ইলেকট্রনিক্সে হাতেখড়ি/সেমিকন্ডাক্টর

আমরা যখন একটি স্বতন্ত্র পি-টাইপ এবং এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর নিই তখন এটি উভয় দিকেই সমান সুবিধার সাথে একটি প্রতিরোধক এবং এক্সবিট রৈখিক পরিবাহনের বৈশিষ্ট্যের মতো পরিচালনা করে। এই ধরনের আচরণ "ওহমিক বিহেভিয়ার" নামে পরিচিত।

সেমিকন্ডাক্টর

সেমিকন্ডাক্টর হল এমন একটি উপাদান যা কন্ডাক্টর বা ইনসুলেটর নয়-এটি কোথাও কোথাও মাঝখানে থাকে। এটি একটি প্রতিরোধক মত এবং প্রকৃতপক্ষে সেমিকন্ডাক্টর উপাদান থেকে প্রতিরোধক তৈরি করা সম্ভব। যাইহোক, ইলেকট্রনিক্সে, সেমিকন্ডাক্টরের আরও কিছু নির্দিষ্ট অর্থ রয়েছে।

যদি আমরা কিছু বিশুদ্ধ পদার্থের স্ফটিক নিই, যেমন সিলিকন, আমরা দেখতে পাই যে প্রতিটি সিলিকন পরমাণুর চারটি বন্ধন রয়েছে (একে পরমাণুর সংযোজকতা বলা হয়) এবং প্রতিটি বন্ধন এটিকে অন্য সিলিকন পরমাণুর সাথে সংযুক্ত করে। এই বন্ধন একটি স্ফটিক জাল গঠন করে এবং সিলিকন পরমাণুর সমস্ত ইলেকট্রন দখল করে। যেহেতু কোনও মুক্ত ইলেকট্রন নেই, তাই এই উপাদানটি একটি তড়িৎ প্রবাহকে অতিক্রম করতে পারে না এবং এটি একটি অন্তরক হিসেবে কাজ করে।

যদি আমরা সাবধানে এই উপাদানটির সাথে একটি অতিরিক্ত উপাদান যোগ করি তবে পরিস্থিতি পরিবর্তন হয়। যদি আমরা চারটির পরিবর্তে পাঁচ যোজ্যতার একটি পরমাণু যোগ করি, আমরা দেখতে পাই যে যেখানেই প্রবর্তিত উপাদানটির একটি পরমাণু পাওয়া যাবে, তার চারটি বন্ধন নিকটবর্তী সিলিকন পরমাণুর সাথে সংযুক্ত হবে, তবে পঞ্চম বন্ধনটি সংযুক্ত হবে না, একটি মুক্ত ইলেক্ট্রন উপলব্ধ থাকবে, যা একটি বিদ্যুৎ বহন করবে। এই ধরনের উপাদানকে দাতা উপাদান দিয়ে ডোপ করা বলে মনে করা হয়, কিন্তু যেহেতু শুধুমাত্র অল্প পরিমাণে দাতা উপাদান যোগ করা হয়, তাই মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা বেশ কম এবং তাই এটি পরিচালনা করবে, তবে খারাপভাবে।

এন-টাইপ এবং পি-টাইপ

যদি আমরা পাঁচটির যোজ্যতার সিলিকন ডোপ করি, তবে স্ফটিকটিতে অতিরিক্ত মুক্ত ইলেকট্রন তৈরি হয়। এই ইলেকট্রনগুলি স্বাভাবিক পদ্ধতিতে চার্জ বহন করে এবং এগুলিকে সংখ্যাগরিষ্ঠ বাহক বলা হয়। এইভাবে ডোপ করা উপাদানকে এন-টাইপ বা "নেগেটিভ টাইপ" সেমিকন্ডাক্টর হিসাবে উল্লেখ করা হয়। (কারণ চার্জ ইলেকট্রন দ্বারা বাহিত হয় এবং এই ধরনের চার্জ প্রচলিত কারেন্টের ক্ষেত্রে আসলে নেতিবাচক)।

