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MC1-1315-用一副臂长约 10cm 的小偶极天线并联一个晶体二极管和直流微安表,做一个简单的射频场强表。关于选用硅二极管还是锗二极管,正确的考虑应当是

MC1-1315 解析自制射频场强表选用锗管还是硅管。文中对比锗 0.3 伏与硅 0.7 伏的起始导通电压及其禁带宽度成因,说明 10 厘米小偶极接收电压极弱、平方律检波下门槛决定灵敏度,并指出两种管子在反向漏电与温度稳定性上的取舍。

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【题目编号】MC1-1315

【题目】用一副臂长约 10cm 的小偶极天线并联一个晶体二极管和直流微安表,做一个简单的射频场强表。关于选用硅二极管还是锗二极管,正确的考虑应当是:

【答案】A

[A]锗、硅二极管的起始导通电压分别为 0.3V 和 0.7V。选用锗二极管时场强表更为灵敏

[B]所有二极管都具有同样的单向导电特性。采用锗、硅二极管的效果完全相同

[C]硅二极管的反向击穿电压比较高。选用硅管可以延长仪表的使用寿命

[D]无关锗或硅二极管,这种电路过于简单,无法工作

考点速览

这道题考在自制简易场强表时,选用锗二极管还是硅二极管的取舍。表面上是元件选型,实质上是"起始导通电压如何影响小信号检波灵敏度"这一条电路原理。题目给出的四种说法里,只有一种既给出了正确的数值对比,又得出了正确的结论方向。这类题的关键是先想清楚:天线送到二极管上的电压到底有多大。

原理与依据

先看信号幅度。用一副臂长约 10 cm 的小偶极天线加二极管和微安表做场强表,天线尺寸远小于波长,属于电小天线,接收效率很低;空间电波在这样短的天线上感应的射频电压通常只有毫伏到几十毫伏量级。而二极管要开始明显导通,必须先克服 PN 结的起始导通电压。

再看门槛数值。锗二极管的起始导通电压约 0.2 至 0.3 V,工程上常记 0.3 V;硅二极管约 0.6 至 0.7 V,常记 0.7 V。差异的根源是材料的禁带宽度:锗约 0.66 电子伏,硅约 1.12 电子伏,禁带越宽,结区势垒越高,正向门槛也越高。

两者一比就清楚了。天线送来的几十毫伏电压,连硅管 0.7 V 的门槛都远够不着,硅管几乎不导通;换成锗管,门槛只有 0.3 V,虽然仍高于信号幅度,但已经接近得多,管子能进入微导通状态,检波输出明显增大。小信号检波的特性接近平方律,也就是检波输出与输入射频电压的平方相关,因此门槛电压对灵敏度的差别会被放大。这就是"选用锗二极管时场强表更为灵敏"的物理原因。

不过灵敏度不是唯一考量。锗管的反向饱和电流比硅管大两三个数量级,硅管在纳安量级、锗管在微安量级,漏电大意味着读数会随温度明显漂移,温度一高表针就自己跑。同时锗管的结电容与温度稳定性也不如硅管。所以实际取舍是:追求微弱信号下的灵敏度用锗管或肖特基管;追求读数稳定、耐温性好用硅管;而肖特基二极管的门槛约 0.2 至 0.4 V,比锗管更低且速度快,是更好的折中方案。

逐项辨析

选项 A 正确。它明确给出锗、硅二极管起始导通电压分别为 0.3 V 和 0.7 V 的对比,并据此得出选用锗管更灵敏的结论。数值与结论方向都成立,是本组里唯一完整正确的表述。

选项 B 错误。它说所有二极管单向导电特性相同、采用锗管与硅管效果完全一样。单向导电是二极管的共性,但起始导通电压、反向饱和电流、结电容、反向恢复时间这些参数差异很大,而检波灵敏度直接取决于门槛电压的高低,效果不可能相同。把共性当成全部,是这类判断题的典型陷阱。

选项 C 错误。它说硅管反向击穿电压比较高,选用硅管可以延长仪表使用寿命。反向击穿电压描述的是反向能承受的最高电压,与正向小信号检波灵敏度无关;检波电路工作时二极管处于微小正偏附近,并不依赖反向击穿特性。反向耐压高既不代表更灵敏,也不直接等于使用寿命更长,属于把不相关的参数硬扯上因果关系。

选项 D 错误。它说这种电路过于简单、无法工作。结构简单与能否工作不是一回事:天线加二极管加微安表是业余无线电里常见的相对场强指示电路,虽然读数需要标定、精度有限、受温度影响,但它确实能工作,用来比较天线方向、判断是否有射频输出都很实用,说"无法工作"与事实不符。

易混淆点

第一组是起始导通电压与反向击穿电压。前者是正向参数,决定小信号检波的门槛;后者是反向参数,决定能承受多高的反向电压,稳压二极管正是利用反向击穿特性工作。两个参数的符号方向、物理含义完全不同,不能互相替代。

第二组是灵敏度与稳定性。锗管灵敏度高但漏电大、温漂大;硅管灵敏度低但稳定。选型要看应用场合:做微弱信号检波偏灵敏,做功率整流偏稳定。第三组是把"电小天线接收电压低"这一点忽略掉。如果天线尺寸足够大、信号足够强,两种管子的差别会缩小;正是因为在 10 cm 量级的小天线上信号极弱,门槛电压的差别才被放大成可观察的灵敏度差异。

应试要点

背两个数:锗 0.3 V、硅 0.7 V。小信号检波要灵敏度选锗管(或门槛更低的肖特基管),要温度稳定选硅管。凡是说"两种管子效果完全相同"或者"简单电路不可能工作"的表述,一律排除。

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