Kristallradio

Ein Detektorempfänger , auch Kristallradio genannt , ist ein einfacher Radioempfänger , der in den Anfängen des Radios weit verbreitet war. Er nutzt ausschließlich die Energie der empfangenen Radiowelle zur Tonerzeugung und benötigt keine externe Stromversorgung. Seinen Namen verdankt er seinem wichtigsten Bauteil, dem Kristalldetektor , der ursprünglich aus einem Stück kristallinem Mineral wie Bleiglanz gefertigt wurde . ^{[ 1 ] : 7–9} Dieses Bauteil wird heute als Diode bezeichnet .

Detektorempfänger sind die einfachsten Radioempfänger ^{[ 2 ]} und lassen sich mit wenigen, preiswerten Bauteilen wie einem Draht für die Antenne, einer Spule , einem Kondensator, einem Detektorkristall und Kopfhörern bauen . ^{[ 3 ]} Sie sind jedoch passive Empfänger, während andere Radios einen Verstärker nutzen , der über eine Batterie oder eine Steckdose mit Strom versorgt wird, um das Radiosignal zu verstärken. Daher erzeugen Detektorempfänger einen relativ schwachen Ton und müssen mit empfindlichen Kopfhörern gehört werden. Außerdem können sie Sender nur in einem begrenzten Umkreis des Senders empfangen. ^{[ 4 ]}

Die gleichrichtende Wirkung des Kontakts zwischen einem Mineral und einem Metall wurde 1874 von Karl Ferdinand Braun entdeckt . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] : 333} Kristalle wurden erstmals 1894 von Jagadish Chandra Bose [ ^{8 ] [ 7 ] : 291–308} in seinen Experimenten zur Mikrowellenoptik als Detektor für Radiowellen eingesetzt. 1902 verwendete G. W. Pickard sie erstmals als Demodulator für den Empfang ^von Funksignalen . ^{[ 9 ]} Kristallradios waren die ersten weit verbreiteten Radioempfänger ^{[ 10 ]} und der am häufigsten verwendete Typ während der Ära der drahtlosen Telegrafie . ^{[ 11 ]} Das preiswerte und zuverlässige Kristallradio wurde millionenfach verkauft und selbst hergestellt und war eine wichtige Triebkraft für die Einführung des Radios in der Öffentlichkeit. Es trug mit dem Beginn des Rundfunks um 1920 zur Entwicklung des Radios als Unterhaltungsmedium bei. ^{[ 12 ]} Hersteller wie die Crosley Radio Corporation vermarkteten während des frühen Rundfunkbooms preiswerte Kristallempfänger.

Um 1920 wurden Detektorempfänger von den ersten Verstärkerempfängern mit Elektronenröhren abgelöst . Mit diesem technologischen Fortschritt verloren Detektorempfänger ihre kommerzielle Nutzung ^{[ 10 ]} , wurden aber weiterhin von Bastlern, Jugendgruppen und Pfadfindern ^{[ 13 ]} gebaut , hauptsächlich um die Technik des Radios kennenzulernen. Sie werden noch immer als Lehrmittel verkauft, und es gibt Gruppen von Enthusiasten, die sich ihrem Bau widmen. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

Detektorempfänger empfangen amplitudenmodulierte (AM) Signale, obwohl auch FM- Geräte entwickelt wurden. ^{[ 19 ] [ 20 ]} Sie können für den Empfang nahezu jedes Radiofrequenzbandes ausgelegt werden , die meisten empfangen jedoch das AM- Rundfunkband. ^{[ 21 ]} Einige wenige empfangen auch Kurzwellenbänder , benötigen dafür aber starke Signale. Die ersten Detektorempfänger empfingen drahtlose Telegrafiesignale , die von Funkenstreckensendern mit Frequenzen bis hinunter zu 20 kHz ausgestrahlt wurden . ^{[ 22 ] : 110,268 [ 23 ]}

Ein Detektorempfänger kann als auf seine wesentlichen Bestandteile reduzierter Radioempfänger betrachtet werden. ^{[ 3 ] [ 24 ]} Er besteht mindestens aus folgenden Komponenten: ^{[ 21 ] [ 22 ] : 94 [ 25 ] [ 26 ]}

• Eine Antenne , in der die Radiowelle elektrische Ströme induziert .
• Ein Resonanzkreis (auch Schwingkreis genannt) wählt die Frequenz des gewünschten Radiosenders aus allen von der Antenne empfangenen Radiosignalen aus. Der Schwingkreis besteht aus einer Spule ( Induktor ) und einem Kondensator . Er hat eine Resonanzfrequenz und lässt Radiowellen dieser Frequenz zum Detektor durch, während er Wellen anderer Frequenzen weitgehend blockiert. Spule und/oder Kondensator sind einstellbar, sodass der Schwingkreis auf verschiedene Frequenzen abgestimmt werden kann, um den gewünschten Sender auszuwählen. In manchen Schaltungen wird kein Kondensator verwendet; hier übernimmt die Antenne diese Funktion, da eine Antenne, die kürzer als eine Viertelwellenlänge der zu empfangenden Radiowellen ist, kapazitiv wirkt.
• Ein Halbleiterkristalldetektor demoduliert das Radiosignal, um das Audiosignal (Modulation) zu extrahieren . Der Kristalldetektor arbeitet nach dem Quadratgesetz [ 27 ^{] und} demoduliert den Hochfrequenz -Wechselstrom in seine Audiofrequenzmodulation. Das Audiosignal des Detektors wird vom Kopfhörer in Schall umgewandelt. Frühe Geräte verwendeten einen „ Katzenbartdetektor “ ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ], bestehend} aus einem kleinen Stück kristallinem Mineral wie Bleiglanz , das von einem feinen Draht berührt wurde. Der Kristalldetektor gab den Detektoren ihren Namen. Moderne Geräte verwenden moderne Halbleiterdioden , obwohl einige Bastler immer noch mit Kristallen oder anderen Detektoren experimentieren.
• Ein Kopfhörer wandelt das Audiosignal in Schallwellen um, damit diese hörbar sind. Die geringe Leistung eines Detektorempfängers reicht nicht aus, um einen Lautsprecher zu betreiben ; daher werden Kopfhörer verwendet.

Da ein Detektorempfänger keine eigene Stromversorgung besitzt, stammt die vom Kopfhörer erzeugte Schallleistung ausschließlich vom Sender des empfangenen Radiosenders und wird über die von der Antenne aufgefangenen Radiowellen übertragen. ^{[ 3 ]} Die an einer Empfangsantenne verfügbare Leistung nimmt quadratisch mit ihrer Entfernung vom Sender ab . ^{[ 31 ]} Selbst bei einem leistungsstarken kommerziellen Rundfunksender ist die von der Antenne empfangene Leistung sehr gering, wenn dieser mehr als einige Kilometer vom Empfänger entfernt ist; typischerweise wird sie im Mikro- oder Nanowattbereich gemessen . ^{[ 3 ]} Moderne Detektorempfänger können Signale mit einer Leistung von nur 50 Pikowatt an der Antenne empfangen. ^{[ 32 ] : 42} Detektorempfänger können solch schwache Signale ohne Verstärkung empfangen , da das menschliche Gehör überaus empfindlich ist , ^{[ 3 ] [ 33 ] : 297–304 ] welches Töne mit einer Intensität von nur 10⁻¹⁶} W /cm² ^wahrnehmen kann . ^{[ 34 ]} Daher müssen Quarzempfänger so konstruiert sein, dass sie die Energie der Radiowellen möglichst effizient in Schallwellen umwandeln. Dennoch können sie AM-Rundfunksender in der Regel nur in einer Entfernung von etwa 40 Kilometern empfangen , ^{[ 22 ] : 144 [ 35 ]} obwohl die im Zeitalter der drahtlosen Telegrafie verwendeten Funktelegrafiesignale über Hunderte von Kilometern empfangen werden konnten, ^{[ 35 ]} und Quarzempfänger in dieser Zeit sogar für die transozeanische Kommunikation eingesetzt wurden. ^{[ 36 ]}

Die Entwicklung kommerzieller passiver Empfänger wurde mit dem Aufkommen zuverlässiger Elektronenröhren um 1920 eingestellt, und die nachfolgende Forschung an Kristallradios wurde hauptsächlich von Funkamateuren und Hobbyisten betrieben. ^{[ 37 ]} Dabei kamen viele verschiedene Schaltungen zum Einsatz. ^{[ 2 ] [ 38 ] [ 39 ]} In den folgenden Abschnitten werden die Bauteile eines Kristallradios detaillierter beschrieben.

Die Antenne wandelt die Energie der elektromagnetischen Radiowellen in einen Wechselstrom um, der mit der Abstimmspule verbunden ist. Da bei einem Detektorempfänger die gesamte Leistung von der Antenne kommt, ist es wichtig , dass diese möglichst viel Leistung aus den Radiowellen aufnimmt. Je größer die Antenne, desto mehr Leistung kann sie empfangen. Antennen, wie sie üblicherweise bei Detektorempfängern verwendet werden, sind am effektivsten, wenn ihre Länge einem Vielfachen der Viertelwellenlänge der empfangenen Radiowellen entspricht . Da die Wellenlängen der bei Detektorempfängern verwendeten Wellen sehr groß sind (die Wellen im AM- Rundfunkband haben eine Wellenlänge von 182–566 Metern bzw. 597–1857 Fuß) ^{[ 40 ],} wird die Antenne so lang wie möglich ^{[ 41 ] –} meist aus einem langen Draht – gefertigt , im Gegensatz zu den Stabantennen oder Ferritkernantennen, die in modernen Radios verwendet werden.

