सेमीकंडक्टर डिवाइस - त्वरित गाइड

यह व्यापक रूप से देखा जाता है कि किसी विशेष परमाणु के इलेक्ट्रॉन से एक नाभिक की दूरी बराबर नहीं होती है। आम तौर पर, इलेक्ट्रॉन एक अच्छी तरह से परिभाषित कक्षा में घूमते हैं। इलेक्ट्रॉनों की एक विशेष संख्या केवल बाहरी आवरण या कक्षा द्वारा पकड़ सकती है। एक परमाणु की विद्युत चालकता मुख्य रूप से बाहरी आवरण के इलेक्ट्रॉनों से प्रभावित होती है। इन इलेक्ट्रॉनों का विद्युत चालकता से बहुत बड़ा संबंध है।

कंडक्टर और इंसुलेटर

विद्युत चालन इलेक्ट्रॉनों के अनियमित या अनियंत्रित आंदोलन का परिणाम है। इन आंदोलनों के कारण कुछ परमाणु अच्छे होते हैंelectrical conductors। इस तरह के परमाणुओं वाली एक सामग्री के बाहरी आवरण या कक्षा में कई मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।

तुलनात्मक रूप से, ए insulating materialमुक्त इलेक्ट्रॉनों की अपेक्षाकृत कम संख्या है। नतीजतन, इन्सुलेटरों के बाहरी शेल इलेक्ट्रॉनों को दृढ़ता से अपने स्थान को पकड़ना पड़ता है और शायद ही किसी भी प्रवाह को इसके माध्यम से प्रवाह करने की अनुमति देता है। इसलिए, एक इन्सुलेट सामग्री में, बहुत कम विद्युत चालकता होती है।

अर्धचालकों

कंडक्टरों और इन्सुलेटरों के बीच, अर्धचालकों के रूप में ज्ञात परमाणुओं (सामग्री) का एक तीसरा वर्गीकरण है। आम तौर पर, एक अर्धचालक की चालकता धातुओं और इन्सुलेटर की चालकता के बीच होती है। हालांकि, पूर्ण शून्य तापमान पर, अर्धचालक भी एक पूर्ण विसंवाहक की तरह कार्य करता है।

Silicon तथा germaniumसबसे परिचित अर्धचालक तत्व हैं। कॉपर ऑक्साइड, कैडमियम-सल्फाइड और गैलियम आर्सेनाइड कुछ अन्य अर्धचालक यौगिक हैं जिनका अक्सर उपयोग किया जाता है। इस प्रकार की सामग्री को आमतौर पर टाइप IVB तत्वों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। ऐसे परमाणुओं में चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। यदि वे चार वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को छोड़ सकते हैं, तो स्थिरता को पूरा किया जा सकता है। इसे चार इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करके भी प्राप्त किया जा सकता है।

एक परमाणु की स्थिरता

सेमीकंडक्टर सामग्री की स्थिति में एक परमाणु की स्थिरता की अवधारणा एक महत्वपूर्ण कारक है। वैलेंस बैंड में इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या 8. है। जब वैलेंस बैंड में बिल्कुल 8 इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो यह कहा जा सकता है कि परमाणु स्थिर है। मेंstable atom, वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की बॉन्डिंग बहुत कठोर होती है। इस प्रकार के परमाणु उत्कृष्ट इन्सुलेटर हैं। ऐसे परमाणुओं में, विद्युत चालकता के लिए मुक्त इलेक्ट्रॉन उपलब्ध नहीं हैं।

स्थिर तत्वों के उदाहरण आर्गन, क्सीनन, नियॉन और क्रिप्टन जैसी गैसें हैं। उनकी संपत्ति के कारण, इन गैसों को अन्य सामग्री के साथ मिश्रित नहीं किया जा सकता है और आमतौर पर के रूप में जाना जाता हैinert gases।

यदि बाहरी शेल में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संख्या 8 से कम है, तो परमाणु को अस्थिर कहा जाता है अर्थात, 8 से कम वैलेंस इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणु अस्थिर होते हैं। वे हमेशा स्थिर रहने के लिए पड़ोसी परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को उधार लेने या दान करने का प्रयास करते हैं। 5, 6, या 7 वैलेंस इलेक्ट्रॉनों वाले बाहरी शेल में परमाणु स्थिरता प्राप्त करने के लिए अन्य परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को उधार लेते हैं, जबकि एक, दो, या तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों वाले इन इलेक्ट्रॉनों को पास के अन्य परमाणुओं को छोड़ते हैं।

जिस किसी चीज का वजन होता है वह पदार्थ है। परमाणु के सिद्धांत के अनुसार, सभी पदार्थ, चाहे वह ठोस हो, तरल हो, या गैस परमाणुओं से बना हो। परमाणु में एक केंद्रीय भाग होता है जिसे नाभिक कहा जाता है, जिसमें न्यूट्रॉन और प्रोटॉन होते हैं। आम तौर पर, प्रोटॉन सकारात्मक रूप से चार्ज कण होते हैं और न्यूट्रॉन न्यूट्रल चार्ज कण होते हैं। इलेक्ट्रॉन जो नकारात्मक रूप से आवेशित कण होते हैं वे नाभिक के चारों ओर एक तरह से सूर्य के चारों ओर ग्रहों की सरणी के समान कक्षाओं में व्यवस्थित होते हैं। निम्नलिखित आकृति एक परमाणु की संरचना को दर्शाती है।

विभिन्न तत्वों के परमाणुओं में विभिन्न प्रकार के प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन पाए जाते हैं। एक परमाणु को दूसरे से अलग करने के लिए या विभिन्न परमाणुओं को वर्गीकृत करने के लिए, एक संख्या जो किसी दिए गए परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या को इंगित करता है, प्रत्येक पहचाने गए तत्व के परमाणुओं को सौंपा जाता है। इस संख्या के रूप में जाना जाता हैatomic numberतत्व का। कुछ तत्वों के लिए परमाणु संख्याएँ जो अर्धचालक के अध्ययन से जुड़ी हैं, निम्नलिखित तालिका में दी गई हैं।

तत्त्व	प्रतीक	परमाणु क्रमांक
सिलिकॉन	सी	14
जर्मेनियम	जीई	32
हरताल	जैसा	33
सुरमा	Sb	51
ईण्डीयुम	में	49
गैलियम	गा	31
बोरान	ख	5

आम तौर पर, एक परमाणु में शून्य पर अपने शुद्ध प्रभार को बनाए रखने के लिए प्रोटॉन और ग्रहों के इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है। परमाणु अक्सर अपने उपलब्ध वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से स्थिर अणुओं या यौगिकों को बनाते हैं।

मुक्त वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के संयोजन की प्रक्रिया को आम तौर पर कहा जाता है bonding। परमाणु संयोजनों में होने वाले विभिन्न प्रकार के संबंध निम्नलिखित हैं।

• आयनिक बंध
• सहसंयोजक संबंध
• धातु बंधन

आइए अब हम इन परमाणु संबंध के बारे में विस्तार से चर्चा करते हैं।

आयनिक बंध

प्रत्येक परमाणु जब अणुओं को बनाने के लिए एक साथ बंधता है तो स्थिरता की मांग होती है। जब वैलेंस बैंड में 8 इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो यह कहा जाता है कि एstabilized condition। जब एक परमाणु के वैद्युत इलेक्ट्रॉन स्थिर होने के लिए किसी अन्य परमाणु के साथ जुड़ते हैं, तो उसे कहा जाता हैionic bonding।

• यदि किसी परमाणु में बाहरी शेल में 4 से अधिक वैलेंस इलेक्ट्रॉन हैं तो यह अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों की मांग कर रहा है। ऐसे परमाणु को अक्सर कहा जाता हैacceptor।

• यदि कोई परमाणु बाहरी शेल में 4 से कम वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को रखता है, तो वे इन इलेक्ट्रॉनों से बाहर निकलने की कोशिश करते हैं। इन परमाणुओं के रूप में जाना जाता हैdonors।

आयनिक संबंध में, दाता और स्वीकर्ता परमाणु अक्सर एक साथ जुड़ते हैं और संयोजन स्थिर हो जाता है। आम नमक आयनिक संबंध का एक सामान्य उदाहरण है।

निम्नलिखित आंकड़े स्वतंत्र परमाणुओं और आयनिक बंधन का उदाहरण देते हैं।

उपरोक्त आकृति में देखा जा सकता है कि सोडियम (Na) परमाणु अपने 1 वैलेंस इलेक्ट्रॉन को क्लोराइड (Cl) परमाणु को दान करता है जिसमें 7 वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। क्लोराइड परमाणु तुरंत नकारात्मक हो जाता है जब यह अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है और इससे परमाणु एक नकारात्मक आयन बन जाता है। जबकि दूसरी ओर, सोडियम परमाणु अपना वैलेंस इलेक्ट्रॉन खो देता है और सोडियम परमाणु तब एक सकारात्मक आयन बन जाता है। जैसा कि हम जानते हैं कि आरोपों को आकर्षित करने के विपरीत, सोडियम और क्लोराइड परमाणु एक इलेक्ट्रोस्टैटिक बल द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।

सहसंयोजक संबंध

जब पड़ोसी परमाणुओं के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को अन्य परमाणुओं के साथ साझा किया जाता है, तो सहसंयोजक बंधन होता है। सहसंयोजक बंधन में, आयन नहीं बनते हैं। यह सहसंयोजक बंधन और आयनिक संबंध में एक अद्वितीय प्रसार है।