আমরা এমন একজন দাতার সাথেও ডোপ সিলিকন ব্যবহার করতে পারি যার ভ্যালেন্সি চারের পরিবর্তে মাত্র তিনটি। এটি একটি অর্ধপরিবাহী উপাদানও তৈরি করে কারণ বন্ধনের ঘাটতি জালের মধ্যে ছিদ্র ফেলে দেয়। এই ছিদ্রগুলি একটি ইলেক্ট্রনের অনুপস্থিতি, তবে তারা এখনও একটি চার্জ বহন করে, একটি ইলেক্ট্রনের চার্জের সমতুল্য, তবে বিপরীত চিহ্নের। এগুলিকে সংখ্যালঘু বাহক বলা হয়। গর্তগুলি স্বাভাবিক বিদ্যুতের বিপরীত দিকে আধান বহন করে, কারণ তাদের আধানের বিপরীত চিহ্ন রয়েছে। প্রকৃতপক্ষে যা ঘটে তা হল বিদ্যুৎ যথারীতি ইলেকট্রন দ্বারা বহন করা হয়, তবে যেখানেই একটি ইলেক্ট্রন একটি গর্তের সাথে মিলিত হয়, এটি গর্তে পড়ে যায়, এর পিছনে একটি নতুন গর্ত খোলে। সুতরাং যদিও তড়িৎ প্রবাহটি এখনও প্রকৃতপক্ষে ইলেকট্রন দ্বারা সৃষ্ট, তবে মনে হয় যেন গর্তগুলি বিপরীত দিকে স্থানান্তরিত হচ্ছে। এটি ঠিক বিপরীত দিকে চলমান একটি ধনাত্মক চার্জের সমতুল্য।

পি এবং এন টাইপ উপকরণগুলি নিজের মধ্যে খুব আকর্ষণীয় নয়, তবে দুটি ধরণের উপকরণ থেকে স্যান্ডউইচ তৈরি হলে উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য দেখা দেয়। এই ধরনের স্যান্ডউইচগুলিকে জাংশন বলা হয় এবং সব ধরনের সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসের ভিত্তি।

ডায়োডস

একটি ডায়োড বিদ্যুৎকে একদিকে প্রবাহিত হতে দেয়। এটি মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে একটি বর্তনী চিত্র দেখার সময় প্রচলিত বিদ্যুৎ তীরের দিকে প্রবাহিত হয়। (ধনাত্মক থেকে ঋণাত্মক). "ডাইওড" শব্দের অর্থ দুই-প্রান্তিক।

এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরের একটি একক টুকরাকে পি-টাইপের একটি একক টুকরোর সাথে বন্ধন করে একটি ডায়োড গঠিত হয়। এই দ্বি-স্তর যন্ত্রটি একটি একক পি-এন জংশন নিয়ে গঠিত এবং এটি সবচেয়ে সহজ অর্ধপরিবাহী যন্ত্র। যখন যন্ত্রের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়, তখন বলা হয় যে এটি সামনের দিকে পক্ষপাতদুষ্ট এবং এর প্রতিরোধ ক্ষমতা মোটামুটি কম। যদি ডায়োড জুড়ে ভোল্টেজটি বিপরীত হয়, তবে ডায়োডটিকে বিপরীত পক্ষপাতযুক্ত বলা হয় এবং সাধারণত কোনও বিদ্যুৎ প্রবাহিত হবে না।

এটি কিভাবে কাজ করে তা নিম্নরূপ। বিপরীতমুখী হলে, এন-টাইপ উপাদানের মুক্ত ইলেকট্রনগুলি, ঋণাত্মক হওয়ায়, ডায়োডে প্রয়োগ করা ধনাত্মক সম্ভাবনার প্রতি আকৃষ্ট হয়। অন্যদিকে, ধনাত্মক আধানযুক্ত গর্তগুলি ঋণাত্মক টার্মিনালের প্রতি আকৃষ্ট হয়। বাহকগুলি (গর্ত এবং ইলেক্ট্রন) জাংশন এলাকা থেকে দূরে টেনে নিয়ে যাওয়া হয়, যার ফলে এটি চার্জ বাহক থেকে হ্রাস পায়। এটি একটি হ্রাস স্তর গঠন করে এবং এটি একটি অন্তরক, তাই জেনের ডায়োড ব্যতীত বিদ্যুৎ কোনও যন্ত্রের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে পারে না।