Ambitionierte Detektorempfänger verwenden Antennen vom Typ „Inverted L“ und „T“ ^{[ 42 ]} : ^48–51. Diese bestehen aus mehreren hundert Metern Draht, der möglichst hoch zwischen Gebäuden oder Bäumen gespannt wird. In der Mitte oder an einem Ende ist ein Speisedraht befestigt, der zum Empfänger führt. ^{[ 43 ] [ 21 ] : 58} Häufiger werden jedoch einfach Drähte beliebiger Länge aus Fenstern gehängt. In der Anfangszeit des Detektorempfangs war es besonders unter Mietern beliebt, vorhandene große Metallgegenstände wie Bettfedern ^{[ 13 ]} , Feuertreppen und Stacheldrahtzäune als Antennen zu verwenden. ^{[ 35 ] [ 44 ] [ 22 ] : 100}

Die für Detektorempfänger verwendeten Drahtantennen sind Monopolantennen , deren Ausgangsspannung gegen Masse gerichtet ist. Der Empfänger benötigt daher eine Erdung als Rückleitung für den Strom. Der Erdungsdraht wurde an einem Strahler, einem Wasserrohr oder einem in den Boden gerammten Metallpfahl befestigt. [ ^{45 ] : 18–22 [ 22 ] : 102–104 [ 42 ] : 48–51} In der Anfangszeit wurde, falls keine ausreichende Erdung möglich war, mitunter ein Gegengewicht verwendet. ^{[ 46 ] : 309–311 [ 47 ] : 45} Eine gute Erdung ist für Detektorempfänger wichtiger als für aktive Empfänger, da Detektorempfänger für eine effiziente Leistungsübertragung von der Antenne eine niedrige Eingangsimpedanz aufweisen müssen. Eine niederohmige Erdung (vorzugsweise unter 25 Ω) ist notwendig, da jeder Widerstand in der Erde die von der Antenne abgegebene Leistung reduziert. ^{[ 41 ]} Moderne Empfänger hingegen sind spannungsgesteuerte Geräte mit hoher Eingangsimpedanz, wodurch nur ein geringer Strom im Antennen-/Erdungskreis fließt. Zudem sind netzbetriebene Empfänger über ihre Netzkabel, die wiederum über die Gebäudeverkabelung mit der Erde verbunden sind, ausreichend geerdet.

Der Schwingkreis , bestehend aus einer Spule und einem Kondensator , wirkt wie ein Resonator , ähnlich einer Stimmgabel. ^{[ 47 ] : 48} Die durch die Radiowellen in der Antenne induzierte elektrische Ladung fließt schnell zwischen den Kondensatorplatten und der Spule hin und her. Der Schwingkreis hat bei der Frequenz des gewünschten Radiosignals eine hohe Impedanz , bei allen anderen Frequenzen jedoch eine niedrige. ^{[ 48 ]} Daher werden Signale unerwünschter Frequenzen über den Schwingkreis gegen Masse abgeleitet, während die gewünschte Frequenz zum Detektor (Diode) weitergeleitet wird, den Ohrhörer anregt und somit hörbar ist. Die Frequenz des empfangenen Senders ist die Resonanzfrequenz f des Schwingkreises, die durch die Kapazität C des Kondensators und die Induktivität L der Spule bestimmt wird: ^{[ 49 ]}

${\displaystyle f={\frac {1}{2\pi {\sqrt {LC}}}}\,}$

Die Frequenz des Schaltkreises lässt sich durch Verändern der Induktivität (L), der Kapazität (C) oder beider anpassen. Dadurch wird der Schaltkreis auf die Frequenzen verschiedener Radiosender abgestimmt. ^{[ 1 ] : 7–9} Bei den einfachsten Geräten wurde die Induktivität über einen Federkontakt verändert, der gegen die verschiebbaren Wicklungen drückte. Dadurch wurde die Anzahl der Windungen im Schaltkreis erhöht oder verringert und somit die Induktivität verändert . Alternativ kann ein variabler Kondensator zur Abstimmung des Schaltkreises verwendet werden. ^{[ 50 ]} Einige moderne Detektorempfänger verwenden eine Ferritkern-Abstimmspule . Dabei wird ein Ferritkern in die Spule hinein- und herausbewegt, wodurch die Induktivität durch Änderung der magnetischen Permeabilität variiert wird (dies eliminiert den weniger zuverlässigen mechanischen Kontakt). ^{[ 51 ]}

Die Antenne ist ein integraler Bestandteil des Schwingkreises, und ihre Reaktanz trägt zur Bestimmung der Resonanzfrequenz bei. Antennen wirken üblicherweise wie eine Kapazität , da Antennen mit einer Länge von weniger als einer Viertelwellenlänge eine kapazitive Reaktanz aufweisen . ^{[ 41 ]} Viele frühe Quarzempfänger besaßen keinen Abstimmkondensator ^{[ 46 ] : 421–425} und nutzten stattdessen die in der Drahtantenne inhärente Kapazität (zusätzlich zu einer signifikanten parasitären Kapazität in der Spule ^{[ 47 ] : 57} ), um mit der Spule den Schwingkreis zu bilden.

Die ersten Detektorempfänger besaßen keinen Schwingkreis, sondern bestanden lediglich aus einem zwischen Antenne und Masse geschalteten Kristalldetektor und einem parallel geschalteten Kopfhörer. ^{[ 1 ] : 7–9 [ 46 ] : 421–422} Da dieser Schaltkreis außer der breiten Resonanz der Antenne keine frequenzselektiven Elemente aufwies , konnte er unerwünschte Sender kaum ausblenden. Daher waren alle Sender innerhalb eines breiten Frequenzbandes über den Kopfhörer zu hören ^{[ 37 ]} (in der Praxis übertönte meist der stärkste Sender die anderen). Er wurde in den Anfängen des Radios eingesetzt, als nur ein oder zwei Sender innerhalb der begrenzten Reichweite eines Detektorempfängers lagen.

Quarzradioschaltung mit zwei Schiebern. ^{[ 37 ] [ 50 ]} und Beispiel aus den 1920er Jahren. Die beiden Schiebekontakte an der Spule ermöglichten die Anpassung der Impedanz des Radios an die Antenne beim Abstimmen, was zu einem stärkeren Empfang führte. Die Kapazität des Schwingkreises wurde durch die parasitären Kapazitäten der Spule und der Antenne bereitgestellt.

Ein wichtiges Prinzip beim Design von Detektorempfängern zur maximalen Leistungsübertragung an den Kopfhörer ist die Impedanzanpassung . ^{[ 37 ] [ 52 ]} Gemäß dem Theorem der maximalen Leistungsübertragung wird die maximale Leistung von einem Teil eines Stromkreises auf einen anderen übertragen, wenn die Impedanz des einen Stromkreises die komplex konjugierte Impedanz des anderen ist; dies impliziert, dass die beiden Stromkreise den gleichen Widerstand aufweisen sollten. ^{[ 1 ] : 7–9 [ 53 ] [ 54 ]} Bei Detektorempfängern ist die Impedanz des Antennen-Erdungssystems (etwa 10–200 Ohm ^{[ 41 ]} ) jedoch üblicherweise niedriger als die Impedanz des Empfängerschwingkreises (Tausende von Ohm bei Resonanz) ^{[ 55 ]} und variiert zudem in Abhängigkeit von der Qualität der Erdung, der Antennenlänge und der Empfangsfrequenz. ^{[ 32 ] : 42} Um die Antennenimpedanz an die Empfängerimpedanz anzupassen, wurde in verbesserten Empfängerschaltungen die Antenne daher nur an einen Teil der Windungen der Abstimmspule angeschlossen. ^{[ 49 ] [ 46 ] : 422} Dadurch fungierte die Abstimmspule zusätzlich zur Abstimmfunktion als Impedanzanpassungstransformator (in einer Spartransformator- Schaltung). Der niedrige Widerstand der Antenne wurde um den Faktor des Quadrats des Windungsverhältnisses (Verhältnis der Anzahl der Windungen, an die die Antenne angeschlossen war, zur Gesamtzahl der Windungen der Spule) erhöht (transformiert), um den Widerstand des Schwingkreises anzupassen. ^{[ 54 ]} In der während der drahtlosen Ära verbreiteten „Zwei-Schieber“-Schaltung waren sowohl die Antenne als auch die Detektorschaltung über Schleifkontakte mit der Spule verbunden, was eine (interaktive) ^{[ 50 ] [ 56 ] : 133} Einstellung sowohl der Resonanzfrequenz als auch des Windungsverhältnisses ermöglichte. ^{[ 43 ] : 94 [ 57 ] : 281 [ 45 ] : 23–25} Alternativ wurde ein Mehrpositionsschalter verwendet, um die Abgriffe an der Spule auszuwählen. Diese Regler wurden so lange justiert, bis der Sender im Kopfhörer am lautesten zu hören war.

Einer der Nachteile von Detektorempfängern ist ihre Anfälligkeit für Störungen durch Sender in der Nähe der gewünschten Frequenz. [ ^{2 ] [ 4 ] [ 32 ] : 42} Oftmals werden zwei oder mehr Sender gleichzeitig empfangen. Dies liegt daran, dass der einfache Schwingkreis benachbarte Signale nicht gut ausblendet; er lässt ein breites Frequenzband durch, d. h. er besitzt im Vergleich zu modernen Empfängern eine große Bandbreite (niedriger Gütefaktor ), was zu einer geringen Selektivität des Empfängers führt . ^{[ 4 ]}

Der Kristalldetektor verschärfte das Problem, da er einen relativ niedrigen Widerstand aufweist und dadurch den Schwingkreis belastete. Dies führte zu einem signifikanten Stromfluss und dämpfte die Schwingungen, wodurch der Gütefaktor (Q-Faktor) sank und ein breiteres Frequenzband durchgelassen wurde. ^{[ 32 ] : 42 [ 58 ]} In vielen Schaltungen konnte die Selektivität verbessert werden, indem der Detektor und der Kopfhörerkreis an einen Abgriff angeschlossen wurden, der nur einen Bruchteil der Spulenwindungen umfasste. ^{[ 37 ] [ 42 ] : 63} Dadurch wurde die Impedanzbelastung des Schwingkreises reduziert und die Impedanzanpassung an den Detektor verbessert. ^{[ 37 ]}

Bei weiterentwickelten Kristallempfängern wird die Abstimmspule durch einen einstellbaren Luftspulen-Antennenkopplungstransformator ersetzt [ 1 ^{] : 7–9 [ 37 ] ,} der die Selektivität durch eine Technik namens lose Kopplung verbessert . ^{[ 46 ] : 423–425 [ 45 ] : 23–25 [ 59 ]} Dieser besteht aus zwei magnetisch gekoppelten Drahtspulen: Die Primärspule ist an die Antenne und Masse angeschlossen, die Sekundärspule an den restlichen Schaltkreis. ^{[ 50 ]} Der von der Antenne erzeugte Strom erzeugt in der Primärspule ein magnetisches Wechselfeld, welches in der Sekundärspule einen Strom induziert. Dieser Strom wird gleichgerichtet und versorgt den Kopfhörer mit Strom. Jede der Spulen fungiert als Schwingkreis ; die Primärspule schwingt mit der Kapazität der Antenne (oder manchmal eines anderen Kondensators), die Sekundärspule mit dem Abstimmkondensator. Primär- und Sekundärspule werden auf die Frequenz des Senders abgestimmt. Die beiden Schaltkreise interagierten und bildeten einen Resonanztransformator .