जब एक परमाणु में बाहरी शेल में चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो यह चार पड़ोसी परमाणुओं के साथ एक इलेक्ट्रॉन साझा कर सकता है। दो लिंकिंग इलेक्ट्रॉनों के बीच एक सहसंयोजक बल की स्थापना की जाती है। ये इलेक्ट्रॉन वैकल्पिक रूप से परमाणुओं के बीच कक्षाओं को स्थानांतरित करते हैं। यह सहसंयोजक बल अलग-अलग परमाणुओं को एक साथ जोड़ता है। निम्नलिखित आंकड़ों में सहसंयोजक बंधन का एक चित्रण दिखाया गया है।

इस व्यवस्था में, प्रत्येक परमाणु के केवल नाभिक और वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को दिखाया जाता है। इलेक्ट्रॉन जोड़ी बनाई जाती है क्योंकि अलग-अलग परमाणु एक साथ बंधे होते हैं। इस मामले में, बंधन क्रिया को पूरा करने के लिए पांच परमाणुओं की आवश्यकता होती है। संबंध प्रक्रिया सभी दिशाओं में विस्तृत होती है। प्रत्येक परमाणु अब एक जाली नेटवर्क में एक साथ जुड़ा हुआ है और इस जाली नेटवर्क द्वारा एक क्रिस्टल संरचना बनाई जाती है।

धातु संबंध

तीसरे प्रकार की बॉन्डिंग आम तौर पर अच्छे इलेक्ट्रिकल कंडक्टरों में होती है और इसे मेटालिक बॉन्डिंग कहा जाता है। धातु बंधन में, सकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों के बीच एक इलेक्ट्रोस्टैटिक बल मौजूद होता है। उदाहरण के लिए, तांबे के वैलेंस बैंड के बाहरी आवरण में एक इलेक्ट्रॉन होता है। इस इलेक्ट्रॉन में विभिन्न परमाणुओं के बीच सामग्री के चारों ओर घूमने की प्रवृत्ति होती है।

जब यह इलेक्ट्रॉन एक परमाणु को छोड़ता है, तो यह तुरंत दूसरे परमाणु की कक्षा में प्रवेश करता है। प्रक्रिया नॉनस्टॉप आधार पर दोहराई जाती है। एक परमाणु एक सकारात्मक आयन बन जाता है जब एक इलेक्ट्रॉन इसे छोड़ देता है। यह है एकrandom process। इसका मतलब है कि एक इलेक्ट्रॉन हमेशा एक परमाणु से जुड़ा होता है। इसका मतलब यह नहीं है कि इलेक्ट्रॉन एक विशेष कक्षा के साथ जुड़ा हुआ है। यह हमेशा विभिन्न कक्षाओं में घूम रहा है। परिणामस्वरूप, सभी परमाणुओं में सभी वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को साझा करने की संभावना है।

इलेक्ट्रॉनों एक बादल में चारों ओर लटकाते हैं जो सकारात्मक आयनों को कवर करते हैं। यह मँडराता हुआ बादल इलेक्ट्रॉनों को अनियमित रूप से आयनों में बाँधता है। निम्नलिखित आकृति तांबे के धातु संबंध का एक उदाहरण दिखाती है।

एक परमाणु के बाहरी रिंग में इलेक्ट्रॉनों की संख्या अभी भी कंडक्टर और इन्सुलेटर के बीच अंतर का कारण है। जैसा कि हम जानते हैं, इलेक्ट्रॉन चालन को पूरा करने के लिए ठोस उपकरणों का उपयोग मुख्य रूप से विद्युत उपकरणों में किया जाता है। इन सामग्रियों को कंडक्टर, अर्धचालक और इन्सुलेटर में अलग किया जा सकता है।

हालांकि, कंडक्टर, अर्धचालक और इन्सुलेटर ऊर्जा-स्तर के आरेखों द्वारा विभेदित हैं। इलेक्ट्रॉन को अपने वैलेंस बैंड को छोड़ने और चालन में जाने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा का हिसाब यहां दिया जाएगा। आरेख सामग्री के भीतर सभी परमाणुओं का एक सम्मिश्रण है। एनसुलेटर, सेमीकंडक्टर और कंडक्टर के ऊर्जा-स्तर आरेख निम्न आकृति में दिखाए गए हैं।

संयोजी बंध

नीचे का हिस्सा है valence band। यह परमाणु के नाभिक के सबसे करीब ऊर्जा स्तर का प्रतिनिधित्व करता है और वैलेंस बैंड में ऊर्जा का स्तर नाभिक के सकारात्मक चार्ज को संतुलित करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉन की सही संख्या रखता है। इस प्रकार, इस बैंड को कहा जाता हैfilled band।

वैलेंस बैंड में, इलेक्ट्रॉन कसकर नाभिक से बंधे होते हैं। ऊर्जा स्तर में ऊपर की ओर बढ़ते हुए, इलेक्ट्रॉन नाभिक की ओर प्रत्येक सफल स्तर पर अधिक हल्के से बंधे होते हैं। नाभिक के करीब ऊर्जा स्तरों में इलेक्ट्रॉनों को परेशान करना आसान नहीं है, क्योंकि उनके आंदोलन को बड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है और प्रत्येक इलेक्ट्रॉन कक्षा में एक अलग ऊर्जा स्तर होता है।

चालन बैंड

आरेख में शीर्ष या सबसे बाहरी बैंड को कहा जाता है conduction band। यदि एक इलेक्ट्रॉन में एक ऊर्जा स्तर होता है, जो इस बैंड के भीतर होता है, और तुलनात्मक रूप से क्रिस्टल में घूमने के लिए स्वतंत्र होता है, तो यह विद्युत प्रवाह का संचालन करता है।

सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स में, हम ज्यादातर वैलेंस और कंडक्शन बैंड में चिंतित हैं। इसके बारे में कुछ बुनियादी जानकारी निम्नलिखित हैं -

• प्रत्येक परमाणु का वैलेंस बैंड बाहरी शेल में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर को दर्शाता है।

• वैलेंस इलेक्ट्रॉनों में ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा को जोड़ा जाना चाहिए, जिससे उन्हें चालन बैंड में जाना पड़े।

निषिद्ध गैप

वैलेंस और कंडक्शन बैंड को एक अंतर से अलग किया जाता है, जहां भी मौजूद है, निषिद्ध अंतराल कहा जाता है। निषिद्ध अंतराल को पार करने के लिए एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यदि यह अपर्याप्त है, तो इलेक्ट्रॉनों को चालन के लिए जारी नहीं किया जाता है। जब तक वे निषिद्ध अंतर को पार करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त नहीं करते तब तक इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में बने रहेंगे।

किसी विशेष सामग्री की चालन स्थिति को निषिद्ध अंतराल की चौड़ाई से संकेत दिया जा सकता है। परमाणु सिद्धांत में, अंतराल की चौड़ाई इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी) में व्यक्त की जाती है। एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट को ऊर्जा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है जब एक इलेक्ट्रॉन 1 वी के संभावित अंतर के अधीन होता है या खो जाता है। प्रत्येक तत्व के परमाणुओं में एक असमान ऊर्जा-स्तर मूल्य होता है जो चालन की अनुमति देता है।

ध्यान दें कि forbidden regionएक इन्सुलेटर का आकार अपेक्षाकृत चौड़ा होता है। कंडक्टर में जाने के लिए एक इन्सुलेटर का कारण बनने के लिए बहुत बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होगी। उदाहरण के लिए, थायराइट।

यदि इन्सुलेटर उच्च तापमान पर संचालित होते हैं, तो बढ़ी हुई गर्मी ऊर्जा चालन बैंड में स्थानांतरित होने के लिए वैलेंस बैंड के इलेक्ट्रॉनों का कारण बनती है।

जैसा कि यह ऊर्जा बैंड आरेख से स्पष्ट है, अर्धचालक की निषिद्ध अंतर एक इन्सुलेटर की तुलना में बहुत छोटा है। उदाहरण के लिए, कंडक्शन बैंड में जाने के लिए सिलिकॉन को 0.7 eV ऊर्जा प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। कमरे के तापमान पर, गर्मी ऊर्जा का जोड़ अर्धचालक में चालन का कारण बनने के लिए पर्याप्त हो सकता है। ठोस अवस्था वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इस विशेष विशेषता का बहुत महत्व है।

कंडक्टर के मामले में, कंडक्शन बैंड और वैलेंस बैंड आंशिक रूप से एक दूसरे को ओवरलैप करते हैं। एक अर्थ में, कोई निषिद्ध अंतराल नहीं है। इसलिए, वैलेंस बैंड के इलेक्ट्रॉनों मुक्त इलेक्ट्रॉनों बनने के लिए जारी करने में सक्षम हैं। आम तौर पर सामान्य कमरे के तापमान पर कंडक्टर के भीतर थोड़ा विद्युत प्रवाह होता है।

जैसा कि पहले चर्चा की गई थी, प्रति परमाणु में एक या एक से अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं जो एक लागू क्षेत्र के प्रभाव में धातु के इंटीरियर के माध्यम से सभी तरह से चलते हैं।

निम्नलिखित आंकड़ा एक धातु के भीतर चार्ज वितरण दिखाता है। इसे के रूप में जाना जाता हैelectron-gas description of a metal।

hashed regionएक सकारात्मक चार्ज के साथ नाभिक का प्रतिनिधित्व करता है। नीले बिंदु एक परमाणु के बाहरी आवरण में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का प्रतिनिधित्व करते हैं। मूल रूप से, ये इलेक्ट्रॉन किसी विशिष्ट परमाणु से संबंधित नहीं होते हैं और इसके परिणामस्वरूप, वे अपनी व्यक्तिगत पहचान खो चुके हैं और परमाणु से स्वतंत्र रूप से घूमते हैं।

