkontakt.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

auch ich habe in den 80ern mit einem Bleisulfit-Brocken (auch bekannt 
als Galenit) experimentiert. Ähnlich wie bei Zinkoxid war es eine 
Mischung aus Glück und Geduld, mit einem zugespitzten Kupferdraht eine 
geeignete Kristallstelle zu finden.

In einem einfachen Kristallempfänger mit einer Langdrahtantenne für den 
Kurzwellenbereich lieferte mein Versuchskristall über 1 mA 
gleichgerichteten Strom – genug, um auf 1260 kHz sogar einen leisen 
Lautsprecherbetrieb zu ermöglichen.

Am Tektronix 576 zeigte die Kennlinie ein sehr ordentliches Bild. 
Besonders auffällig: die deutlich niedrigere Vorwärtsspannung im 
Vergleich zu einer Germaniumdiode. Schon faszinierend, was man mit einem 
unscheinbaren Stück Mineral und etwas Geduld aus dem Äther holen konnte.

https://en.wikipedia.org/wiki/CFRN_(AM)

Viele Grüße
Gerhard

[Manfred K. (4for)]

Marek N. schrieb:
> Amateurfunk, aber auch Radiosender sind nicht davor
> gefeilt) das Signal nichtlinear verzerren und somit unerwünschte
> Nebenaussendungen verursachen können.

Mischprodukte und damit Störungen gab es um 1980 rum an den rostigen 
Drähten von Hopfengärten - war ein lustiges gebrodel..
siehe auch https://www.db0xf.de/chronik

[Tom (tom_major)]

Hab grade mal mit dem Komponententester vom Hameg gespielt.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für eure Beiträge.

@Major Tom: Habe mir doch gleich dank deiner Anregung einen Brocken 
Bleiglanz (Galenit) besorgt. Dass mit dem Pyrit in ganz simplen 
Radioempfängern wusste ich bereits.

Hast du einfach ein kleines Stück des Minerals mit zwei Drähten 
kontaktiert? Vielleicht könntest du ja ganz kurz deinen Aufbau hier 
dokumentieren, danke. Deine Kennlinie sieht ja perfekt aus...

Ein weiterer Versuch mit meinem Zinkoxid brachte die angehängten 
Kennlinien zu Tage. Sie verlaufen nun deutlich flacher, um dann (leider) 
symmetrisch sowohl bei positiver wie negativer Spannung stark 
anzusteigen. Eventuell mache ich ja noch einen Fehler, z.B. glühe zu 
wenig/zu stark aus...

[Tom (tom_major)]

Oh Mann, Schande auf mein Haupt, verschiebt meinen letzten Beitrag nach 
"Fehler zum Nachbauen"! Statt nach einer Meßspitze zu kramen habe ich 
einfach ein Drahtende der zuletzt am Haken hängenden Si-Diode auf den 
Kristall gesetzt und dabei die Si-Diode mitgemessen...

Mit echter Meßspitze schaut es ähnlich aus wie bei dir, symmetrisch und 
ziemlich weich, ähnlich x³-Graf 
https://www.mathematische-basteleien.de/kubisch.htm

An anderen Stellen misst man nur einen ohmschen Widerstand.

[H. H. (hhinz)]

Christoph E. schrieb:
> Habe mir doch gleich dank deiner Anregung einen Brocken
> Bleiglanz (Galenit) besorgt.

Sieht ziemlich polykristallin aus, taugt als Detektor nichts.


Hübsche Seite zum Detektor:

https://www.welt-der-alten-radios.de/detektor-kristalldetekoren-316.html

[Christoph E. (stoppi)]

@Tom: Haha, kann jedem passieren. Ich habe wie schon erwähnt nicht die 
AC-Kopplung der Tastköpfe gesehen. Danke für die Richtigstellung.

@hinz: Danke dir für den Hinweis. Ich werde es aber auf alle Fälle 
probieren. Zur Not schummel ich ein wenig wie Tom 😉

[Tom (tom_major)]

Hier die echte Kurve mit dem Bleiglanz - kann auch Pyrit sein, das gibt 
es auf dem Mischkristall auch, neben Quarz. Aber wie zum Teufel kann da 
eine Gleichrichterwirkung entstehen, nur durch minimale Unterschiede auf 
der Plus- und Minusseite?

[H. H. (hhinz)]

Tom schrieb:
> Hier die echte Kurve mit dem Bleiglanz -

Keine Gleichrichtung zu sehen.

[Marek N. (db1bmn)]

Da muss nichts gleichrichten im Sinne einer Ventilwirkung.
Es genügt die Krümmung der Kennlinie.
Durch die Taylor-Reihen-Approximation (Swifties wissen Bescheid) gibt es 
Terme mit x^n mit n >= 2 und somit wird durch den Träger das AM-Signal 
ins Basisband zurückgemischt.

[Tom (tom_major)]

Marek N. schrieb:
> Krümmung der Kennlinie

Ja, aber nur wenn sie in beiden Quadranten unterschiedlich gekrümmt ist. 
Sonst ist das zeitliche Mittel immer Null. Da is nix, nichtmnal unter 
0,5µV.

Oh, wenn das der ... sehen könnte: SEITENBÄNDER! Überall SEITENBÄNDER!