Durch die Verringerung der Kopplung zwischen den Spulen mittels räumlicher Trennung, sodass sich weniger Magnetfeld der einen Spule mit dem der anderen überschneidet, wird die Gegeninduktivität reduziert , die Bandbreite verringert und eine deutlich präzisere und selektivere Abstimmung als mit einem einzelnen Schwingkreis erreicht. ^{[ 46 ] : 424–425 [ 60 ]} Die schwächere Kopplung verringerte jedoch auch die Leistung des an den zweiten Schwingkreis weitergeleiteten Signals. Der Transformator wurde mit einstellbarer Kopplung gefertigt, um dem Hörer die Möglichkeit zu geben, mit verschiedenen Einstellungen zu experimentieren und so den besten Empfang zu erzielen.

Eine in der Frühzeit verbreitete Bauweise, der sogenannte „lose Koppler“, bestand aus einer kleineren Sekundärspule innerhalb einer größeren Primärspule. ^{[ 37 ] [ 43 ] : 96–101} Die kleinere Spule war auf einem Gestell montiert und konnte linear in die größere Spule hinein- oder herausgeschoben werden. Bei Funkstörungen wurde die kleinere Spule weiter aus der größeren herausgeschoben, wodurch die Kopplung gelockert, die Bandbreite verringert und somit das Störsignal unterdrückt wurde.

Der Antennenkopplungstransformator diente gleichzeitig als Impedanzanpassungstransformator und ermöglichte so eine bessere Anpassung der Antennenimpedanz an den Rest der Schaltung. ^{[ 42 ] : 64} Eine oder beide Spulen besaßen üblicherweise mehrere Anzapfungen, die über einen Schalter ausgewählt werden konnten, wodurch die Windungszahl des Transformators und somit das Übersetzungsverhältnis angepasst werden konnte.

Die Einstellung von Kopplungstransformatoren gestaltete sich schwierig, da die drei Einstellmöglichkeiten – die Abstimmung des Primärkreises, die Abstimmung des Sekundärkreises und die Kopplung der Spulen – alle miteinander interagierten und eine Änderung der einen die anderen beeinflusste. ^{[ 61 ]}

Der Quarzdetektor demoduliert das Hochfrequenzsignal und extrahiert die Modulation (das Audiosignal , das die Schallwellen repräsentiert) aus der Hochfrequenz- Trägerwelle . In frühen Empfängern wurde häufig ein sogenannter „Katzenbartdetektor “ verwendet . ^{[ 29 ] [ 63 ]} Der Kontaktpunkt zwischen Draht und Quarz fungierte als Halbleiterdiode . Der Katzenbartdetektor war eine einfache Schottky-Diode , die den Stromfluss in einer Richtung besser ermöglichte als in der entgegengesetzten. ^{[ 64 ] [ 65 ]} Moderne Quarzempfänger verwenden moderne Halbleiterdioden . ^{[ 58 ]} Der Quarz dient als Hüllkurvendetektor und wandelt das Wechselstrom- Hochfrequenzsignal in einen pulsierenden Gleichstrom um . Die Impulsspitzen dieses Signals bilden das Audiosignal ab, das dann vom an den Detektor angeschlossenen Kopfhörer wiedergegeben werden kann. ^{[ 21 ] [ 62 ]} Der gleichgerichtete Strom des Detektors enthält Hochfrequenzimpulse der Trägerfrequenz, die durch die hohe induktive Reaktanz blockiert werden und die Spulen älterer Kopfhörer nicht gut passieren. Daher wird oft ein kleiner Kondensator , der sogenannte Bypass-Kondensator , parallel zu den Kopfhöreranschlüssen geschaltet; seine niedrige Reaktanz im Hochfrequenzbereich leitet diese Impulse um den Kopfhörer herum gegen Masse ab. ^{[ 57 ] : 282} Bei einigen Modellen besaß das Kopfhörerkabel eine ausreichende Kapazität, sodass dieses Bauteil weggelassen werden konnte. ^{[ 46 ] : 424}

Nur bestimmte Stellen auf der Kristalloberfläche funktionierten als Gleichrichterübergänge, und das Gerät reagierte sehr empfindlich auf den Druck des Kristall-Draht-Kontakts, der durch die geringste Vibration gestört werden konnte. ^{[ 6 ] [ 47 ] : 60–61} Daher musste vor jeder Benutzung durch Ausprobieren ein geeigneter Kontaktpunkt gefunden werden. Der Bediener zog den Draht über die Kristalloberfläche, bis ein Radiosender oder statische Geräusche im Kopfhörer zu hören waren. ^{[ 22 ] : 143–146} Alternativ verwendeten einige Radios (Schaltplan rechts) einen batteriebetriebenen Summer , der an den Eingangskreis angeschlossen war, um den Detektor einzustellen. ^{[ 22 ] : 143–146} Der Funke an den elektrischen Kontakten des Summers diente als schwache Quelle statischer Entladungen. Sobald der Detektor funktionierte, war das Summen im Kopfhörer zu hören. Der Summer wurde dann ausgeschaltet und das Radio auf den gewünschten Sender eingestellt.

Galenit (Bleisulfid) war der am häufigsten verwendete Kristall, ^{[ 45 ] : 23–25 [ 47 ] : 60–61 [ 66 ]} aber es wurden auch verschiedene andere Kristallarten verwendet, am häufigsten Eisenpyrit (Katzengold, FeS ₂ ), Silicium , Molybdänit (MoS ₂ ), Siliciumcarbid (Carborundum, SiC) und eine Zinkit - Bornit (ZnO-Cu ₅ FeS ₄ ) Kristall-zu-Kristall-Verbindung mit dem Handelsnamen Perikon . ^{[ 67 ] [ 57 ] : 311–318} Kristallradios wurden auch aus einer Vielzahl von Alltagsgegenständen improvisiert, wie z. B. aus blauen Stahlrasierklingen und Bleistiften , ^{[ 67 ] [ 68 ]} rostigen Nadeln ^{[ 9 ]} und Pennys ^{[ 67 ]} . Bei diesen ist üblicherweise eine halbleitende Oxid- oder Sulfidschicht auf der Metalloberfläche für die Gleichrichterwirkung verantwortlich. ^{[ 67 ]}

In modernen Geräten wird als Detektor eine Halbleiterdiode verwendet, die deutlich zuverlässiger als ein Kristalldetektor ist und keine Justierung erfordert. ^{[ 67 ] [ 58 ] [ 69 ]} Anstelle von Siliziumdioden werden Germaniumdioden (manchmal auch Schottky-Dioden ) eingesetzt, da ihre geringere Durchlassspannung (etwa 0,3 V im Vergleich zu 0,6 V ^{[ 70 ]} ) sie empfindlicher macht. ^{[ 58 ] [ 71 ]}

Alle Halbleiterdetektoren arbeiten in Kristallempfängern eher ineffizient, da die niedrige Eingangsspannung am Detektor zu gering ist, um einen signifikanten Unterschied zwischen der besseren Leitfähigkeit in Vorwärtsrichtung und der schwächeren Leitfähigkeit in Rückwärtsrichtung zu bewirken. Um die Empfindlichkeit einiger früher Kristalldetektoren, wie z. B. Siliziumkarbiddetektoren, zu verbessern, wurde eine kleine Vorwärtsspannung mittels einer Batterie und eines Potentiometers an den Detektor angelegt . ^{[ 46 ] : 439 [ 72 ] [ 73 ]} Die Vorspannung verschiebt den Arbeitspunkt der Diode auf der Detektionskennlinie nach oben, wodurch eine höhere Signalspannung bei gleichzeitig geringerem Signalstrom (höhere Impedanz) erzeugt wird. Der Nutzen dieser Maßnahme ist jedoch begrenzt und hängt von den übrigen Impedanzen des Radios ab. Die verbesserte Empfindlichkeit wurde durch die Verschiebung des Gleichstrom-Arbeitspunktes auf einen günstigeren Spannungs-Strom-Arbeitspunkt (Impedanz) auf der IV-Kennlinie des pn-Übergangs erreicht . Die Batterie versorgte das Radio nicht mit Strom, sondern lieferte lediglich die Vorspannung, die nur wenig Leistung benötigte.

Die Anforderungen an Kopfhörer für Detektorempfänger unterscheiden sich von denen moderner Audiogeräte. Sie müssen elektrische Signalenergie effizient in Schallwellen umwandeln, während bei den meisten modernen Kopfhörern die Effizienz zugunsten einer hohen Klangtreue reduziert wird . ^{[ 3 ] : 93–94} Bei frühen Eigenbaugeräten waren die Kopfhörer der teuerste Bestandteil. ^{[ 22 ] : 285}

Die frühen Kopfhörer für Detektorempfänger der drahtlosen Ära besaßen bewegliche Eisentreiber , die ähnlich wie die damaligen Hornlautsprecher funktionierten. Jedes Ohrstück enthielt einen Permanentmagneten, um den eine Drahtspule gewickelt war, die einen zweiten Elektromagneten bildete . ^{[ 42 ] : 79} Beide Magnetpole befanden sich nahe einer Stahlmembran des Lautsprechers. Wenn das Audiosignal des Radios durch die Wicklungen des Elektromagneten geleitet wurde, floss Strom in der Spule. Dadurch entstand ein sich veränderndes Magnetfeld , das das des Permanentmagneten verstärkte oder abschwächte. Dies veränderte die Anziehungskraft auf die Membran und versetzte sie in Schwingung. Die Schwingungen der Membran drückten und zogen an der Luft vor ihr und erzeugten so Schallwellen. Standardkopfhörer, wie sie in Telefonanlagen verwendet wurden, hatten eine niedrige Impedanz , oft 75 Ω, und benötigten mehr Strom, als ein Detektorempfänger liefern konnte. Daher wurde der für Detektorempfänger (und andere empfindliche Geräte) verwendete Kopfhörertyp mit mehr Windungen aus feinerem Draht gewickelt, was ihm eine hohe Impedanz von 2000–8000 Ω verlieh. ^{[ 45 ] : 27–28 [ 21 ] : 79 [ 46 ] : 441}