जब इलेक्ट्रॉनों एक निर्बाध गति में होते हैं, तो भारी आयनों के साथ प्रत्येक टकराव पर परिवहन की दिशा बदल जाती है। यह किसी धातु के इलेक्ट्रॉन-गैस सिद्धांत पर आधारित है। टकरावों के बीच की औसत दूरी को कहा जाता हैmean free path। इलेक्ट्रॉनों, एक इकाई क्षेत्र से गुजरते हुए, एक निश्चित समय में विपरीत दिशा में धातु में, एक यादृच्छिक आधार पर, औसत वर्तमान शून्य बनाता है।

जब अर्धचालक उपकरणों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन धारा स्रोत के सकारात्मक पक्ष की ओर प्रवाहित होती है और धारा प्रवाह स्रोत के नकारात्मक पक्ष की ओर प्रवाहित होती है। ऐसी स्थिति केवल अर्धचालक सामग्री में होती है।

सिलिकॉन और जर्मेनियम सबसे आम अर्धचालक सामग्री हैं। आम तौर पर, एक अर्धचालक की चालकता धातुओं और इन्सुलेटर की चालकता के बीच होती है।

जर्मेनियम सेमीकंडक्टर के रूप में

निम्नलिखित कुछ महत्वपूर्ण बिंदु हैं Germanium -

• जर्मेनियम की सबसे बाहरी कक्षा में चार इलेक्ट्रॉन हैं। बांड में, परमाणुओं को केवल उनके बाहरी इलेक्ट्रॉनों के साथ दिखाया जाता है।

• जर्मेनियम परमाणु एक सहसंयोजक बंधन में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को साझा करेंगे। यह निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है। जर्मेनियम वे हैं जो सहसंयोजक बंधन से जुड़े हैं। जर्मेनियम के क्रिस्टलीय रूप को क्रिस्टल लैटिस कहा जाता है। इस प्रकार की संरचना में परमाणुओं की व्यवस्था है जैसा कि निम्न आकृति में दिखाया गया है।

• इस तरह की व्यवस्था में, इलेक्ट्रॉन बहुत स्थिर स्थिति में होते हैं और इस प्रकार कंडक्टरों के साथ जुड़े होने के लिए कम उपयुक्त होते हैं। शुद्ध रूप में, जर्मेनियम एक इन्सुलेट सामग्री है और इसे ए कहा जाता हैintrinsic semiconductor।

निम्नलिखित आंकड़ा सिलिकॉन और जर्मेनियम की परमाणु संरचनाओं को दर्शाता है।

एक सेमीकंडक्टर के रूप में सिलिकॉन

सेमीकंडक्टर डिवाइस विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण में सिलिकॉन का भी उपयोग करते हैं। उपरोक्त आकृति में सिलिकॉन और जर्मेनियम की परमाणु संरचना को दिखाया गया है। सिलिकॉन की क्रिस्टल जाली संरचना जर्मेनियम के समान है।

सिलिकॉन के बारे में कुछ महत्वपूर्ण बातें निम्नलिखित हैं -

• इसके बाहरी शेल में जर्मेनियम जैसे चार इलेक्ट्रॉन हैं।

• शुद्ध रूप में, अर्धचालक उपकरण के रूप में इसका कोई फायदा नहीं है।

• चालकता की एक वांछित मात्रा अशुद्धियों को जोड़कर प्राप्त की जा सकती है।

• अशुद्धता को जोड़ना सावधानीपूर्वक और नियंत्रित वातावरण में होना चाहिए।

• जोड़े गए अशुद्धता के प्रकार के आधार पर, यह इलेक्ट्रॉनों की अधिकता या कमी पैदा करेगा।

निम्नलिखित आंकड़ा सिलिकॉन के आंतरिक क्रिस्टल को दर्शाता है।

शुद्ध सिलिकॉन या जर्मेनियम को शायद ही कभी अर्धचालक के रूप में उपयोग किया जाता है। व्यावहारिक रूप से प्रयोग करने योग्य अर्धचालकों में उनके द्वारा जोड़ी गई अशुद्धियों की नियंत्रित मात्रा होनी चाहिए। अशुद्धता का जोड़ कंडक्टर की क्षमता को बदल देगा और यह अर्धचालक के रूप में कार्य करता है। एक आंतरिक या शुद्ध सामग्री में अशुद्धता जोड़ने की प्रक्रिया को कहा जाता हैdoping और अशुद्धता को कहा जाता है dopant। डोपिंग के बाद, एक आंतरिक सामग्री एक बाहरी सामग्री बन जाती है। व्यावहारिक रूप से डोपिंग के बाद ही ये सामग्री प्रयोग करने योग्य हो जाती हैं।

जब क्रिस्टल संरचना को संशोधित किए बिना सिलिकॉन या जर्मेनियम में एक अशुद्धता जोड़ा जाता है, तो एक एन-प्रकार की सामग्री का उत्पादन होता है। कुछ परमाणुओं में, इलेक्ट्रॉनों के वैलेन्स बैंड में पाँच इलेक्ट्रॉन होते हैं जैसे कि आर्सेनिक (As) और सुरमा (Sb)। सिलिकॉन की डोपिंग या तो अशुद्धता के साथ क्रिस्टल संरचना या बंधन प्रक्रिया को नहीं बदलना चाहिए। अशुद्धता परमाणु का अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन एक सहसंयोजक बंधन में भाग नहीं लेता है। इन इलेक्ट्रॉनों को उनके मूल परमाणुओं द्वारा एक साथ रखा जाता है। निम्नलिखित आंकड़ा एक अशुद्धता परमाणु के अलावा के साथ सिलिकॉन क्रिस्टल का परिवर्तन दर्शाता है।

एन-टाइप सामग्री पर डोपिंग का प्रभाव

एन-टाइप सामग्री पर डोपिंग का प्रभाव इस प्रकार है -

• शुद्ध सिलिकॉन के लिए आर्सेनिक के अलावा, क्रिस्टल एक एन-प्रकार की सामग्री बन जाती है।

• आर्सेनिक परमाणु में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन या नकारात्मक चार्ज होते हैं जो सहसंयोजक बंधन की प्रक्रिया में भाग नहीं लेते हैं।

• ये अशुद्धियां क्रिस्टल को एक इलेक्ट्रॉन देती हैं या दान देती हैं, और उन्हें दाता अशुद्धियों के रूप में जाना जाता है।

• एन-प्रकार की सामग्री में आंतरिक सामग्री की तुलना में अतिरिक्त या मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।

• एन-प्रकार की सामग्री को नकारात्मक रूप से चार्ज नहीं किया जाता है। वास्तव में इसके सभी परमाणु सभी विद्युत रूप से तटस्थ हैं।

• ये अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों सहसंयोजक बंधन प्रक्रिया में भाग नहीं लेते हैं। वे क्रिस्टल संरचना के माध्यम से आगे बढ़ने के लिए स्वतंत्र हैं।

• एक एन-टाइप एक्सट्रिंसिक सिलिकॉन क्रिस्टल केवल 0.005eV ऊर्जा के साथ चालन में जाएगा।

• केवल 0.7eV को चालन बैंड में वैलेंस बैंड से आंतरिक क्रिस्टल के इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है।

आम तौर पर, इलेक्ट्रॉनों को इस प्रकार के क्रिस्टल में बहुमत के वर्तमान वाहक माना जाता है और छेद अल्पसंख्यक वर्तमान वाहक होते हैं। सिलिकॉन में जोड़े गए डोनर मैटेरियल की मात्रा से पता चलता है कि इसकी संरचना में अधिकांश वर्तमान वाहक हैं।

एन-प्रकार के सिलिकॉन में इलेक्ट्रॉनों की संख्या आंतरिक सिलिकॉन के इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े की तुलना में कई गुना अधिक है। कमरे के तापमान पर, इस सामग्री की विद्युत चालकता में एक मजबूत अंतर है। वर्तमान प्रवाह में भाग लेने के लिए प्रचुर मात्रा में वर्तमान वाहक हैं। इस प्रकार की सामग्री में इलेक्ट्रॉनों द्वारा विद्युत प्रवाह का प्रवाह प्राप्त किया जाता है। इसलिए, एक बाहरी सामग्री एक अच्छा विद्युत कंडक्टर बन जाती है।

पी-टाइप सामग्री पर डोपिंग का प्रभाव

P- प्रकार की सामग्री पर डोपिंग का प्रभाव इस प्रकार है -

• जब इंडियम (इन) या गैलियम (गा) को शुद्ध सिलिकॉन में जोड़ा जाता है, तो एक पी-टाइप सामग्री बनती है।

• इस प्रकार की डोपेंट सामग्री में तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। वे उत्सुकता से चौथे इलेक्ट्रॉन की तलाश में हैं।

• पी प्रकार की सामग्री में, प्रत्येक छेद एक इलेक्ट्रॉन से भरा जा सकता है। इस छिद्र क्षेत्र को भरने के लिए, पड़ोसी सहसंयोजक बंधुआ समूहों से इलेक्ट्रॉनों द्वारा बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

• सिलिकॉन को आमतौर पर 1 से 106 की सीमा में डोपिंग सामग्री के साथ डोप किया जाता है। इसका मतलब है कि पी सामग्री में शुद्ध सिलिकॉन के इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े की तुलना में बहुत अधिक छेद होंगे।

• कमरे के तापमान पर, इस सामग्री की विद्युत चालकता में एक बहुत ही निर्धारित विशेषता अंतर है।

निम्नलिखित आंकड़ा दिखाता है कि एक स्वीकर्ता तत्व के साथ डोप किए जाने पर सिलिकॉन की क्रिस्टल संरचना कैसे बदल जाती है - इस मामले में, इंडियम। पी सामग्री का एक टुकड़ा सकारात्मक रूप से चार्ज नहीं किया जाता है। इसके परमाणु मुख्य रूप से सभी विद्युत तटस्थ हैं।