যখন ডায়োড জুড়ে পার্থক্যটি বিপরীত হয়, তখন বিপরীতটি ঘটে-বাহকগুলিকে টার্মিনাল থেকে জাংশনের দিকে দূরে ঠেলে দেওয়া হয়, যতক্ষণ না তারা বিপরীত ধরনের উপাদানগুলিতে পৌঁছায়। এখানে, ইলেকট্রনগুলি ছিদ্রে পরে যেতে সক্ষম হয়, সার্কিটটি সম্পূর্ণ করে এবং কারেন্টকে প্রবাহিত হতে দেয়।

এসি থেকে ডিসি তৈরি করতেও ডায়োড ব্যবহার করা হয়। তখন এগুলিকে রেক্টিফায়ার বলা হয়। জেনার ডায়োডগুলি ভোল্টেজের উৎস হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

লাইট-এমিটিং ডায়োড

একটি আলো-নির্গমনকারী ডায়োড বা এলইডি হল সাধারণ ডায়োডের মতো একটি ২-স্তরের অর্ধপরিবাহী যন্ত্র, তবে এটিকে আলো-নির্গমনকারী বৈশিষ্ট্য দেওয়ার জন্য অন্য উপকরণ ব্যবহার করে ডোপ করা হয়। বিপরীত-পক্ষপাতী হলে, একটি এলইডি যে কোনও ডায়োডের মতো তড়িৎ প্রবাহকে অবরুদ্ধ করে, কিন্তু যখন সামনের দিকের পক্ষপাতী হয়, প্রতিবার যখন একটি ইলেক্ট্রন একটি গর্তে পড়ে, তখন এটি বেশ কয়েকটি ফোটন হিসাবে তার শক্তি ছেড়ে দেয়, যা আমরা দৃশ্যমান আলো হিসাবে দেখি।

ছেড়ে দেওয়া শক্তির সঠিক পরিমাণ এল. ই. ডি-র রঙ নির্ধারণ করে এবং এটিতে ব্যবহৃত ডোপিং উপাদানের সঠিক অনুপাত এবং প্রকার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। কম শক্তির ফোটনগুলিকে লাল আলো হিসাবে দেখা হয়, অন্যদিকে উচ্চতর শক্তি আমাদের কমলা, সবুজ এবং নীল দেয়। সাদা এল. ই. ডি একযোগে বিভিন্ন রঙের উপাদন ব্যবহার করে তৈরি করা হয়।

বেশিরভাগ এল. ই. ডি-তে সতর্কতার সঙ্গে সীমিত পরিমাণে বিদ্যুৎ প্রবাহ থাকা প্রয়োজন, কারণ খুব বেশি প্রবাহিত হলে সেগুলি সহজেই পুড়ে যায়। সুতরাং বিদ্যুৎ যাতে খুব বেশি না হয় তা নিশ্চিত করার জন্য একটি সিরিজ রেজিস্টর প্রয়োজন। যতক্ষণ পর্যন্ত বিদ্যুৎ প্রবাহ এলইডি-র নকশা সীমার মধ্যে রাখা হয়, ততক্ষণ পর্যন্ত এগুলি অত্যন্ত কার্যকর এবং দীর্ঘ জীবনকাল থাকে যা সাধারণ বাল্বের তুলনায় অনেক বেশি।

এটি কার্যকর করার জন্য একটি এলইডি এবং উপযুক্ত রেজিস্টর এবং ব্যাটারি নিন এবং কেবল ডায়োডের দুটি সংযোগকে রেজিস্টর এবং ব্যাটারিতে পরিবর্তন করুন। যদি সঠিকভাবে করা হয় তবে এটি এক দিকে আলো হওয়া উচিত।

ট্রানজিস্টর

ট্রানজিস্টর হল তিনটি টার্মিনাল সহ একটি অর্ধপরিবাহী যন্ত্র। অনেক ধরনের ট্রানজিস্টর রয়েছে, তবে সাধারণভাবে তারা সবাই একই কাজ করে-তারা অন্যের প্রভাবে একটি বিদ্যুৎ নিয়ন্ত্রণ করে, সাধারণত অনেক ছোট বিদ্যুৎ বা ভোল্টেজ। সবচেয়ে মৌলিক ধরনের ট্রানজিস্টর হল ফিল্ড এফেক্ট ট্রানজিস্টর (এফইটি) এবং যেহেতু এগুলি বেশিরভাগ ধরণের ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটে ব্যবহৃত হয়, সেগুলিও সাধারণ।