Moderne Detektorempfänger verwenden piezoelektrische Kristall-Ohrhörer , die deutlich empfindlicher und kleiner sind. ^{[ 3 ] [ 42 ] : 79–80} Sie bestehen aus einem piezoelektrischen Kristall mit beidseitig angebrachten Elektroden, der auf eine leichte Membran geklebt ist. Wird das Audiosignal des Detektorempfängers an die Elektroden angelegt, versetzt dies den Kristall und somit die Membran in Schwingung. Kristall-Ohrhörer sind als Ohrstöpsel konzipiert , die direkt in den Gehörgang eingeführt werden und den Schall effizienter an das Trommelfell übertragen. Ihr Widerstand ist deutlich höher (typischerweise im Megaohm-Bereich), sodass sie den Schwingkreis nicht stark belasten und somit die Selektivität des Empfängers erhöhen. Der höhere Widerstand des piezoelektrischen Ohrhörers bildet zusammen mit seiner Kapazität von etwa 9 pF einen Filter , der tiefe Frequenzen durchlässt, höhere Frequenzen jedoch blockiert. ^{[ 32 ] : 45} In diesem Fall ist kein Bypass-Kondensator erforderlich (obwohl in der Praxis oft ein kleiner Kondensator von etwa 0,68 bis 1 nF verwendet wird, um die Klangqualität zu verbessern), sondern stattdessen muss ein 10–100 kΩ-Widerstand parallel zum Kopfhörereingang geschaltet werden. ^{[ 3 ] : 94 [ 42 ] : 80}

Obwohl die geringe Leistung von Detektorempfängern typischerweise nicht ausreicht, um einen Lautsprecher anzusteuern , wurde in einigen selbstgebauten Geräten aus den 1960er Jahren ein Lautsprecher verwendet, wobei ein Audiotransformator die niedrige Impedanz des Lautsprechers an die Schaltung anpasste. ^{[ 42 ] : 80–81 [ 74 ]} Ähnlich verhält es sich mit modernen niederohmigen (8 Ω) Kopfhörern, die nicht ohne Modifikation an Detektorempfängern verwendet werden können, da der Empfänger nicht genügend Strom liefert. Sie werden daher manchmal durch Hinzufügen eines Audiotransformators verwendet, um ihre Impedanz an die höhere Impedanz der Antennenschaltung anzupassen.

Die ersten Radiosender , die in den ersten drei Jahrzehnten des Radios von 1887 bis 1917 – der sogenannten Ära der drahtlosen Telegrafie oder Radiotelegrafie – eingesetzt wurden , waren primitive Funkensender. Sie erzeugten Radiowellen durch die Entladung eines Kondensators mittels eines elektrischen Funkens . ^{[ 75 ] : 45–48 [ 76 ] : 3–8 [ 77 ] : 57–68} Jeder Funke erzeugte einen kurzen Radioimpuls, der rasch auf null abklang. ^{[ 33 ] : 4–9, 297–300 [ 78 ] : 6–8} Diese gedämpften Wellen konnten nicht wie bei der modernen AM- und FM- Übertragung zur Tonübertragung moduliert werden . Daher konnten Funkensender keinen Ton übertragen, sondern übermittelten Informationen mittels Radiotelegrafie . ^{[ 79 ]} Der Sender wurde vom Bediener mithilfe eines Telegrafenschlüssels schnell ein- und ausgeschaltet , wodurch unterschiedlich lange Impulse gedämpfter Radiowellen („Punkte“ und „Striche“) erzeugt wurden, um Textnachrichten im Morsecode zu übermitteln . ^{[ 76 ] : 3–8}

Die ersten Radioempfänger mussten daher, anders als moderne Empfänger, kein Audiosignal aus der Radiowelle extrahieren, sondern erkannten lediglich deren Vorhandensein und erzeugten während der „Punkte“ und „Striche“ ^{[ 78 ] : 8} einen Ton , der von einem Morsecode-kundigen Bediener in Text umgewandelt wurde. Das Gerät, das das Radiosignal empfing, wurde als „ Detektor “ bezeichnet. Da es zu dieser Zeit noch keine Verstärker gab , hing die Empfindlichkeit des Empfängers hauptsächlich vom Detektor und der Antenne ab. Der Kristalldetektor war der erfolgreichste der vielen in dieser Zeit erfundenen Detektoren.

Der Kristallempfänger entwickelte sich aus einem früheren Gerät, dem ersten primitiven Radioempfänger, dem sogenannten Kohärerempfänger. Guglielmo Marconi erfand 1894 die ersten praktischen Funktelegrafie-Empfänger und -Sender. Die kommerzielle Nutzung des Radios begann um 1900. Der in den ersten Empfängern verwendete Detektor ^{[ 78 ] : 18–22, 30–35 ]} war ein primitives Gerät namens Kohärer , das 1890 von Édouard Branly entwickelt und von Marconi und Oliver Lodge verbessert wurde . ^{[ 33 ] : 4–9, 297–300 [ 78 ] : 30–35} Kohärer wurden in vielen Formen hergestellt; die bekannteste Form bestand aus einem Glasrohr mit Elektroden an jedem Ende, in dem lose Metallspäne in Kontakt mit den Elektroden standen. ^{[ 80 ] : 11–12 [ 33 ] : 3–5} Vor Anlegen einer Radiowelle wies dieses Gerät einen hohen elektrischen Widerstand im Megaohm-Bereich auf. Durch Anlegen einer Radiowelle von der Antenne an die Elektroden kam es zum Zusammenklumpen der Späne, wodurch der Widerstand des Kohärers sank. Dies führte dazu, dass ein Gleichstrom von einer Batterie durch den Kohärer floss und entweder eine Glocke läutete oder auf einem Papierstreifen eine Markierung erzeugte, die die Punkte und Striche des Morsecodes darstellte. Die meisten Kohärer mussten zwischen den einzelnen Radiowellenimpulsen mechanisch abgeklopft werden, um sie wieder in den nichtleitenden Zustand zu versetzen. ^{[ 81 ] [ 78 ] : 18–21}

Der Kohärer war ein sehr unzuverlässiger Detektor ^{[ 81 ]} , was zahlreiche Forschungsarbeiten zur Entwicklung besserer Detektoren anregte. ^{[ 42 ] :15} Er funktionierte durch komplexe Oberflächeneffekte dünner Schichten, weshalb die damaligen Wissenschaftler seine Funktionsweise nicht verstanden, abgesehen von der vagen Vorstellung, dass die Detektion von Radiowellen von einer mysteriösen Eigenschaft „unvollkommener“ elektrischer Kontakte abhing. ^{[ 33 ] :5} Forscher, die den Einfluss von Radiowellen auf verschiedene Arten „unvollkommener“ Kontakte untersuchten, um bessere Kohärer zu entwickeln, erfanden Kristalldetektoren. ^{[ 78 ] :205–206 [ 33 ] :5}

„Abstimmen“ bedeutet, die Frequenz des Empfängers an die Frequenz der gewünschten Funkübertragung anzupassen. Die ersten Empfänger besaßen keinen Resonanzkreis ; der Detektor war direkt zwischen Antenne und Masse angeschlossen. Da außer der Antenne keine frequenzselektiven Komponenten vorhanden waren, entsprach die Bandbreite des Empfängers – also das empfangbare Frequenzband – der breiten Bandbreite der Antenne. ^{[ 77 ] : 57–68 [ 1 ] : 9–10 [ 82 ] : 203 [ 83 ] : 89–100 [ 84 ]} Dies war akzeptabel und sogar notwendig, da auch die ersten Hertzschen Funkenentladungssender keinen Resonanzkreis besaßen. Aufgrund der Impulscharakteristik des Funkens verteilte sich die Energie der Funkwellen über ein sehr breites Frequenzband. ^{[ 84 ] : 126–129 [ 85 ] : 184–190} Um genügend Energie aus diesem Breitbandsignal zu empfangen, musste der Empfänger ebenfalls über eine große Bandbreite verfügen.

Wenn in einem bestimmten Gebiet mehrere Funkensender sendeten, überlappten sich ihre Frequenzen, wodurch sich ihre Signale gegenseitig störten und der Empfang gestört wurde. ^{[ 77 ] : 57–68 [ 83 ] : 89–100 [ 86 ] : 183} Es war ein Verfahren erforderlich, mit dem der Empfänger das Signal des zu empfangenden Senders auswählen konnte. ^{[ 86 ] : 183 [ 84 ] : 128} Im Jahr 1892 hielt William Crookes einen einflussreichen Vortrag ^{[ 87 ] : 174–176} über Radio, in dem er vorschlug, Resonanz – damals Syntonie genannt – zu nutzen , um die Bandbreite von Sendern und Empfängern zu reduzieren. ^{[ 84 ] : 112–114} Verschiedene Sender konnten dann so eingestellt werden, dass sie auf unterschiedlichen Frequenzen sendeten und sich nicht gegenseitig störten. ^{[ 7 ] [ 88 ]} Der Empfänger besäße ebenfalls einen Resonanzkreis und könnte eine bestimmte Übertragung empfangen, indem er seinen Resonanzkreis auf die gleiche Frequenz wie den Sender „abstimmt“, analog zum Stimmen eines Musikinstruments auf Resonanz mit einem anderen. Dies ist das System, das in allen modernen Radios verwendet wird. ^{[ 84 ] : 36}

Zwischen 1897 und 1900 wurden die Vorteile abgestimmter Systeme, auch „syntonische“ Systeme genannt ^{[ 84 ] : 254} , deutlich, und Forscher im Bereich der drahtlosen Kommunikation integrierten Resonanzkreise , bestehend aus miteinander verbundenen Kondensatoren und Induktivitäten , in ihre Sender und Empfänger. ^{[ 77 ] : 57–68 [ 89 ] : 159–161 [ 83 ] : 89–100 [ 84 ] : 254–255} Der Resonanzkreis wirkte wie ein elektrisches Analogon einer Stimmgabel . Er wies bei seiner Resonanzfrequenz eine hohe Impedanz , bei allen anderen Frequenzen jedoch eine niedrige Impedanz auf. Zwischen Antenne und Empfänger geschaltet, diente er als Bandpassfilter , der das Signal des gewünschten Senders zum Empfänger durchließ, alle anderen Signale jedoch gegen Masse leitete. ^{[ 1 ] : 9–10}