हालांकि, कई परमाणु समूहों के सहसंयोजक ढांचे में छेद हैं। जब एक इलेक्ट्रॉन अंदर जाता है और एक छेद भरता है, तो छेद शून्य हो जाता है। बंधे हुए समूह में एक नया छेद बनाया जाता है जहां इलेक्ट्रॉन छोड़ा जाता है। प्रभाव में छेद आंदोलन इलेक्ट्रॉन आंदोलन का परिणाम है। एक P- प्रकार की सामग्री केवल 0.05 eV ऊर्जा के साथ चालन में जाएगी।

उपरोक्त आंकड़ा दिखाता है कि वोल्टेज स्रोत से कनेक्ट होने पर पी-टाइप क्रिस्टल कैसे प्रतिक्रिया देगा। ध्यान दें कि इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बड़ी संख्या में छेद हैं। वोल्टेज के साथ, इलेक्ट्रॉनों को सकारात्मक बैटरी टर्मिनल के लिए आकर्षित किया जाता है।

छेद, एक मायने में, नकारात्मक बैटरी टर्मिनल की ओर बढ़ते हैं। इस बिंदु पर एक इलेक्ट्रॉन उठाया जाता है। इलेक्ट्रॉन तुरंत एक छेद भरता है। छेद तब शून्य हो जाता है। उसी समय, सकारात्मक इलेक्ट्रॉन टर्मिनल द्वारा सामग्री से एक इलेक्ट्रॉन खींच लिया जाता है। छेद इसलिए विभिन्न बंधुआ समूहों के बीच इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण के कारण नकारात्मक टर्मिनल की ओर बढ़ते हैं। लागू ऊर्जा के साथ, छेद का प्रवाह निरंतर है।

पी और एन सामग्री से बना एक क्रिस्टल संरचना आमतौर पर के रूप में जाना जाता है junction diode। इसे आम तौर पर टू-टर्मिनल डिवाइस के रूप में माना जाता है। जैसा कि निम्नलिखित आरेख में दिखाया गया है एक टर्मिनल पी-प्रकार की सामग्री से जुड़ा है और दूसरा एन-प्रकार की सामग्री से जुड़ा है।

सामान्य बंधन बिंदु जहां ये सामग्री जुड़े हुए हैं, को कहा जाता है junction। एक जंक्शन डायोड वर्तमान वाहक को एक दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देता है और रिवर्स दिशा में वर्तमान के प्रवाह को बाधित करता है।

निम्नलिखित आंकड़ा एक जंक्शन डायोड के क्रिस्टल संरचना को दर्शाता है। जंक्शन के संबंध में पी प्रकार और एन प्रकार की सामग्री के स्थान पर एक नज़र डालें। क्रिस्टल की संरचना एक छोर से दूसरे छोर तक निरंतर होती है। जंक्शन केवल एक अलग बिंदु के रूप में कार्य करता है जो एक सामग्री के अंत और दूसरे की शुरुआत का प्रतिनिधित्व करता है। इस तरह की संरचना इलेक्ट्रॉनों को पूरी संरचना में अच्छी तरह से स्थानांतरित करने की अनुमति देती है।

निम्न आरेख दो पीएन जंक्शन में आकार देने से पहले अर्धचालक पदार्थ के दो हिस्से दिखाते हैं। जैसा कि निर्दिष्ट किया गया है, सामग्री के प्रत्येक भाग में हैmajority तथा minority current carriers।

प्रत्येक सामग्री में दिखाए गए वाहक प्रतीकों की मात्रा अल्पसंख्यक या बहुसंख्यक कार्य को इंगित करती है। जैसा कि हम जानते हैं कि इलेक्ट्रॉनों एन प्रकार की सामग्री में बहुमत वाहक हैं और छेद अल्पसंख्यक वाहक हैं। पी प्रकार की सामग्री में, छेद बहुसंख्यक वाहक होते हैं और इलेक्ट्रॉन अल्पसंख्यक में होते हैं।

प्रारंभ में, जब एक जंक्शन डायोड बनता है, तो वर्तमान वाहकों के बीच एक अनूठी बातचीत होती है। एन प्रकार की सामग्री में, इलेक्ट्रॉन पी सामग्री में छेद भरने के लिए जंक्शन के पार आसानी से जाते हैं। इस अधिनियम को सामान्यतः कहा जाता हैdiffusion। प्रसार एक सामग्री में वाहक के उच्च संचय और दूसरे में एक कम जमा होने का परिणाम है।

आम तौर पर, वर्तमान वाहक जो जंक्शन के पास होते हैं, केवल प्रसार की प्रक्रिया में भाग लेते हैं। एन सामग्री को छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों के कारण उनके स्थान पर सकारात्मक आयन उत्पन्न होते हैं। छेद भरने के लिए पी सामग्री में प्रवेश करते समय, इन इलेक्ट्रॉनों द्वारा नकारात्मक आयन बनाए जाते हैं। नतीजतन, जंक्शन के प्रत्येक पक्ष में बड़ी संख्या में सकारात्मक और नकारात्मक आयन होते हैं।

जिस क्षेत्र में ये छेद और इलेक्ट्रॉन नष्ट हो जाते हैं, उसे आमतौर पर अपक्षय क्षेत्र शब्द से जाना जाता है। यह एक ऐसा क्षेत्र है, जहां बहुसंख्यक करियर का अभाव है। आम तौर पर, पीएन जंक्शन बनने पर एक कमी क्षेत्र विकसित होता है। निम्नलिखित आंकड़ा एक जंक्शन डायोड के घटाव क्षेत्र को दर्शाता है।

एन-प्रकार और पी-प्रकार की सामग्री को एक सामान्य जंक्शन पर एक साथ शामिल होने से पहले विद्युत रूप से तटस्थ माना जाता है। हालांकि, प्रसार में शामिल होने के बाद तुरंत होता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन पी सामग्री में नकारात्मक आयनों को भरने के लिए जंक्शन को पार करते हैं, इस क्रिया के कारण जंक्शन के पास का क्षेत्र नकारात्मक चार्ज पर ले जाता है। इलेक्ट्रॉनों एन सामग्री को छोड़ने के कारण यह सकारात्मक आयन उत्पन्न करता है।

यह सब प्रक्रिया, बदले में, जंक्शन के एन पक्ष को शुद्ध सकारात्मक चार्ज लेने का कारण बनती है। यह विशेष चार्ज निर्माण शेष इलेक्ट्रॉनों को मजबूर करने और जंक्शन से दूर छेद करने के लिए जाता है। यह कार्रवाई अन्य चार्ज वाहक के लिए जंक्शन में फैलाने के लिए कुछ हद तक कठिन बना देती है। नतीजतन, चार्ज का निर्माण होता है या जंक्शन पर अवरोध क्षमता उभरती है।

जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है। परिणामी बाधा क्षमता में पीएन जंक्शन में एक छोटी बैटरी जुड़ी होती है। दिए गए आंकड़े में पी और एन सामग्री के संबंध में इस संभावित बाधा की ध्रुवीयता का निरीक्षण करें। यह वोल्टेज या क्षमता तब मौजूद होगी जब क्रिस्टल ऊर्जा के किसी बाहरी स्रोत से जुड़ा नहीं हो।

जर्मेनियम की बाधा क्षमता लगभग 0.3 V है, और सिलिकॉन 0.7 V है। इन मूल्यों को सीधे मापा नहीं जा सकता है और जंक्शन के अंतरिक्ष प्रभारी क्षेत्र में दिखाई देता है। वर्तमान चालन का उत्पादन करने के लिए, एक पीएन जंक्शन की बाधा क्षमता को बाहरी वोल्टेज स्रोत द्वारा दूर किया जाना चाहिए।

पूर्वाग्रह शब्द कुछ निश्चित ऑपरेटिंग स्थितियों को स्थापित करने के लिए डीसी वोल्टेज के अनुप्रयोग को संदर्भित करता है। या जब ऊर्जा के एक बाहरी स्रोत को पीएन जंक्शन पर लागू किया जाता है, तो इसे पूर्वाग्रह वोल्टेज या बस पूर्वाग्रह कहा जाता है। यह विधि या तो जंक्शन की बाधा क्षमता को बढ़ाती है या कम करती है। नतीजतन, बाधा क्षमता में कमी से वर्तमान वाहकों की कमी क्षेत्र में वापस आ जाती है। दो पूर्वाग्रह की स्थिति के बाद पीएन जंक्शनों को लागू किया जाता है।

• Forward Biasing - एक बाहरी वोल्टेज अवरोधक क्षमता के लिए एक ही ध्रुवता से जोड़ा जाता है, जो कि कमी क्षेत्र की चौड़ाई में वृद्धि का कारण बनता है।

• Reverse Biasing - एक पीएन जंक्शन इस तरह से पक्षपाती है कि बाहरी वोल्टेज कार्रवाई का अनुप्रयोग वर्तमान वाहकों को क्षय क्षेत्र में प्रवेश करने से रोकता है।

फॉरवर्ड बायसिंग

निम्नलिखित आंकड़ा बाहरी पक्षपाती पीएन जंक्शन डायोड बाहरी वोल्टेज के साथ लागू होता है। आप देख सकते हैं कि बैटरी का धनात्मक टर्मिनल P सामग्री से जुड़ा है और बैटरी का ऋणात्मक टर्मिनल N सामग्री से जुड़ा है।

निम्नलिखित अवलोकन हैं -

• यह पूर्वाग्रह वोल्टेज प्रत्येक पी और एन प्रकार की सामग्री के बहुमत के वर्तमान वाहक को पीछे कर देता है। नतीजतन, जंक्शन पर बड़ी संख्या में छेद और इलेक्ट्रॉन दिखाई देने लगते हैं।

• जंक्शन के एन-साइड में, इलेक्ट्रॉनों की गिरावट क्षेत्र में सकारात्मक आयनों को बेअसर करने के लिए चलती है।