একটি এফ. ই. টি ডোপড সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের (যেমন, এন-টাইপ) একটি রড নিয়ে গঠিত যা একটি ধাতব প্লেট দ্বারা বেষ্টিত। ধাতব প্লেটটি সেমিকন্ডাক্টর থেকে উত্তাপিত হয় এবং এখানে কোনও পিএন জংশন নেই। ধাতব প্লেটটি ডিভাইস বা গেটের নিয়ন্ত্রণ টার্মিনালের সাথে সংযুক্ত থাকে। দণ্ডের দুটি প্রান্ত (যাকে চ্যানেল বলা হয়) উৎস এবং নালার সাথে সংযুক্ত। একটি বর্তনী এমনভাবে সাজানো হয় যাতে একটি তড়িৎ প্রবাহ যন্ত্রের মধ্য দিয়ে উৎস থেকে নালায় প্রবাহিত হয়। যেহেতু উপাদানটি অর্ধপরিবাহী, গেট টার্মিনাল সংযুক্ত না থাকলেও কিছু বিদ্যুৎ প্রবাহিত হবে।

যদি আমরা গেটটি সংযুক্ত করি যাতে আমরা এটির ভোল্টেজ পরিবর্তন করতে পারি, ধাতব প্লেটটি ক্যাপাসিটারের মতো চার্জ জমা করতে পারে। এই প্লেটের চার্জগুলি চ্যানেলের বাহকদের আকর্ষণ বা প্রতিহত করতে পারে। যদি বাহকদের গেট থেকে দূরে সরিয়ে দেওয়া হয়, তবে চ্যানেলটির প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়, কারণ বিকর্ষণ অঞ্চলে কম বাহক প্রবেশ করতে পারে। গেটের নকশা পরিবর্তন করে, এটি বাহকদের আকৃষ্ট করবে, যার ফলে স্রোত বহন করার জন্য আরও বাহক উপলব্ধ হবে, যা এইভাবে বৃদ্ধি পাবে। সুতরাং গেটের ভোল্টেজ পরিবর্তন করে, চ্যানেলের প্রতিরোধ বা পরিবাহিতা ইচ্ছামত পরিবর্তিত হতে পারে।

যখন একটি ভোল্টেজের প্রভাবে একটি বিদ্যুৎ পরিবর্তিত হয়, তখন এটিকে ট্রান্সকন্ডাক্টেন্স বলা হয়। "ট্রানজিস্টর" শব্দটি মূলত "ট্রান্সকন্ডাক্টিং রেজিস্টার" বোঝাতে তৈরি করা হয়।

আমরা এইমাত্র যে ধরনের এফ. ই. টি বর্ণনা করেছি তাকে কখনও কখনও "ইনসুলেটেড গেট" এফ. ই. টি বা আই. জি. এফ. ই. টি বলা হয়। এটি সবচেয়ে সহজ ধরনের। আরও কিছু রয়েছে, যেমন মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর এফইটি (এমওএসএফইটি) বা জংশন এফইটি বা জেএফই, তবে সবগুলিই একই নীতির উপর কাজ করে।

ঐতিহাসিকভাবে, এফইটি প্রথম ধরণের ট্রানজিস্টর নয় যেটি উদ্ভাবিত হয়ছে, যদিও উপরে বর্ণিত এফইটি অনেক পুরানো থার্মিওনিক ভালভ বা টিউবের সাথে খুব মিল রেখে কাজ করে। যখন ট্রানজিস্টর প্রথম উদ্ভাবিত হয়েছিল, তখন যে ধরনের ট্রানজিস্টর তৈরি করা হয়েছিল তা বাইপোলার জাাংশন ট্রানজিস্টর নামে পরিচিত। এটি সাধারণত "ট্রানজিস্টর" দ্বারা বোঝানো হয়। জাাংশন ট্রানজিস্টরগুলি এফইটি-র চেয়ে বেশি জটিল, যে কারণে আমরা প্রথমে এফইটি ব্যাখ্যা করেছি।

বাইপোলার জংশন ট্রানজিস্টর

একটি বাইপোলার জাাংশন ট্রানজিস্টর বা বিজেটি অর্ধপরিবাহী উপাদানের একটি তিন-স্তরের স্যান্ডউইচ নিয়ে গঠিত, যা এন-পি-এন বা পি-এন-পি সাজানো থাকে। কেন্দ্রীয় অংশটি সাধারণত অন্য দুটির তুলনায় অনেক সংকীর্ণ এবং বেস নামে একটি টার্মিনালের সাথে সংযুক্ত থাকে। বাইরের অঞ্চলগুলি সংগ্রাহক এবং নির্গমনকারী নামক টার্মিনালের সাথে সংযুক্ত।