Oliver Lodge , der sich jahrelang mit Resonanzforschung beschäftigt hatte ^{[ 84 ] : S. 108–109 [ 90 ],} patentierte am 10. Mai 1897 den ersten abgestimmten oder „syntonischen“ Sender und Empfänger ^{[ 91 ] [ 67 ] : 34–36 [ 84 ] : 131–138 [ 83 ] : 90–93.} Obwohl seine Schaltung wenig praktische Anwendung fand, war Lodges „syntonisches“ Patent bedeutend, da es als erstes einen Radiosender und -empfänger mit Resonanzkreisen vorschlug, die aufeinander abgestimmt waren. ^{[ 85 ] : 189–190 [ 90 ] [ 84 ] : 141.} Als das Patent 1911 verlängert wurde, war die Marconi Company gezwungen, es zu erwerben, um ihr eigenes syntonisches System vor Patentverletzungsklagen zu schützen. ^{[ 83 ] : 48, 99 [ 84 ] : 253, 259}

Forscher im Bereich der drahtlosen Kommunikation stellten fest, dass ein einzelner Resonanzkreis, der in Sendern und Empfängern verwendet wird, keine ausreichend schmale Bandbreite aufweist , um Interferenzen zwischen verschiedenen Stationen ausreichend zu reduzieren. ^{[ 83 ] : 91–93 [ 84 ] : 245–246 [ 1 ] : 10}

Die von mehreren Forschern gefundene Lösung bestand darin, zwei Resonanzkreise im Sender und Empfänger in Form eines doppelt abgestimmten induktiv gekoppelten Kreises oder Resonanztransformators ( Schwingungstransformator ) zu verwenden. ^{[ 7 ] : 349–358 [ 84 ] : 254 [ 77 ] : 59} Im Empfänger waren Antenne und Masse mit einer Drahtspule verbunden, die magnetisch mit einer zweiten Spule gekoppelt war, an die ein Kondensator parallel geschaltet war. Diese zweite Spule war mit dem Detektor verbunden. ^{[ 1 ] : 10 [ 56 ] : 132–133} Der Wechselstrom von der Antenne durch die Primärspule erzeugte ein Magnetfeld , das einen Strom in der Sekundärspule induzierte, der den Detektor speiste. Sowohl Primär- als auch Sekundärspule waren abgestimmte Kreise; ^{[ 83 ] : 98} die Primärspule resonierte mit der Kapazität der Antenne, während die Sekundärspule mit dem parallel geschalteten Kondensator resonierte. Beide waren auf dieselbe Resonanzfrequenz eingestellt .

In ähnlicher Weise wurden im Funkensender zwei gekoppelte Resonanzkreise verwendet. ^{[ 92 ]} Ein Funkkommunikationssystem mit zwei induktiv gekoppelten Schwingkreisen im Sender und zwei im Empfänger, die alle auf dieselbe Frequenz abgestimmt waren, wurde als „Vierkreissystem“ bezeichnet und erwies sich als Schlüssel zur praktischen Funkkommunikation. ^{[ 56 ] : 135 [ 84 ] : 250}

Nikola Tesla war der Erste, der Resonanzkreise in einer Radioanwendung einsetzte. Er erfand 1891 den Resonanztransformator. ^{[ 7 ] : 356 [ 93 ]} In einem Vortrag in St. Louis im März 1893 demonstrierte er ein drahtloses System, das, obwohl es für die drahtlose Energieübertragung gedacht war , viele Elemente späterer Funkkommunikationssysteme aufwies. ^{[ 94 ] [ 95 ] [ 88 ]} Ein geerdeter, kapazitiv belasteter, funkenerregter Resonanztransformator (seine Tesla-Spule ), der an einer erhöhten Drahtmonopolantenne befestigt war, sendete Radiowellen aus. Diese wurden auf der anderen Seite des Raumes von einer ähnlichen Drahtantenne empfangen, die an einen Empfänger angeschlossen war. Dieser Empfänger bestand aus einem zweiten geerdeten Resonanztransformator, der auf die Frequenz des Senders abgestimmt war und eine Geissler-Röhre zum Leuchten brachte . ^{[ 96 ] [ 97 ] : 96–97} Dieses System, patentiert von Tesla am 2. September 1897, ^{[ 98 ]} vier Monate nach Lodges „syntonischem“ Patent, war im Prinzip ein induktiv gekoppelter Funksender und -empfänger, die erste Anwendung des von Marconi in seinem Patent von 1900 (siehe unten) beanspruchten „Vier-Kreis“-Systems . ^{[ 84 ] : 255 [ 99 ] [ 7 ] : 353 [ 88 ] [ 94 ]} Tesla interessierte sich jedoch für drahtlose Energieübertragung und entwickelte nie ein praktisches Funkkommunikationssystem . ^{[ 100 ] [ 101 ] [ 96 ] [ 7 ] : S. 352–353, 355–358.} Andere Forscher nutzten die Schaltung für Radioanwendungen: Induktiv gekoppelte Radiosysteme wurden von Oliver Lodge im Februar 1898 patentiert, ^{[ 102 ] [ 84 ] : 254 [ 103 ],} von Karl Ferdinand Braun im November 1899, ^{[ 104 ] [ 84 ] : 255–256 [ 83 ] : S. 98–100 [ 7 ] : S. 352–353, 355–358]} und von John Stone im Februar 1900. ^{[ 105 ] [ 84 ]] : 256–257 [ 103 ]}

Marconi schenkte der Syntonie zunächst wenig Beachtung ^{[ 83 ] : 91} , entwickelte aber später ein Funksystem, das diese Verbesserungen nutzte und nannte seinen Resonanztransformator „Jigger“. Trotz der oben genannten früheren Patente beanspruchte Marconi in seinem Patent „7777“ vom 26. April 1900 ^{[ 106 ]} die Rechte an dem induktiv gekoppelten „Vier-Kreis“-Sender und -Empfänger. ^{[ 7 ] : S. 352–353, 355–358 [ 103 ] [ 88 ]} Nachdem ihm ein britisches Patent erteilt worden war, wies das US-Patentamt Marconis Anspruch zweimal wegen mangelnder Originalität zurück. In einem Berufungsverfahren im Jahr 1904 hob ein neuer Patentkommissar die Entscheidung jedoch auf und erteilte das Patent. ^{[ 103 ] [ 88 ]} Dieses Patent verschaffte Marconi ein nahezu vollständiges Monopol auf syntonische drahtlose Telegrafie in England und Amerika. ^{[ 107 ] [ 85 ]} Tesla verklagte Marconis Firma wegen Patentverletzung, verfügte aber nicht über die nötigen Ressourcen, um das Verfahren fortzusetzen.

Ferdinand Braun erkannte die Bedeutung einer losen Kopplung zwischen den Transformatorspulen für die Reduzierung der Bandbreite. Er und Marconi teilten sich 1909 den Nobelpreis für Physik für ihre „Beiträge zur Entwicklung der drahtlosen Telegrafie“.

1943 erklärte der Oberste Gerichtshof der USA Marconis Patent ^{[ 108 ]} aufgrund der früheren Patente von Tesla, Lodge und Stone ^{[ 94 ] [ 88 ]} für ungültig . Die Entscheidung legte jedoch nicht fest, wem die Rechte an dem Vierkreis-Funksystem gehörten. ^{[ 103 ]} Dies geschah lange nachdem Funkensender bereits veraltet waren.

Die einseitige Leitfähigkeit von Kristallen wurde 1874 von dem deutschen Physiker Karl Ferdinand Braun an der Universität Würzburg entdeckt . ^{[ 109 ] : 73–74 [ 110 ] : 556–563} Er untersuchte Kupferpyrit (Cu _₅ FeS _₄ ), Eisenpyrit (Eisensulfid, FeS _₂ ), Bleiglanz (PbS) und Kupferantimonsulfid (Cu _₃ SbS _₄ ). ^{[ 111 ]} Dies geschah vor der Entdeckung der Radiowellen, und Braun wandte diese Bauelemente nicht praktisch an, sondern interessierte sich für die nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie dieser Sulfide. Brauns Methode zur Kontaktierung des Kristalls könnte entscheidend gewesen sein: Er platzierte die Probe auf einem Drahtring und berührte sie dann mit dem Ende eines dünnen Silberdrahts – einem sogenannten „Katzenbart“-Kontakt. ^{[ 42 ] : 8} Durch die grafische Darstellung des Stroms als Funktion der Spannung an einem Kontakt stellte er fest, dass die Kurve in einer Richtung flach verlief, in der anderen Richtung jedoch nach oben gekrümmt war, anstatt einer Geraden. Dies zeigte, dass diese Substanzen dem Ohmschen Gesetz nicht gehorchten . ^{[ 42 ] : 8–9} Sie leiteten den Strom in einer Richtung deutlich besser als in der anderen.

Der Galenitdetektor von Bose aus seinem Patent von 1901. ^{[ 112 ]} Diese Version wurde bewusst so gestaltet, dass sie wie ein menschlicher Augapfel aussieht und funktioniert, wobei eine Linse Millimeterwellen auf den Galenitkontakt fokussiert.

Boses Millimeterwellenspektrometer, 1897. Der Funkensender befindet sich im Gehäuse (R) . Der Bleiglanzdetektor ist in der Hornantenne (F) untergebracht ; eine Rändelschraube (t) diente zur Einstellung des Anpressdrucks einer Metallspitze auf den Kristall. Die Batterie (V) erzeugt einen Strom durch den Detektor, der vom Galvanometer (G) gemessen wird.