• पी-साइड सामग्री पर, इलेक्ट्रॉनों को नकारात्मक आयनों से खींचा जाता है, जिसके कारण वे फिर से तटस्थ हो जाते हैं। इसका मतलब यह है कि फॉरवर्ड बायसिंग रिक्तीकरण क्षेत्र को ध्वस्त करता है और इसलिए अवरोध क्षमता भी। इसका मतलब है कि जब पीएन जंक्शन को पक्षपाती बनाया जाता है, तो यह निरंतर प्रवाह की अनुमति देगा।

निम्नलिखित आंकड़ा एक आगे-बायस्ड डायोड के वर्तमान वाहक के प्रवाह को दर्शाता है। डायोड से जुड़े एक बाहरी वोल्टेज स्रोत के कारण इलेक्ट्रॉनों की निरंतर आपूर्ति उपलब्ध है। वर्तमान के प्रवाह और दिशा को आरेख में डायोड के बाहर बड़े तीरों द्वारा दिखाया गया है। ध्यान दें कि इलेक्ट्रॉन प्रवाह और वर्तमान प्रवाह एक ही चीज को संदर्भित करता है।

निम्नलिखित अवलोकन हैं -

• मान लीजिए कि नकारात्मक बैटरी टर्मिनल से एन सामग्री तक एक तार के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है। इस सामग्री में प्रवेश करने पर, वे तुरंत जंक्शन पर प्रवाहित होते हैं।

• इसी तरह, दूसरी तरफ बराबर इलेक्ट्रॉनों को पी की तरफ से खींचा जाता है और सकारात्मक बैटरी टर्मिनल पर लौटा दिया जाता है। यह क्रिया नए छेद बनाती है और उन्हें जंक्शन की ओर बढ़ने का कारण बनाती है।

• जब ये छेद और इलेक्ट्रॉन जंक्शन तक पहुंचते हैं तो वे एक साथ जुड़ते हैं और प्रभावी रूप से गायब हो जाते हैं। नतीजतन, डायोड के बाहरी छोर पर नए छेद और इलेक्ट्रॉन निकलते हैं। ये बहुमत वाहक निरंतर आधार पर बनाए जाते हैं। यह क्रिया तब तक जारी रहती है जब तक बाहरी वोल्टेज स्रोत को लागू किया जाता है।

• जब डायोड आगे बायस्ड होता है, तो यह देखा जा सकता है कि इलेक्ट्रॉन डायोड की पूरी संरचना से होकर बहते हैं। यह एन प्रकार की सामग्री में आम है, जबकि पी सामग्री के छेद में चलती वर्तमान वाहक हैं। ध्यान दें कि एक दिशा में छेद की गति विपरीत दिशा में इलेक्ट्रॉन आंदोलन से शुरू होनी चाहिए। इसलिए, कुल वर्तमान प्रवाह एक डायोड के माध्यम से छेद और इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के अतिरिक्त है।

पूर्वाग्रह का उलटा

निम्न आंकड़ा लागू बाहरी वोल्टेज के साथ रिवर्स बायस्ड पीएन जंक्शन डायोड दिखाता है। आप देख सकते हैं कि बैटरी का धनात्मक टर्मिनल N सामग्री से जुड़ा है और बैटरी का ऋणात्मक टर्मिनल P सामग्री से जुड़ा है। ध्यान दें कि इस तरह की व्यवस्था में, बैटरी ध्रुवीयता डायोड के भौतिक ध्रुवीयता का विरोध करना है ताकि डिस्मिलर चार्ज आकर्षित हो। इसलिए, प्रत्येक सामग्री के बहुमत प्रभार वाहक को जंक्शन से दूर खींच लिया जाता है। रिवर्स बायसिंग के कारण डायोड गैर-अनुगामी होता है।

निम्नलिखित आंकड़ा एक रिवर्स बायस्ड डायोड में अधिकांश वर्तमान वाहक की व्यवस्था को दर्शाता है।

निम्नलिखित अवलोकन हैं -

• एन सामग्री के सर्किट एक्शन इलेक्ट्रॉनों के कारण सकारात्मक बैटरी टर्मिनल की ओर खींचा जाता है।

• प्रत्येक इलेक्ट्रॉन जो डायोड को स्थानांतरित करता है या छोड़ता है, उसके स्थान पर एक सकारात्मक आयन निकलता है। नतीजतन, यह जंक्शन के एन पक्ष पर कमी क्षेत्र की चौड़ाई में बराबर वृद्धि का कारण बनता है।

• डायोड के P साइड में N साइड की तरफ समान प्रभाव होता है। इस क्रिया में, कई इलेक्ट्रॉन नकारात्मक बैटरी टर्मिनल को छोड़ देते हैं और पी प्रकार की सामग्री में प्रवेश करते हैं।

• ये इलेक्ट्रॉन फिर सीधे अंदर चले जाते हैं और कई छिद्रों को भर देते हैं। प्रत्येक कब्जा छेद तब एक नकारात्मक आयन बन जाता है। बदले में इन आयनों को फिर से नकारात्मक बैटरी टर्मिनल से निकाल दिया जाता है और जंक्शन की ओर ले जाया जाता है। इसके कारण जंक्शन के P के किनारे पर कमी क्षेत्र की चौड़ाई में वृद्धि हुई है।

रिक्तीकरण क्षेत्र की समग्र चौड़ाई सीधे रिवर्स-बायस्ड डायोड के बाहरी वोल्टेज स्रोत पर निर्भर करती है। इस स्थिति में, डायोड कुशलतापूर्वक विस्तृत प्रवाह क्षेत्र के माध्यम से वर्तमान प्रवाह का समर्थन नहीं कर सकता है। नतीजतन, संभावित चार्ज जंक्शन के पार विकसित होना शुरू हो जाता है और तब तक बढ़ जाता है जब तक कि बाधा संभावित बाहरी पूर्वाग्रह वोल्टेज के बराबर न हो जाए। इसके बाद, डायोड एक गैर-संचालक के रूप में व्यवहार करता है।

पीएन जंक्शन डायोड का एक महत्वपूर्ण चालन सीमा है leakage current। जब एक डायोड रिवर्स बायस्ड होता है, तो घट क्षेत्र की चौड़ाई बढ़ जाती है। आमतौर पर, जंक्शन के पास वर्तमान वाहक संचय को प्रतिबंधित करने के लिए इस स्थिति की आवश्यकता होती है। अधिकांश वर्तमान वाहक मुख्य रूप से रिक्तीकरण क्षेत्र में उपेक्षित हैं और इसलिए रिक्तीकरण क्षेत्र एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करता है। आम तौर पर, वर्तमान वाहक एक इन्सुलेटर से नहीं गुजरते हैं।

यह देखा जाता है कि रिवर्स-बायस्ड डायोड में, कुछ करंट घटता क्षेत्र से होकर बहता है। इस करंट को लीकेज करंट कहा जाता है। रिसाव चालू अल्पसंख्यक वर्तमान वाहक पर निर्भर है। जैसा कि हम जानते हैं कि अल्पसंख्यक वाहक पी प्रकार की सामग्री में इलेक्ट्रॉन होते हैं और एन प्रकार की सामग्री में छेद होते हैं।

निम्न आंकड़ा दिखाता है कि जब डायोड रिवर्स बायस्ड होता है तो वर्तमान वाहक कैसे प्रतिक्रिया करते हैं।

निम्नलिखित अवलोकन हैं -

• प्रत्येक सामग्री के अल्पसंख्यक वाहक को विखंडन क्षेत्र के माध्यम से जंक्शन तक धकेल दिया जाता है। इस क्रिया के कारण बहुत कम रिसाव होता है। आमतौर पर, लीकेज करंट इतना छोटा होता है कि इसे नगण्य माना जा सकता है।

• यहां, रिसाव चालू होने के मामले में, तापमान एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। अल्पसंख्यक वर्तमान वाहक ज्यादातर तापमान पर निर्भर हैं।

• 25 ° C या 78 ° F के कमरे के तापमान पर, रिवर्स बायस डायोड में मौजूद अल्पसंख्यक वाहकों की नगण्य मात्रा होती है।

• जब आस-पास का तापमान बढ़ जाता है, तो यह अल्पसंख्यक वाहक निर्माण में महत्वपूर्ण वृद्धि का कारण बनता है और इसके परिणामस्वरूप यह रिसाव चालू में वृद्धि का कारण बनता है।

सभी रिवर्स-बायस्ड डायोड में, रिसाव की धारा की घटना कुछ हद तक सामान्य है। जर्मेनियम और सिलिकॉन डायोड में, लीकेज करंट कुछ ही होता हैmicroamperes तथा nanoamperes, क्रमशः। जर्मेनियम सिलिकॉन की तुलना में तापमान के लिए अतिसंवेदनशील है। इस कारण से, ज्यादातर आधुनिक अर्धचालक उपकरणों में सिलिकॉन का उपयोग किया जाता है।

आगे के पूर्वाग्रह और रिवर्स पूर्वाग्रह संचालन के लिए विविध वर्तमान पैमाने हैं। वक्र का अग्र भाग इंगित करता है कि डायोड बस तब संचालित होता है जब P- क्षेत्र को धनात्मक और N- क्षेत्र को ऋणात्मक बना दिया जाता है।

डायोड उच्च प्रतिरोध दिशा में लगभग कोई प्रवाह नहीं करता है, अर्थात जब प्रिगोन को ऋणात्मक बनाया जाता है और एन-क्षेत्र को सकारात्मक बनाया जाता है। अब छेद और इलेक्ट्रॉनों को जंक्शन से हटा दिया गया है, जिससे बाधा क्षमता में वृद्धि हुई है। इस स्थिति को वक्र के रिवर्स वर्तमान भाग द्वारा इंगित किया जाता है।