[Tom (tom_major)]

<ot>Andere fürchten sich nicht vor SEITENBÄNDERN, sondern

https://www.fischers-lagerhaus.de/thumbnail/af/1b/a7/1737144515/300891_1_600x600.jpg
</ot>

[Carypt C. (carypt)]

Warum muß es denn zur Rotglut gebracht werden, ich denke die Zinkschicht 
ist sowieso durch eine Oxidschicht passiviert ?
Zink hat man auch in Dachrinnen, obwohl es kein reines Zink ist, sondern 
Rheinzink

[Tom (tom_major)]

Wenn das Zink schon oxidiert ist braucht man nicht glühen. Ich habe mal 
mit einem Stück Zinkblech experimentiert, das ich vor Jahren aus einer 
Zink-Kohle-Batterie entnommen habe. Das hat einen weißen Belag, der auch 
wieder die symmetrische Kennlinie liefert. Kann Oxid sein, aber auch was 
anderes - aus wikipedia "Zink-Kohle-Zelle" werde ich nicht wirklich 
schlau.

Den Kristall habe ich nur benutzt, um das Zinkblech schräg zu stellen, 
sonst hat er keine Funktion.

[Kilo S. (kilo_s)]

Helmut -. schrieb:
> der aus einem Pyritkristall und einem federnden Draht bestand. Um einen
> Diodeneffekt zu erzeugen, musste man mit der Feder eine passende Region
> finden, damit man mit einer Langdrahtantenne, einem Schwingkreis und
> einem Kopfhörer Rundfunksender empfangen konnte.

Ich hab mein Set endlich komplett!

Der Halter für den Kristall ist von Record, bis wann würden die 
hergestellt?

[Marek N. (db1bmn)]

Tom schrieb:
> Oh, wenn das der ... sehen könnte: SEITENBÄNDER! Überall SEITENBÄNDER!

Du hast doch wohl nicht etwa einen Potilator verwendet? ;-)

[Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)]

Du könntest es mit einem selbstgebauten Nassgleichrichter versuchen. 
Einfach zu bauen aber sicher nicht der beste Gleichrichter.

Die Bastelvariante:

Marmeladenglas mit einer kräftigen Natronlösung (alias 
Natriumbicarbonat, alias Speisenatron). Zwei Elektrodestreifen, einer 
aus Blei, einer aus Aluminium. Die Oxidation an der Aluminiumelektrode 
soll für die Gleichrichtung sorgen.

Die Profiversionen waren wohl mit Schwefelsäure, Platin und Niob. Wegen 
der Schwefelsäure würde ich von abraten.

[Tom (tom_major)]

Natron mit Elektroden aus Alu und Zink liefert dies. Das entspricht 
einer Diode, der ein Kondensator von ca. 10µF parallelgeschaltet ist. 
Klar, Alu+Oxid in Natron bildet einen Elektrolytkondensator!

Wenn man das Alublech weiter rauszieht, verringert sich die Kapazität 
und man erhält eine bessere Gleichrichterkurve.

[Kilo S. (kilo_s)]

Tom schrieb:
> Das entspricht einer Diode, der ein Kondensator von ca. 10µF
> parallelgeschaltet ist.

Das hast du bei den Glaskolben (Detektordiode im Glasrohr) auch.

Es geht ja gar nicht ohne parallel Kapazität, offensichtlich liegen zwei 
"Platten" gegenüber.

Ich hab, mit Variometer als antenne, heute mal getestet... Grr! Das ist 
kein 2k Kristallhörer! <1k, muss mal einen "echten" hochohmigen 
Kristallhörer finden!

[Tom (tom_major)]

Besser wäre ein dynamischer Kopfhörer wie in diesem Angebot
https://www.ebay.de/itm/276932651555
Ist aber ein Zufallsfund, das gibt es sicher billiger! Auf dem letzten 
Bild ist zu sehen, dass der 2000 Ohm hat.

[Kilo S. (kilo_s)]

Tom schrieb:
> Besser wäre ein dynamischer Kopfhörer wie in diesem Angebot

Ich muss auch mal schauen, irgendwo fliegt bestimmt notfalls noch ein 
geeigneter übertrager rum.

Tom schrieb:
> das gibt es sicher billiger!

Ja, ich mein die dinger werden seltener, trotzdem ganz schön 
"ambitionierter" preis.

Aber so einen drehko und eine Korbspule dazu müsst ich auch im konvolut 
gehabt haben. Danke für den link! Ich schau mir gerne was ab bei 
fertigen geräten. ;)

[Peter D. (peda)]

Für 30€:

https://www.kleinanzeigen.de/s-anzeige/telefunken-eh-333-kopfhoerer-2000-ohm/3066199177-168-3957

[Christoph E. (stoppi)]

Der Galenit/Bleiglanz ist heute angekommen und natürlich versuchte ich 
sogleich seine Kennlinie aufzunehmen. Nach einigen Versuchen eine 
brauchbare Stelle zu finden zeigte sich dann auf dem Oszilloskop eine 
wunderschöne Diodenkennlinie. Und dies gänzlich ohne Schummelei ;-)

Hätte ich so nicht erwartet. Das erfreut natürlich das Herz des 
Experimentalphysikers, Heureka...

Gekostet hat mich der Bleiglanz mit Versand 11 Euro, eine sehr lohnende 
Investition.

[Tom (tom_major)]

Sehr schön! Und daran, dass die Kurve nach dem "Knick" in eine Gerade 
übergeht sieht man, dass der Durchlasswiderstand nicht unerheblich ist, 
letztlich der Materialwiderstand zwischen Kontaktierung und Spitze, 
vielleicht 200 Ohm.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Christoph E. schrieb:
> Nach einigen Versuchen eine
> brauchbare Stelle zu finden zeigte sich dann auf dem Oszilloskop eine
> wunderschöne Diodenkennlinie.

Bei mir sah es damals ähnlich aus. Der Radio Empfang war sehr klar 
damit.

[Marek N. (db1bmn)]

Als Kind habe ich mal Bleiglanz und Pyrit miteinander verwechselt.
Das war mir sehr peinlich und ich habe mich sehr geschämt dafür.