Jagadish Chandra Bose nutzte erstmals Kristalle zum Nachweis von Radiowellen in seinen Mikrowellenexperimenten an der Universität Kalkutta von 1894 bis 1900. ^{[ 113 ] [ 114 ] : 295–296, 301–305} Wie andere Wissenschaftler seit Hertz untersuchte Bose die Ähnlichkeit zwischen Radiowellen und Licht, indem er klassische optische Experimente mit Radiowellen wiederholte. ^{[ 7 ] : 477–483} Als Empfänger verwendete er zunächst einen Kohärer, bestehend aus einer Stahlfeder, die gegen eine stromdurchflossene Metalloberfläche drückte. Unzufrieden mit diesem Detektor, maß Bose um 1897 die Änderung des spezifischen Widerstands von Dutzenden von Metallen und Metallverbindungen unter Mikrowellenbestrahlung. ^{[ 114 ] [ 115 ] : 452–474} Er experimentierte mit vielen Substanzen als Kontaktdetektoren und konzentrierte sich dabei auf Bleiglanz .

Seine Detektoren bestanden aus einem kleinen Bleiglanzkristall mit einem Metallkontakt, der mittels einer Rändelschraube dagegengepresst war. Dieser Kristall war in einem geschlossenen Hohlleiter montiert, der in einer Hornantenne zum Empfang der Mikrowellen endete. ^{[ 7 ] : 295–296, 301–305 [ 42 ] : 12} Bose leitete Strom von einer Batterie durch den Kristall und maß ihn mit einem Galvanometer . Trafen Mikrowellen auf den Kristall, registrierte das Galvanometer einen Abfall des Detektorwiderstands. Thomas Lee argumentierte, dass dieser Detektor durch die temperaturabhängige Widerstandsänderung des Halbleiters als Bolometer und nicht als Gleichrichterdetektor funktionierte. ^{[ 33 ] : 5–6} Damals gingen Wissenschaftler davon aus, dass Radiowellendetektoren nach einem ähnlichen Mechanismus wie das Auge Licht wahrnehmen. Bose stellte fest, dass sein Detektor auch für sichtbares Licht und Ultraviolett empfindlich war, weshalb er ihn als künstliche Netzhaut bezeichnete . Der von Bose entwickelte Halbleiter-Galenitdetektor gilt als Vorläufer der Halbleiterdiode . ^{[ 116 ] [ 117 ]} Er patentierte den Detektor am 30. September 1901 ^{[ 112 ] [ 109 ] : 73–74} , und dies wird oft als das erste Patent für ein Halbleiterbauelement angesehen.

Der 1909 entwickelte Kohärerdetektor „Mikrophon“ ähnelte dem von Pickard entdeckten Gleichrichterdetektor, der in den ersten Empfängern weit verbreitet war. Er bestand aus einer Stahlnadel, die auf zwei Kohlenstoffblöcken ruhte. Eine halbleitende Korrosionsschicht auf dem Stahl könnte für die Gleichrichtung verantwortlich gewesen sein.

Pickards Schaltplan eines Kristallempfängers in seinem US-Patent 836,531 , „Mittel zum Empfangen von durch elektrische Wellen übermittelten Informationen“ , eingereicht am 30. August 1906, erteilt am 20. November 1906

Greenleaf Whittier Pickard , ein Ingenieur der American Wireless Telephone and Telegraph Co., erfand den gleichrichtenden Kontaktdetektor ^{[ 118 ]} und entdeckte 1902 die Gleichrichtung von Radiowellen, als er mit einem Kohärerdetektor experimentierte, der aus einer Stahlnadel bestand, die auf zwei Kohlenstoffblöcken auflag. ^{[ 9 ] [ 119 ] : 325–330, 360 [ 42 ] : 17–18} Am 29. Mai 1902 bediente er dieses Gerät und hörte eine Funktelegrafiestation ab. Da Kohärer eine externe Stromquelle benötigten, hatte er den Kohärer und den Telefonkopfhörer in Reihe mit einer Dreizellenbatterie geschaltet, um den Kopfhörer mit Strom zu versorgen. Genervt von dem durch den Stromfluss durch den Kohlenstoff verursachten Hintergrundgeräusch des „Bratens“, griff er hinüber und trennte zwei der Batteriezellen aus dem Stromkreis, um den Strom zu reduzieren ^{[ 9 ] : 64–69 [ 119 ] : 325–330, 360}

Das Knistern hörte auf, und die Signale waren zwar deutlich schwächer, aber wesentlich klarer, da sie vom Mikrofonie-Rauschen befreit worden waren. Als ich meine Schaltung betrachtete, stellte ich zu meinem großen Erstaunen fest, dass ich nicht nur zwei, sondern alle drei Zellen durchtrennt hatte; die Telefonmembran wurde also ausschließlich durch die Energie der Empfängersignale betrieben. Ein Kontaktdetektor, der ohne lokale Batterie funktionierte, schien so sehr im Widerspruch zu all meinen bisherigen Erfahrungen zu stehen, dass ich beschloss, das Phänomen sofort gründlich zu untersuchen.

Die Erzeugung eines Audiosignals ohne Gleichstromvorspannung ließ Pickard erkennen, dass das Gerät als Gleichrichter fungierte. Pickard begann zu experimentieren und stellte fest, dass eine oxidierte Stahloberfläche besser funktionierte. Daher versuchte er es _mit Magnetit (Fe₃O₄ ₎ . Am 16. Oktober 1902 empfing er mit einem Magnetit, der von einem Kupferdraht berührt wurde, ein Radiosignal . Er bezeichnete dies als den ersten Kristalldetektor. ^{[ 9 ] : 64–69}

In den folgenden sieben Jahren führte Pickard eine umfassende Suche durch, um die Substanzen mit den empfindlichsten Detektionskontakten zu finden. Er testete schließlich Tausende von Mineralien ^{[ 109 ]} und entdeckte etwa 250 gleichrichtende Kristalle. ^{[ 33 ] : 4–9, 297–300 [ 9 ] [ 119 ] : 325–330, 360.} Im Jahr 1906 erhielt er eine Probe von geschmolzenem Silizium , einem künstlichen Produkt, das erst kürzlich in Elektroöfen synthetisiert worden war, und diese übertraf alle anderen Substanzen. ^{[ 9 ] [ 119 ] : 325–330, 360} Er patentierte den Siliziumdetektor am 30. August 1906. ^{[ 109 ] [ 120 ]} 1907 gründete er die Wireless Specialty Products Co. ^{[ 42 ] : 25–26} , um seine Detektoren herzustellen. Der Siliziumdetektor war der erste kommerziell vertriebene Kristalldetektor. ^{[ 9 ] [ 121 ]} Pickard produzierte weitere Detektoren mit den von ihm entdeckten Kristallen; die bekanntesten waren der Eisenpyrit -Detektor „Pyron“ und der Zinkit - Chalkopyrit- Kristall-zu-Kristall-Detektor „Perikon“ ^{[ 42 ] : 24} im Jahr 1908, ^{[ 122 ] [ 50 ]} was für „ PERfect p I c K ard c ON tact“ stand. ^{[ 33 ] : 4–9, 297–300}

Um 1906 erkannten Forscher im Bereich der drahtlosen Übertragung, dass Mineralkristalle bessere Detektoren als Kohärer sein könnten. Daraufhin wurden Kristallradios hergestellt und zahlreiche neue Kristalldetektoren erfunden. ^{[ 42 ] : 20–21, 23} Ein Grund für dieses gestiegene Interesse war, dass kommerzielle Kohärerempfänger von Papierbandgeräten ( Siphonrekordern ) als Ausgabegerät, die mit Kristalldetektoren inkompatibel waren, auf Kopfhörer umgestiegen waren , die den Ausgangsstrom des Kristalls nutzen konnten.

Am 23. März 1906 patentierte Henry Harrison Chase Dunwoody , ein pensionierter General des US Army Signal Corps, ^{[ 42 ] : 19} den Siliziumkarbid -Detektor ( Carborundum- Detektor) ^{[ 123 ] [ 121 ] [ 45 ] : 23–25.} Er nutzte dafür ein weiteres, kürzlich hergestelltes Produkt aus Elektroöfen. Das Halbleitermaterial Siliziumkarbid besitzt eine große Bandlücke , und Pickard entdeckte ^{[ 42 ] : 25,} dass die Empfindlichkeit des Detektors durch Anlegen einer Vorwärtsspannung – einer Gleichspannung von etwa einem Volt, erzeugt durch eine Batterie und ein Potentiometer – erhöht werden konnte . ^{[ 73 ] : 135, 137–139}

Braun begann um 1899 mit Kristallen als Radiodetektoren zu experimentieren und patentierte 1906 in Deutschland einen Galenit-Detektor in Form von Katzenbartkristallen. ^{[ 124 ] Im} selben Jahr erfand L. W. Austin einen Silizium -Tellur- Detektor. ^{[ 125 ] [ 42 ]} 1907 entwickelte Pickard den Molybdänit- Detektor . ^{[ 126 ]} 1911 erfand Thompson H. Lyon den Cerussit- Detektor. ^{[ 127 ] [ 128 ]} 1908 untersuchte Wichi Torikata an der Kaiserlichen Universität Tokio 200 Mineralien und fand heraus, dass Kassiterit (Zinnoxid), Pyrolusit (Mangandioxid), Zinkit , Galenit und Pyrit empfindlich waren. Anschließend testete er alle Mineralproben am Mineralienkolleg und entdeckte 34 rektifizierende Mineralien. ^{[ 129 ] [ 128 ] : 87–88}

Während der Ära der Radiotelegrafie , von den Anfängen des Radios im Jahr 1894 bis 1920, gab es praktisch keine Rundfunkübertragung ; Radio wurde als Textnachrichtendienst zwischen Personen genutzt. ^{[ 1 ] : 4} In den ersten 10 Jahren wurden in Empfängern Kohärer und elektrolytische Detektoren verwendet. Die Funkkommunikation über große Entfernungen war abhängig von Hochleistungssendern (bis zu 1 Megawatt), riesigen Drahtantennen und einem Empfänger mit einem empfindlichen Detektor. ^{[ 9 ]}

Um 1907 lösten Kristalldetektoren in Empfängern Kohärer und Elektrolytdetektoren ab und wurden zur am weitesten verbreiteten Form von Radiodetektoren. ^{[ 11 ] [ 130 ]} Bis zum Einsatz der Trioden- Vakuumröhre im Ersten Weltkrieg galten Kristalle als beste Technologie für den Radioempfang. ^{[ 42 ] 17} Sie wurden in hochmodernen Empfängern von drahtlosen Telegrafiestationen sowie in selbstgebauten Kristallradios verwendet. ^{[ 131 ]}