वक्र का बिंदीदार खंड इंगित करता है ideal curve, जिसके परिणामस्वरूप यदि यह हिमस्खलन टूटने के लिए नहीं था। निम्नलिखित आंकड़ा एक जंक्शन डायोड की स्थैतिक विशेषता को दर्शाता है।

DIODE IV के लक्षण

डायोड के आगे और उल्टे वर्तमान वोल्टेज (IV) की विशेषताओं की तुलना आमतौर पर एकल विशेषता वक्र पर की जाती है। अनुभाग फॉरवर्ड कैरेक्टर के तहत दर्शाया गया आंकड़ा दर्शाता है कि फॉरवर्ड वोल्टेज और रिवर्स वोल्टेज आमतौर पर ग्राफ की क्षैतिज रेखा पर प्लॉट किए जाते हैं।

आगे और रिवर्स वर्तमान मान ग्राफ के ऊर्ध्वाधर अक्ष पर दिखाए जाते हैं। फॉरवर्ड वोल्टेज को दाईं ओर और वोल्टेज को बाईं ओर रिवर्स करें का प्रतिनिधित्व किया। शुरुआत या शून्य मान का बिंदु ग्राफ के केंद्र में है। फॉरवर्ड करंट की लंबाई क्षैतिज अक्ष के ऊपर होती है, जिसमें रिवर्स करंट होता है।

संयुक्त फॉरवर्ड वोल्टेज और फ़ॉरवर्ड करंट मान ग्राफ़ के ऊपरी दाएँ भाग में स्थित होते हैं और निचले बाएँ कोने में रिवर्स वोल्टेज और रिवर्स करेंट होते हैं। अलग-अलग पैमाने सामान्य रूप से आगे और पीछे के मूल्यों को प्रदर्शित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

आगे की विशेषता

जब एक डायोड अग्रेषित पक्षपाती होता है तो यह आगे की दिशा में वर्तमान (IF) का संचालन करता है। IF का मान सीधे फॉरवर्ड वोल्टेज की मात्रा पर निर्भर करता है। फॉरवर्ड वोल्टेज और फॉरवर्ड करंट के संबंध को एम्पीयर-वोल्ट या IV डायोड की विशेषता कहा जाता है। एक विशिष्ट डायोड फॉरवर्ड IV विशेषता निम्नलिखित आकृति में दिखाई गई है।

निम्नलिखित अवलोकन हैं -

• फॉरवर्ड वोल्टेज को डायोड के पार मापा जाता है और फॉरवर्ड करंट डायोड के माध्यम से करंट का माप होता है।

• जब डायोड के आगे का वोल्टेज 0V के बराबर होता है, तो आगे का करेंट (IF) 0 mA के बराबर होता है।

• जब मान ग्राफ के शुरुआती बिंदु (0) से शुरू होता है, यदि VF 0.1-V चरणों में उत्तरोत्तर वृद्धि होती है, तो IF उठना शुरू होता है।

• जब पीएफ जंक्शन की बाधा क्षमता को पार करने के लिए वीएफ का मूल्य काफी बड़ा होता है, तो आईएफ में काफी वृद्धि होती है। जिस बिंदु पर यह होता है उसे अक्सर घुटने का वोल्टेज कहा जाता हैV_K। जर्मेनियम डायोड के लिए,V_K सिलिकॉन के लिए लगभग 0.3 V, और 0.7 V है।

• यदि IF का मान बहुत अधिक बढ़ जाता है V_Kआगे का करंट काफी बड़ा हो जाता है।

इस ऑपरेशन से जंक्शन के पार अत्यधिक गर्मी पैदा होती है और डायोड नष्ट हो सकता है। इस स्थिति से बचने के लिए, डायोड के साथ श्रृंखला में एक सुरक्षात्मक अवरोध जुड़ा हुआ है। यह रोकनेवाला अग्रेषित करंट को उसके अधिकतम रेटेड मूल्य तक सीमित करता है। आम तौर पर, एक चालू अवरोधक का उपयोग तब किया जाता है जब डायोड को आगे की दिशा में संचालित किया जाता है।

विशेषता को उलट दें

जब एक डायोड रिवर्स बायस्ड होता है, तो यह रिवर्स करंट का संचालन करता है जो आमतौर पर काफी छोटा होता है। उपरोक्त आकृति में एक विशिष्ट डायोड रिवर्स IV विशेषता दर्शाई गई है।

इस ग्राफ में ऊर्ध्वाधर रिवर्स करंट लाइन में माइक्रोएम्परों में व्यक्त वर्तमान मान हैं। रिवर्स करंट के चालन में हिस्सा लेने वाले अल्पसंख्यक करियर की मात्रा काफी कम है। सामान्य तौर पर, इसका मतलब है कि रिवर्स वोल्टेज के एक बड़े हिस्से पर रिवर्स करंट स्थिर रहता है। जब डायोड के रिवर्स वोल्टेज को शुरू से बढ़ाया जाता है, तो रिवर्स करंट में बहुत मामूली बदलाव होता है। ब्रेकडाउन वोल्टेज (VBR) बिंदु पर, करंट बहुत तेज़ी से बढ़ता है। डायोड में वोल्टेज इस समय यथोचित स्थिर रहता है।

यह निरंतर-वोल्टेज विशेषता रिवर्स बायस स्थिति के तहत डायोड के कई अनुप्रयोगों की ओर जाता है। एक रिवर्स-बायस्ड डायोड में वर्तमान चालन के लिए जो प्रक्रियाएं जिम्मेदार हैं, उन्हें कहा जाता हैAvalanche breakdown तथा Zener breakdown।

डायोड विनिर्देशों

किसी भी अन्य चयन की तरह, एक विशिष्ट आवेदन के लिए डायोड के चयन पर विचार किया जाना चाहिए। निर्माता आमतौर पर इस प्रकार की जानकारी प्रदान करता है। अधिकतम वोल्टेज और वर्तमान रेटिंग, सामान्य परिचालन स्थिति, यांत्रिक तथ्य, लीड पहचान, बढ़ते प्रक्रिया आदि जैसे विनिर्देश।

निम्नलिखित कुछ महत्वपूर्ण विनिर्देश हैं -

• Maximum forward current (IFM) - निरपेक्ष अधिकतम दोहराव वाली आगे की धारा जो एक डायोड से गुजर सकती है।

• Maximum reverse voltage (VRM) - पूर्ण अधिकतम या शिखर रिवर्स पूर्वाग्रह वोल्टेज है कि एक डायोड पर लागू किया जा सकता है।

• Reverse breakdown voltage (VBR) - न्यूनतम स्थिर-राज्य रिवर्स वोल्टेज जिस पर ब्रेकडाउन होगा।

• Maximum forward surge current (IFM-surge)- अधिकतम वर्तमान जिसे थोड़े समय के अंतराल के लिए सहन किया जा सकता है। यह वर्तमान मान IFM से बहुत अधिक है।

• Maximum reverse current (IR) - डिवाइस ऑपरेटिंग तापमान पर पूर्ण अधिकतम रिवर्स करंट को सहन किया जा सकता है।

• Forward voltage (VF) - डिवाइस ऑपरेटिंग तापमान पर दिए गए फॉरवर्ड करंट के लिए अधिकतम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप।

• Power dissipation (PD) - अधिकतम शक्ति जिसे डिवाइस 25 डिग्री सेल्सियस पर मुक्त हवा में निरंतर आधार पर सुरक्षित रूप से अवशोषित कर सकता है।

• Reverse recovery time (Trr) - यह अधिकतम समय है कि यह डिवाइस को चालू से बंद स्टेट पर ले जाए।

महत्वपूर्ण शर्तें

• Breakdown Voltage - यह न्यूनतम रिवर्स पूर्वाग्रह वोल्टेज है जिस पर पीएन जंक्शन रिवर्स वर्तमान में अचानक वृद्धि के साथ टूट जाता है।

• Knee Voltage - यह आगे का वोल्टेज है जिस पर जंक्शन के माध्यम से करंट तेजी से बढ़ने लगता है।

• Peak Inverse Voltage - यह अधिकतम रिवर्स वोल्टेज है जो बिना नुकसान पहुंचाए पीएन जंक्शन पर लागू किया जा सकता है।

• Maximum Forward Rating - यह सबसे तात्कालिक फॉरवर्ड करंट है जो बिना नुकसान पहुंचाए पीएन जंक्शन को पास कर सकता है।

• Maximum Power Rating - यह अधिकतम शक्ति है जो जंक्शन से विस्थापित हो सकती है, बिना जंक्शन को नुकसान पहुंचाए।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड हमारे दैनिक गतिविधियों को प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से प्रभावित कर रहे हैं। मैसेज डिस्प्ले से लेकर एलईडी टीवी तक, हर जगह ये एलईडी मौजूद हैं। यह मूल रूप से एक पीएन जंक्शन डायोड है जो प्रकाश को उत्सर्जित करता है जब एक आगे वर्तमान को इसके माध्यम से गुजरने की अनुमति मिलती है। निम्नलिखित आंकड़ा एक एलईडी के तर्क प्रतीक को दर्शाता है।

एक पीएन जंक्शन डायोड एमिट लाइट कैसे करता है?