প্রথম নজরে বিজেটি কিছুটা ব্যাক-টু-ব্যাক স্থাপন করা দুটি ডায়োডের মতো দেখায় এবং প্রকৃতপক্ষে যদি কেউ মাল্টিমিটার ব্যবহার করে একটি বিজেটি পরীক্ষা করে তবে বেস এবং অন্য দুটি টার্মিনালের মধ্যে পরীক্ষার সময় এটি একটি হিসাবে বিবেচিত হতে পারে। যাইহোক, দুটি সংযোগস্থলের খুব ঘনিষ্ঠ শারীরিক সান্নিধ্যের কারণে এর শারীরিক আচরণ দুটি ডায়োডের মতো নয়। বিজেটি-র কাজ বোঝার জন্য এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়।

একটি বর্তনীতে, যন্ত্রের মাধ্যমে সংগ্রাহক থেকে নির্গমনকারীর কাছে একটি বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়। যদি বেস টার্মিনালটি সংযুক্ত না থাকে, তবে প্রকৃতপক্ষে কোনও বিদ্যুৎ প্রবাহিত হবে না কারণ অভ্যন্তরীণ সংযোগস্থলগুলির মধ্যে অন্তত একটি বিপরীত পক্ষপাতদুষ্ট, তাই ডায়োডের মতো, বাহকগুলি একটি অন্তরক হ্রাস স্তর গঠনের জন্য সংযোগস্থল থেকে দূরে সরে যায়। ডায়োডের বিপরীতে, এই হ্রাস স্তরটি ডিভাইস জুড়ে ভোল্টেজকে বিপরীত করে পরিবর্তন করা হয় না, বরং বেস টার্মিনালের মাধ্যমে অতিরিক্ত বাহককে ইনজেকশন দিয়ে।

যদি একটি ছোট তড়িৎ প্রবাহকে বেস টার্মিনালে প্রবাহিত করার জন্য সাজানো হয়, তবে এটি হ্রাস স্তরে বাহক যোগ করে, যা এটিকে সংকীর্ণ করে তোলে। এটি এর প্রতিরোধকে হ্রাস করে এবং সংগ্রাহক থেকে নির্গমনকারী পর্যন্ত জাাংশন জুড়ে আরও বেশি বিদ্যুৎ প্রবাহিত করতে দেয়। এই তড়িৎপ্রবাহ বেস-এ প্রবাহিত তড়িৎপ্রবাহের তুলনায় অনেক বেশি হতে পারে, তবুও এটি এর সাথে আনুপাতিক, সুতরাং বেস তড়িৎপ্রবাহ সংগ্রাহক-নির্গমনকারী তড়িৎপ্রবাহের জন্য নিয়ন্ত্রণ হিসাবে কাজ করে।

বেস কারেন্ট এবং সংগ্রাহক কারেন্টের মধ্যে অনুপাতকে ডিভাইসের অর্জন বলা হয় (এটিকে বিটাও বলা হয়) এবং এটি ১০০ গুণ বা তারও বেশি হতে পারে। এইভাবে এক অর্থে এটি ট্রানজিস্টর সংকেতকে প্রশস্ত করে-ছোট বেস কারেন্টের সাথে মিল রেখে অনেক বড় কারেন্ট পরিবর্তন হয়। তবে এই সম্পর্কটি রৈখিক নয়-সামগ্রিকভাবে এটি একটি স্কয়ার ল অনুসরণ করে-সংগ্রাহক বিদ্যুৎ বেস কারেন্টের বর্গের অনুপাতে পরিবর্তিত হয়। তবে সীমিত পরিসরে আউটপুট কমবেশি রৈখিক হয় এবং সাধারণত পরিবর্ধন উদ্দেশ্যে বক্ররেখার এই অংশে একটি ট্রানজিস্টর পরিচালিত হয়। এটি একটি বক্ররেখা যেখানে সাইন বা অন্যান্য ছোট সংকেতগুলিকে পরিবর্ধিত করার সময় বিকৃতি দেখা দেয়।