Unternehmen wie Marconi und Telefunken stellten hochentwickelte, induktiv gekoppelte Detektorempfänger für die Funkkommunikation in Schiffsfunkräumen und Küstenfunkstellen her. ^{[ 56 ] : 144–157} Für Kriegsschiffe und militärische Kommunikationsstationen wurden Militärversionen gefertigt. ^{[ 132 ]} Leichte Detektorempfänger wie der SCR-54 waren Bestandteil tragbarer Funktelegrafiestationen, die von Armeeangehörigen im Ersten Weltkrieg zur Kommunikation mit ihren Kommandeuren hinter den Linien eingesetzt wurden. Nach dem Krieg produzierten Elektronikfirmen preiswerte Detektorempfänger für Endverbraucher. Viele Funkamateure weltweit bauten ihre eigenen Detektorempfänger nach Anleitungen in Radiozeitschriften. ^{[ 42 ] : 26 [ 133 ]}

Galenit ( Bleisulfid , PbS, manchmal auch unter den Namen „Lenzit“ ^{[ 46 ] : 433–439} und „Hertzit“ verkauft) ^{[ 33 ] [ 66 ] [ 134 ]} war der am weitesten verbreitete Kristalldetektor, da er die höchste Empfindlichkeit aufwies. Weitere gebräuchliche kristalline Mineralien ^{[ 135 ] : 298} waren Eisenpyrit (Eisensulfid, FeS₂ _, „Katzengold“, auch unter den Handelsnamen „Pyron“ ^{[ 29 ]} , „Ferron“ ^{[ 46 ]} und „Radiocit“ verkauft) ^{[ 136 ]} , Molybdänit ( Molybdändisulfid , MoS₂ ₎ [ ^{46 ] [ 66 ] und} Cerussit ( Bleicarbonat , PbCO₃ ₎ . ^{[ 66 ] [ 57 ] : 311–318} Ein Nachteil dieser Detektoren war, dass sie einen empfindlichen Drahtkontakt („Katzenbart“) benötigten, der durch die geringste Vibration gestört werden konnte. Daher mussten sie vor jeder Benutzung neu justiert werden. Dazu wurde die Drahtspitze über die Oberfläche des Kristalls gezogen, während der Benutzer über Kopfhörer auf Funkgeräusche lauschte, um eine aktive Gleichrichterstelle zu finden. ^{[ 121 ]} Ein weiterer weit verbreiteter Typ war Pickards „Perikon“-Detektor, der aus sich berührenden Zinkit- und Chalkopyritkristallen bestand.

Es wurde viel Forschung betrieben, um bessere Detektoren zu finden, und zahlreiche Kristallarten wurden getestet. ^{[ 137 ]} Ziel der Forscher war es, Gleichrichterkristalle zu finden, die weniger zerbrechlich und vibrationsanfällig als Bleiglanz und die oben genannten Detektoren aus Katzenbartkristallen waren. ^{[ 46 ] : 434–435} Eine weitere gewünschte Eigenschaft war die Toleranz gegenüber hohen Strömen; viele Kristalle wurden unempfindlich, wenn sie atmosphärischen Entladungen der Außendrahtantenne oder dem Strom des leistungsstarken Funkensenders, der in den Empfänger floss, ausgesetzt waren. ^{[ 42 ] : 27} Carborundum erwies sich als der beste dieser Kristalle; ^{[ 57 ] : 312 [ 56 ] : 135} er konnte mit einer fest dagegen gepressten Stahlspitze, die mit einer Feder fixiert war, oder sogar zwischen zwei flachen Kontakten gleichgerichtet werden. ^{[ 42 ] : 24} Daher mussten Carborundum-Kontakte im Gegensatz zu den empfindlichen Katzenbartkristallen nicht vor jedem Gebrauch justiert werden. Daher wurden Carborundumdetektoren in Schiffsfunkstationen eingesetzt, wo die Wellen den Boden erschütterten, sowie in Militärstationen, wo mit Beschuss zu rechnen war. ^{[ 33 ] : 4–9, 297–300 [ 46 ] : 435} Siliziumdetektoren waren zwar weniger robust als Carborundumdetektoren, verwendeten aber ebenfalls einen federbelasteten Punktkontakt, der sich nicht durch Erschütterungen lösen konnte, weshalb sie auch in professionellen und militärischen Stationen zum Einsatz kamen.

Zwischen etwa 1904 und 1915 wurden die ersten Arten von Radiosendern entwickelt, die kontinuierliche Sinuswellen erzeugten : der Lichtbogenkonverter (Poulsen-Bogen) und der Alexanderson-Generator . ^{[ 46 ] : 396–415} Diese ersetzten allmählich die alten Funkenentladungssender mit gedämpften Wellen . Neben einer größeren Reichweite konnten diese Sender mit einem Audiosignal moduliert werden , um Ton mittels Amplitudenmodulation (AM) zu übertragen. Im Gegensatz zum Kohärer ermöglichte die Gleichrichterwirkung des Kristalldetektors die Demodulation eines AM-Radiosignals und damit die Erzeugung von Ton. ^{[ 81 ]} Obwohl auch andere damals verwendete Detektoren wie der Elektrolytdetektor , die Fleming-Röhre und die Triode AM-Signale gleichrichten konnten, waren Kristalle die einfachsten und kostengünstigsten AM-Detektoren. ^{[ 81 ] [ 42 ] : 30–31}

Während des Ersten Weltkriegs wurde die Trioden -Vakuumröhre, der erste praktische Verstärker , zu einem zuverlässigen Bauteil weiterentwickelt, und kommerzielle sowie militärische Funkstationen stellten von Kristallempfängern auf empfindlichere Röhrenempfänger um. ^{[ 42 ] : 31 [ 139 ]} Die Popularität und der Absatz von Kristallradios stiegen jedoch aufgrund des rasanten Aufschwungs des Rundfunks noch einige Jahre weiter an . ^{[ 42 ] : 32} Nach dem Ersten Weltkrieg begannen Radiosender mit der Übertragung von Ton, Sprache und Musik mittels Amplitudenmodulation (AM) zu experimentieren, und eine wachsende Zahl von Radiohörern baute oder kaufte Kristallradios, um diese Programme zu empfangen. ^{[ 121 ] [ 81 ] [ 140 ]} 1922 veröffentlichte das United States Bureau of Standards (heute NIST ) aufgrund des großen Interesses der Verbraucher eine Publikation mit dem Titel „ Construction and Operation of a Simple Homemade Radio Receiving Outfit“ (Aufbau und Betrieb eines einfachen selbstgebauten Radioempfangsgeräts) . ^{[ 141 ]} Dieser Artikel (siehe Zeichnung) zeigte, wie jeder, der mit einfachen Werkzeugen geschickt war, ein Kristallradio bauen und damit Wetter, Getreidepreise, Uhrzeit, Nachrichten und Opern empfangen konnte.

Die Verwendung von Detektorempfängern nahm bis in die 1920er Jahre weiter zu, als sie von Röhrenradios abgelöst wurden. ^{[ 81 ] [ 140 ] [ 121 ]}

Kristallempfänger wurden sogar für die transatlantische Kommunikation eingesetzt. In transozeanischen Funktelegrafiestationen empfingen hochempfindliche, induktiv gekoppelte Kristallempfänger, die über kilometerlange Drahtantennen gespeist wurden, Morsecode- Telegramme und zeichneten sie auf Papierstreifen auf. ^{[ 142 ]} Diese Entfernung lag an der äußersten Grenze der Empfangsreichweite eines Kristallempfängers. Bevor Verstärkerröhren verfügbar waren, versuchten Funkunternehmen, Technologien zur Verstärkung des Empfangssignals zu entwickeln.

Eine Lösung war der „Verstärker“ ^{[ 143 ]} , beispielsweise die von der SG Brown Co. entwickelte und von der Marconi Co. verwendete Version ^{[ 135 ] : 310–311.} Der Ausgangsstrom des Kristallempfängers wurde durch eine Wicklung auf den Polschuhen eines Permanentmagneten geleitet. Nahe den Magnetpolen befand sich eine Resonanzzunge aus Stahl. Diese war so eingestellt, dass sie mit der Audiofrequenz des Senders in Resonanz geriet . Bei Schwingungen der Zunge schlossen Schaltkontakte periodisch einen Stromkreis mit einem Kopfhörer, wodurch ein Summen im Kopfhörer erzeugt wurde. Durch die Resonanz wurden Signale, die zu schwach waren, um direkt hörbar zu sein, zu starken Schwingungen in der Zunge angeregt und konnten so detektiert werden.

Manche Halbleiterübergänge weisen eine Eigenschaft namens negativer Widerstand auf . Das bedeutet, dass der Stromfluss durch sie mit steigender Spannung in einem bestimmten Bereich ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie abnimmt . Dadurch kann eine Diode, normalerweise ein passives Bauelement, als Verstärker oder Oszillator fungieren . Beispielsweise kann der negative Widerstand der Diode, wenn sie an einen Resonanzkreis angeschlossen und mit einer Gleichspannung beaufschlagt wird, den positiven Widerstand des Kreises kompensieren. So entsteht ein Stromkreis mit einem Wechselstromwiderstand von null, in dem spontane Schwingungsströme auftreten. Diese Eigenschaft wurde erstmals um 1909 von William Henry Eccles ^{[ 144 ] [ 145 ]} und Pickard ^{[ 146 ] [ 147 ]} an Kristalldetektoren beobachtet. Sie stellten fest, dass ihre Detektoren, wenn sie zur Verbesserung ihrer Empfindlichkeit mit einer Gleichspannung beaufschlagt wurden, mitunter spontane Schwingungen zeigten. ^{[ 147 ]} Diese Forscher veröffentlichten jedoch nur kurze Berichte und verfolgten den Effekt nicht weiter.