एलईडी सिलिकॉन या जर्मेनियम और गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) और गैलियम फॉस्फाइड (GaP) जैसे तत्वों से नहीं बने हैं। इन सामग्रियों का जानबूझकर उपयोग किया जाता है क्योंकि वे प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इसलिए, जब एक एलईडी आगे-पक्षपाती होता है, तो हमेशा की तरह इलेक्ट्रॉन जंक्शन को पार करते हैं और छेद के साथ एकजुट होते हैं।

इस क्रिया के कारण N- प्रकार क्षेत्र के इलेक्ट्रॉनों को चालन से बाहर गिरना और वैलेंस बैंड में वापस आना पड़ता है। ऐसा करने पर, प्रत्येक मुक्त इलेक्ट्रॉन के पास मौजूद ऊर्जा को छोड़ दिया जाता है। रिलीज़ की गई ऊर्जा का एक हिस्सा गर्मी के रूप में निकलता है और इसके बाकी हिस्सों को दृश्य प्रकाश ऊर्जा के रूप में दिया जाता है।

यदि एलइडी सिलिकॉन और जर्मेनियम से बनाए जाते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों के पुनर्संयोजन के दौरान, सभी ऊर्जा केवल गर्मी के रूप में विघटित होती है। दूसरी ओर, गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) और गैलियम फॉस्फाइड (GaP) जैसी सामग्री में पर्याप्त फोटॉन होते हैं जो दृश्य प्रकाश का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त होते हैं।

• यदि एलईडी गैलियम आर्सेनाइड से बने होते हैं, तो वे लाल बत्ती का उत्पादन करते हैं।
• यदि एलईडी गैलियम फॉस्फाइड से बनाई जाती हैं, तो इस तरह की एलईडी हरी बत्ती का उत्सर्जन करती हैं।

अब एक बाहरी वोल्टेज आपूर्ति स्रोत में बैक टू बैक कनेक्टेड बैक टू बैक पर विचार करें, जैसे कि एक एलईडी का एनोड दूसरे एलईडी के कैथोड से जुड़ा हो या इसके विपरीत। जब इस सर्किट में एक बाहरी वोल्टेज लागू किया जाता है, तो एक एलईडी एक समय में काम करेगा और इस सर्किट कार्रवाई के कारण, यह एक अलग प्रकाश का उत्सर्जन करता है जब एक एलईडी आगे पक्षपाती होता है और दूसरा रिवर्स बायस्ड या इसके विपरीत होता है।

एलईडी के लाभ

एल ई डी निम्नलिखित लाभ प्रदान करते हैं -

• आकार में काफी छोटा।
• बहुत तेज़ स्विचिंग।
• बहुत कम वोल्टेज के साथ संचालित किया जा सकता है।
• एक बहुत लंबी जीवन प्रत्याशा।
• निर्माण प्रक्रिया विभिन्न आकार और पैटर्न में विनिर्माण की अनुमति देती है।

एलईडी के अनुप्रयोग

एल ई डी का उपयोग अंकीय संख्याओं में ज्यादातर किया जाता है। यह संख्या 0 से 9 को दर्शाता है। इनका उपयोग भी किया जाता है seven-segment display डिजिटल मीटर, घड़ियां, कैलकुलेटर आदि में पाया जाता है।

यह एक विशिष्ट प्रकार का अर्धचालक डायोड है, जिसे रिवर्स ब्रेकडाउन क्षेत्र में संचालित करने के लिए बनाया गया है। निम्नलिखित आकृति में क्रिस्टल संरचना और जेनर डायोड के प्रतीक को दर्शाया गया है। यह ज्यादातर एक पारंपरिक डायोड के समान है। हालांकि, नियमित रूप से डायोड के प्रतीक से इसे अलग करने के लिए छोटा संशोधन किया जाता है। बेंट लाइन जेनर के अक्षर 'Z' को इंगित करता है।

जेनर डायोड और नियमित पीएन जंक्शन डायोड में सबसे महत्वपूर्ण अंतर उस मोड में है जिसका उपयोग वे सर्किट में करते हैं। इन डायोड को आम तौर पर केवल रिवर्स बायस दिशा में संचालित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि एनोड को वोल्टेज स्रोत के नकारात्मक पक्ष और कैथोड से धनात्मक से जोड़ा जाना चाहिए।

यदि नियमित डायोड का उपयोग उसी तरह जेनर डायोड के रूप में किया जाता है, तो यह अत्यधिक धारा के कारण नष्ट हो जाएगा। यह संपत्ति जेनर डायोड को कम महत्वपूर्ण बनाती है।

निम्नलिखित चित्रण जेनर डायोड के साथ एक नियामक को दर्शाता है।

जेनर डायोड को असंबद्ध डीसी आपूर्ति स्रोत में रिवर्स पूर्वाग्रह दिशा में जोड़ा जाता है। यह भारी डोप किया जाता है ताकि रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज कम हो जाए। यह एक बहुत पतली कमी परत में परिणाम है। इसके कारण, जेनर डायोड में तेज रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज हैV_z।

सर्किट एक्शन के अनुसार, ब्रेकडाउन तेजी से होता है जिसमें वर्तमान में अचानक वृद्धि हुई है जैसा कि निम्नलिखित आंकड़े में दिखाया गया है।

वोल्टेज V_zवर्तमान में वृद्धि के साथ स्थिर रहता है। इस संपत्ति के कारण, जेनर डायोड का व्यापक रूप से वोल्टेज विनियमन में उपयोग किया जाता है। यह जेनर के माध्यम से वर्तमान में परिवर्तन के बावजूद लगभग निरंतर आउटपुट वोल्टेज प्रदान करता है। इस प्रकार, लोड वोल्टेज एक स्थिर मूल्य पर रहता है।

हम देख सकते हैं कि घुटने के वोल्टेज के रूप में ज्ञात एक विशेष रिवर्स वोल्टेज में, निरंतर वोल्टेज के साथ वर्तमान में तेजी से वृद्धि होती है। इस संपत्ति के कारण, जेनर डायोड का व्यापक रूप से वोल्टेज स्थिरीकरण में उपयोग किया जाता है।

एक फोटोडायोड एक पीएन जंक्शन डायोड है जो प्रकाश के संपर्क में आने पर वर्तमान का संचालन करेगा। यह डायोड वास्तव में रिवर्स बायस मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसका मतलब है कि प्रकाश गिरने की तीव्रता जितनी अधिक होगी, रिवर्स पूर्वाग्रह वर्तमान में उतना ही अधिक होगा।

निम्नलिखित आंकड़ा एक फोटो डायोड के एक योजनाबद्ध प्रतीक और रचनात्मक विस्तार को दर्शाता है।

एक फोटो डायोड का कार्य करना

यह है एक reverse-biased diode। घटना प्रकाश की तीव्रता बढ़ने पर रिवर्स करंट बढ़ता है। इसका मतलब है कि रिवर्स करंट गिरने वाली रोशनी की तीव्रता के सीधे आनुपातिक है।

इसमें एक पी-जंक्शन होता है जो पी-टाइप सब्सट्रेट पर लगाया जाता है और धातु के मामले में सील किया जाता है। जंक्शन बिंदु पारदर्शी लेंस से बना है और यह वह खिड़की है जहां प्रकाश गिरने वाला है।

जैसा कि हम जानते हैं, जब पीएन जंक्शन डायोड रिवर्स बायस्ड है, तो बहुत कम मात्रा में रिवर्स करंट प्रवाहित होता है। डायोड के क्षरण क्षेत्र में इलेक्ट्रान-होल युग्मों द्वारा रिवर्स करंट को थर्मल रूप से उत्पन्न किया जाता है।

जब पीएन जंक्शन पर प्रकाश गिरता है, तो इसे जंक्शन द्वारा अवशोषित किया जाता है। यह अधिक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न करेगा। या हम कह सकते हैं, विशेषता से, रिवर्स वर्तमान की मात्रा बढ़ जाती है।

दूसरे शब्दों में, जैसे-जैसे प्रकाश गिरने की तीव्रता बढ़ती है, पीएन जंक्शन डायोड का प्रतिरोध कम हो जाता है।

• यह क्रिया डायोड को अधिक प्रवाहकीय बनाती है।
• इन डायोड का बहुत तेज़ प्रतिक्रिया समय होता है
• इनका उपयोग उच्च कंप्यूटिंग उपकरणों में किया जाता है।
• इसका उपयोग अलार्म सर्किट, काउंटर सर्किट आदि में भी किया जाता है।

एक मूल फोटोवोल्टिक सेल में एक n- प्रकार और एक p- प्रकार अर्धचालक एक pn जंक्शन होता है। ऊपरी क्षेत्र विस्तारित और पारदर्शी है, आमतौर पर सूर्य के संपर्क में है। ये डायोड या कोशिकाएं असाधारण होती हैं जो प्रकाश के संपर्क में आने पर वोल्टेज उत्पन्न करती हैं। कोशिकाएँ प्रकाश ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं।

निम्नलिखित आंकड़ा दिखाता है symbol of photovoltaic cell।

एक फोटोवोल्टिक सेल का कार्य करना

एक फोटोवोल्टिक सेल का निर्माण एक पीएन जंक्शन डायोड के समान है। जब कोई प्रकाश लागू नहीं होता है तो डिवाइस के माध्यम से कोई प्रवाह नहीं होता है। इस स्थिति में, सेल वर्तमान उत्पन्न करने में सक्षम नहीं होगा।

सेल को ठीक से बायस करना आवश्यक है जिसके लिए उचित मात्रा में प्रकाश की आवश्यकता होती है। जैसे ही प्रकाश लागू होता है, पीएन जंक्शन डायोड की एक उल्लेखनीय स्थिति देखी जा सकती है। परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं और मूल परमाणुओं से अलग हो जाते हैं। घट क्षेत्र में ये नए उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े जंक्शन को पार करते हैं।

इस क्रिया में, इलेक्ट्रॉन अपनी सामान्य सकारात्मक आयन सांद्रता के कारण N प्रकार की सामग्री में चले जाते हैं। इसी तरह छेद नकारात्मक सामग्री की वजह से पी प्रकार सामग्री में स्वीप। यह एन प्रकार की सामग्री को तुरंत नकारात्मक चार्ज पर लेने का कारण बनता है और पी सामग्री को सकारात्मक चार्ज पर लेने के लिए। पीएन जंक्शन तो प्रतिक्रिया के रूप में एक छोटा वोल्टेज बचाता है।