Der erste, der den negativen Widerstand praktisch nutzte, war der autodidaktische russische Physiker Oleg Losev , der seine Karriere der Erforschung von Kristalldetektoren widmete. 1922 entdeckte er im neu gegründeten Radiolabor in Nischni Nowgorod den negativen Widerstand in vorgespannten Zinkit -Punktkontakten ( Zinkoxid ). ^{[ 148 ] [ 149 ] [ 150 ]} Er erkannte, dass Verstärkerkristalle eine Alternative zu den empfindlichen, teuren und energieintensiven Vakuumröhren darstellen könnten. Mit vorgespannten Kristallkontakten mit negativem Widerstand baute er Festkörperverstärker , Oszillatoren sowie verstärkende und regenerative Radioempfänger – 25 Jahre vor der Erfindung des Transistors. ^{[ 145 ] [ 149 ] [ 33 ] : 4–9 [ 151 ]} Seine Leistungen wurden jedoch aufgrund des Erfolgs der Vakuumröhren übersehen. Seine Technologie wurde von dem Wissenschaftsverleger Hugo Gernsback ^{[ 151 ]} , einem der wenigen im Westen, die ihr Beachtung schenkten, als „Crystodyne“ bezeichnet. Nach zehn Jahren gab er die Forschung an dieser Technologie auf, und sie geriet in Vergessenheit. ^{[ 33 ] : 20}

In den 1920er Jahren löste die 1907 von Lee De Forest erfundene Trioden -Vakuumröhre die ältere Technologie in Radiosendern und -empfängern ab. ^{[ 152 ]} Um 1920 entstand spontan der AM- Rundfunk , und das Radiohören entwickelte sich von einem einsamen Hobby zu einem äußerst beliebten Zeitvertreib. ^{[ 121 ]} Das anfängliche Publikum der neuen Sender bestand größtenteils aus Besitzern von Detektorempfängern, da sich viele Verbraucher die neuen Röhrenradios nicht leisten konnten. ^{[ 42 ] :32 [ 121 ]} Da Detektorempfänger jedoch keine Verstärkung besaßen, mussten sie mit Kopfhörern gehört werden und konnten nur Sender in einem Umkreis von etwa 40 bis 80 Kilometern empfangen. ^{[ 81 ] [ 121 ]} Die ab 1921 in Massenproduktion hergestellten Röhrenradios mit Verstärkerfunktion boten eine größere Reichweite, erforderten keine umständliche Justierung und lieferten genügend Ausgangsleistung, um Lautsprecher anzusteuern , sodass die ganze Familie gemeinsam bequem Musik hören oder zu Jazzmusik tanzen konnte. ^{[ 42 ] : 33 [ 81 ]}

So wurden in den 1920er Jahren Röhrenempfänger in fast allen Haushalten außer denen mit geringem Einkommen durch Detektorempfänger ersetzt. ^{[ 109 ] [ 81 ] [ 152 ]} Die unzuverlässige und störanfällige Funktionsweise des Detektors hatte dessen Akzeptanz als Standardkomponente in kommerziellen Radiogeräten stets verhindert ^{[ 80 ] : 11–12} und war einer der Gründe für seine rasche Ablösung. Frederick Seitz, ein früher Halbleiterforscher, schrieb: ^{[ 6 ]}

Solche Schwankungen, die an das Mystische grenzten, plagten die frühe Geschichte der Kristalldetektoren und veranlassten viele der Vakuumröhrenexperten einer späteren Generation, die Kunst der Kristallgleichrichtung als beinahe anrüchig zu betrachten.

Das Detektorradio wurde zu einem preiswerten Alternativempfänger für die Notfallkommunikation und von Menschen genutzt, die sich keine Röhrenradios leisten konnten: ^{[ 109 ]} Jugendliche, Arme und Menschen in Entwicklungsländern. ^{[ 140 ] [ 10 ]} Der Bau eines Detektorempfängers blieb ein beliebtes Bildungsprojekt, um Menschen an das Radio heranzuführen, ^{[ 42 ] : 34 [ 81 ]} und wurde von Organisationen wie den Pfadfindern genutzt . ^{[ 10 ]} Der Bleiglanzdetektor, der unter Amateuren am weitesten verbreitete Typ, ^{[ 33 ] : 4–9, 297–300 ]} wurde von nun an praktisch zum einzigen Detektor in Detektorradios. ^{[ 66 ] [ 134 ]} Detektorradios wurden als Notfall-Ersatzgeräte auf Schiffen mitgeführt. ^{[ 42 ] : 32} Während des Zweiten Weltkriegs im von den Nazis besetzten Europa wurde das Radio von Widerstandsgruppen als einfach zu bauendes und leicht zu versteckendes Funkgerät eingesetzt. ^{[ 140 ]}

Neben Mineralkristallen fungieren auch die Oxidschichten vieler Metalloberflächen als Halbleiter (Detektoren) mit Gleichrichtungsfunktion. Detektorempfänger wurden improvisiert, indem man Detektoren aus rostigen Nägeln, korrodierten Münzen und vielen anderen Alltagsgegenständen herstellte. ^{[ 33 ] : 300}

Im Zweiten Weltkrieg, als die alliierten Truppen im Frühjahr 1944 bei Anzio in Italien zum Stehen kamen , waren aktive Radioempfänger strengstens verboten, da die Deutschen über Geräte verfügten, mit denen sie das Lokaloszillatorsignal von Überlagerungsempfängern empfangen konnten . Detektorempfänger besaßen keine aktiven Lokaloszillatoren und konnten daher nicht geortet werden. Einige findige Soldaten bauten sich aus weggeworfenen Materialien provisorische Detektorempfänger, um Nachrichten und Musik zu hören. ^{[ 153 ] [ 154 ] [ 68 ]} Ein Typ verwendete eine Rasierklinge aus blauem Stahl und eine Bleistiftmine als Detektor. ^{[ 155 ]} Die Bleistiftspitze, die die halbleitende Oxidschicht (Magnetit) der Klinge berührte, bildete eine einfache Punktkontaktdiode. Durch vorsichtiges Justieren der Bleistiftmine auf der Klingenoberfläche konnten sie Stellen finden, die eine Gleichrichtung ermöglichten. Die Geräte wurden von der Presse als „ Schützengrabenradios “ bezeichnet und sind Teil der Folklore des Zweiten Weltkriegs geworden .

In einigen von Deutschland besetzten Ländern wurden während des Zweiten Weltkriegs Radiogeräte der Zivilbevölkerung massenhaft beschlagnahmt. Dies veranlasste entschlossene Hörer, sich heimlich eigene Empfänger zu bauen, die oft kaum mehr als ein einfacher Detektorempfänger waren. Wer dies tat, riskierte Gefängnis oder gar den Tod, und in den meisten Teilen Europas waren die Signale der BBC (oder anderer alliierter Sender) nicht stark genug, um mit einem solchen Gerät empfangen zu werden.

Nach dem Zweiten Weltkrieg machte die Entwicklung moderner Halbleiterdioden den Bleiglanzdetektor endgültig überflüssig. ^{[ 42 ] : 39 [ 140 ]} In den wenigen noch produzierten Detektoren wurde der Bleiglanzdetektor durch eine während des Krieges erfundene Germaniumdiode ersetzt , die keiner Justierung bedurfte. ^{[ 42 ] : 34 [ 71 ]} Die Germaniumdiode wurde aufgrund ihrer höheren Empfindlichkeit gegenüber der Siliziumdiode verwendet , die auf ihrer niedrigeren Durchlassspannung (0,3 V gegenüber 0,7 V) beruhte. ^{[ 58 ]}

Das 1954 eingeführte Transistorradio übernahm die Marktnische des Detektorradios als preiswertes, tragbares Radio. ^{[ 42 ] : 40–41} Somit blieb der Markt für Detektorradios in den 1950er- bis 1970er-Jahren nur noch als wissenschaftliches Lernspielzeug für Kinder übrig. ^{[ 42 ] : 38–39}

In den späten 1950er Jahren wurden verschiedene preiswerte, neuartige Kristallradios in Kunststoffgehäusen, typischerweise aus Japan importiert, als Lernspielzeug verkauft. Eines davon war das „Raketenradio“ in Raketenform (siehe Abbildung) ^{[ 156 ].} Als Detektor diente eine gekapselte Germaniumdiode , die im Gegensatz zum Katzenbartdetektor keine Justierung benötigte. Als Audioausgabegerät wurde ein piezoelektrischer Kristall-Ohrhörer verwendet , der deutlich effizienter als dynamische Kopfhörer war und den Schwingkreis nicht belastete, wodurch dessen Gütefaktor und somit die Selektivität des Empfängers nicht beeinträchtigt wurde. Als Abstimmspule kam eine Ferritkern-Schleifenantenne zum Einsatz , die kompakter als die zuvor verwendeten Luftspulen war, gleichzeitig als Antenne diente und keine Erdung benötigte. Das Radio wurde auf verschiedene Sender abgestimmt, indem der Ferritkern in die Spule hinein- und herausgeschoben wurde. Dadurch änderte sich die magnetische Permeabilität und somit die Induktivität der Spule. Die Empfangsreichweite dieser einfachen Radios war auf starke lokale AM-Radiosender im Umkreis von 15–25 Meilen beschränkt. Sie besaßen üblicherweise eine Krokodilklemme, mit der eine externe Drahtantenne angeschlossen werden konnte, um die Reichweite zu erhöhen.

Die Pfadfinder haben den Bau eines Detektorempfängers bereits seit den 1920er Jahren in ihr Programm aufgenommen.

In letzter Zeit haben Hobbyisten begonnen, klassisch gestaltete Detektorempfänger für große Entfernungen zu bauen, ähnlich denen aus der Zeit der Funktelegrafie. Viel Wert wird sowohl auf das Aussehen als auch auf die Leistung dieser Geräte gelegt. Jährliche DX - Wettbewerbe (Fernempfang) und Bauwettbewerbe bieten den Besitzern dieser Geräte die Möglichkeit, sich miteinander zu messen.

Es gibt eine Geschichte experimenteller Konstruktionen transistorisierter „Freileistungs“-Kristallradios, die die aus dem empfangenen Signal oder dem Umgebungsrauschen gewonnene Energie zur Verstärkung des Ausgangssignals nutzen . [ ^{157 ] [ 158 ] [ 159 ] Mit} einem starken lokalen Radiosender und einer guten Antenne kann ein Transistorverstärker durch den von einer Diode in einem Kristallempfänger gleichgerichteten Gleichstrom betrieben werden, um das Audiosignal so weit zu verstärken, dass ein Lautsprecher betrieben werden kann . Ein auf einen starken lokalen Sender abgestimmtes Kristallradio kann auch als Stromquelle für einen zweiten verstärkten Empfänger eines entfernten Senders dienen, der ohne Verstärkung nicht zu empfangen ist. ^{[ 160 ] : 122–123}

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