एक फोटोवोल्टिक सेल के लक्षण

बाईं ओर निम्नलिखित आंकड़ा, विशेषताओं में से एक को दिखाता है, एक फोटो डायोड के रिवर्स करंट (I _R ) और रोशनी (E) के बीच का ग्राफ । IR को ऊर्ध्वाधर अक्ष पर मापा जाता है और रोशनी को क्षैतिज अक्ष पर मापा जाता है। ग्राफ शून्य स्थिति से गुजरने वाली एक सीधी रेखा है।

यानी, मैं _आर = एमई

m = ग्राफ सीधी रेखा ढलान

पैरामीटर m डायोड की संवेदनशीलता है।

दाईं ओर का आंकड़ा, फोटो डायोड की एक और विशेषता दिखाता है, रिवर्स करंट (I _R ) और एक फोटो डायोड के रिवर्स वोल्टेज के बीच का ग्राफ । ग्राफ से यह स्पष्ट है कि किसी दिए गए रिवर्स वोल्टेज के लिए, पीएन जंक्शन पर रोशनी बढ़ने के साथ रिवर्स करंट बढ़ता है।

ये कोशिकाएँ आम तौर पर प्रकाश के लागू होने पर एक लोड डिवाइस को विद्युत शक्ति की आपूर्ति करती हैं। यदि एक बड़े वोल्टेज की आवश्यकता होती है, तो इन कोशिकाओं के सरणी का उपयोग समान प्रदान करने के लिए किया जाता है। इस कारण से, फोटोवोल्टिक कोशिकाओं का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां प्रकाश ऊर्जा के उच्च स्तर उपलब्ध हैं।

यह एक विशेष पीएन जंक्शन डायोड है जिसमें इसकी पीएन सामग्री में अशुद्धियों की असंगत एकाग्रता है। एक सामान्य पीएन जंक्शन डायोड में, डोपिंग अशुद्धियों को आमतौर पर पूरे सामग्री में समान रूप से फैलाया जाता है। जंक्शन के पास बहुत कम मात्रा में अशुद्धियों के साथ डोपैक्ट डायोड डोप किया जाता है और अशुद्धता सांद्रता से जंक्शन से दूर जाना बढ़ जाता है।

पारंपरिक जंक्शन डायोड में, रिक्तीकरण क्षेत्र एक ऐसा क्षेत्र है जो पी और एन सामग्री को अलग करता है। जब आरंभ में जंक्शन बनता है, तो कमी क्षेत्र को विकसित किया जाता है। इस क्षेत्र में कोई वर्तमान वाहक नहीं हैं और इस प्रकार कमी क्षेत्र एक ढांकता हुआ माध्यम या इन्सुलेटर के रूप में कार्य करता है।

बहु-वाहक के रूप में छिद्रों के साथ पी प्रकार की सामग्री और अधिकांश वाहक के रूप में इलेक्ट्रॉनों के साथ एन प्रकार की सामग्री अब चार्ज प्लेटों के रूप में कार्य करती है। इस प्रकार डायोड को N- और P- प्रकार के विपरीत आवेशित प्लेटों के साथ संधारित्र माना जा सकता है और रिक्तीकरण क्षेत्र ढांकता हुआ के रूप में कार्य करता है। जैसा कि हम जानते हैं, पी और एन सामग्री, अर्धचालक होने के नाते, आ कमी क्षेत्र इन्सुलेटर द्वारा अलग किए जाते हैं।

डायोड जो रिवर्स बायस के तहत कैपेसिटेंस प्रभाव का जवाब देने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, कहा जाता है varactors, varicap diodes, या voltage-variable capacitors।

निम्नलिखित आंकड़ा वैक्टर डायोड के प्रतीक को दर्शाता है।

Varactor डायोड आम तौर पर रिवर्स पूर्वाग्रह की स्थिति में संचालित होते हैं। जब रिवर्स पूर्वाग्रह बढ़ता है, तो कमी की चौड़ाई भी बढ़ जाती है जिसके परिणामस्वरूप कम समाई होती है। इसका मतलब है कि जब रिवर्स पूर्वाग्रह घटता है, तो समाई में एक समान वृद्धि देखी जा सकती है। इस प्रकार, डायोड समाई पूर्वाग्रह वोल्टेज के विपरीत आनुपातिक भिन्न होता है। आमतौर पर यह रैखिक नहीं है। यह शून्य और रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज के बीच संचालित होता है।

Varactor डायोड के समाई को निम्न के रूप में व्यक्त किया जाता है -

$ $ C_T = E \ frac {A} {W_d} $ $

• C_T = जंक्शन की कुल समाई

• E = अर्धचालक पदार्थ की पारगम्यता

• A = जंक्शन का पार-अनुभागीय क्षेत्र

• W_d = घट परत की चौड़ाई

ये डायोड माइक्रोवेव अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले चर हैं। वैक्टर डायोड का उपयोग गुंजयमान सर्किट में भी किया जाता है जहां कुछ स्तर पर वोल्टेज ट्यूनिंग या आवृत्ति नियंत्रण की आवश्यकता होती है। यह डायोड एफएम रेडियो और टेलीविजन रिसीवर में स्वचालित आवृत्ति नियंत्रण (एएफसी) में भी कार्यरत है।

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर मुख्य रूप से विपरीत प्रकार की अर्धचालक सामग्री की दो परतों से बने होते हैं, जो बैक टू बैक से जुड़े होते हैं। सिलिकॉन या जर्मेनियम में जोड़ा गया अशुद्धता का प्रकार ध्रुवीयता का निर्णय लेता है जब यह बनता है।

एनपीएन ट्रांजिस्टर

एक NPN ट्रांजिस्टर P प्रकार अर्धचालक सामग्री की एक पतली परत द्वारा अलग दो एन प्रकार की सामग्री से बना है। एनपीएन ट्रांजिस्टर के क्रिस्टल संरचना और योजनाबद्ध प्रतीक को उपरोक्त आंकड़े में दिखाया गया है।

प्रत्येक प्रकार की सामग्री से तीन सुराग निकाले गए हैं जिन्हें मान्यता दी गई है emitter, base, तथा collector। प्रतीक में, जब उत्सर्जक के तीर को आधार से बाहर की ओर निर्देशित किया जाता है, यह इंगित करता है कि डिवाइस एनपीएन प्रकार का है।

पीएनपी ट्रांजिस्टर

एक PNP ट्रांजिस्टर दो P प्रकार की सामग्री से बना होता है जो N प्रकार के सेमीकंडक्टर सामग्री की एक पतली परत द्वारा अलग होता है। पीएनपी ट्रांजिस्टर का क्रिस्टल संरचना और योजनाबद्ध प्रतीक नीचे दिखाया गया है।

प्रतीक में, जब उत्सर्जक के तीर को आधार की ओर निर्देशित किया जाता है, तो यह इंगित करता है कि डिवाइस पीएनपी प्रकार का है।

ट्रांजिस्टर के निर्माण में उपयोग की जाने वाली कुछ विनिर्माण तकनीकें निम्नलिखित हैं -

डिफ्यूजन टाइप

इस विधि में, सेमीकंडक्टर के वेफर को एन प्रकार और पी प्रकार की अशुद्धियों के कुछ गैसीय प्रसार के अधीन किया जाता है, जो एमिटर और कलेक्टर जंक्शन बनाते हैं। सबसे पहले, बेस-कलेक्टर जंक्शन को निर्धारित किया जाता है और बेस डिफ्यूजन से पहले फोटो-एटेच किया जाता है। बाद में, बेस पर एमिटर को विसरित किया जाता है। इस तकनीक द्वारा निर्मित ट्रांजिस्टर में बेहतर शोर का आंकड़ा होता है और वर्तमान लाभ में सुधार भी देखा जाता है।

विकसित प्रकार

यह पिघले हुए सिलिकॉन या जर्मेनियम से एकल क्रिस्टल खींचकर बनता है। क्रिस्टल ड्राइंग ऑपरेशन के दौरान अशुद्धता की आवश्यक एकाग्रता को जोड़ा जाता है।

उपकला प्रकार

सिलिकॉन या जर्मेनियम की एक बहुत ही उच्च शुद्धता और पतली एकल-क्रिस्टल परत एक ही प्रकार के भारी डॉप्ड सब्सट्रेट पर उगाई जाती है। क्रिस्टल का यह बेहतर संस्करण कलेक्टर बनाता है जिस पर एमिटर और बेस जंक्शन बनते हैं।

मिश्र धातु प्रकार

इस पद्धति में, आधार अनुभाग एन प्रकार की सामग्री के पतले टुकड़े से बना है। स्लाइस के विपरीत पक्षों पर, इंडियम के दो छोटे डॉट्स संलग्न होते हैं और पूर्ण गठन को कम समय के लिए उच्च तापमान पर रखा जाता है। तापमान इंडियम के पिघलने के तापमान और जर्मेनियम से नीचे होगा। इस तकनीक को फ्यूज्ड कंस्ट्रक्शन के रूप में भी जाना जाता है।

इलेक्ट्रोकेमिकली Etched प्रकार

इस पद्धति में, अर्धचालक वेफर के विपरीत पक्षों पर, आधार क्षेत्र की चौड़ाई को कम करने के लिए अवसाद को बढ़ाया जाता है। फिर एक उपयुक्त धातु को एमिटर और कलेक्टर जंक्शन बनाने के लिए डिप्रेसन क्षेत्र में इलेक्ट्रोप्लेट किया जाता है।

ट्रांजिस्टर के तीन खंड होते हैं - द emitter, को base, और यह collector।

• base एमिटर की तुलना में बहुत पतला है, और कलेक्टर दोनों की तुलना में व्यापक रूप से व्यापक है।

• emitter भारी रूप से डोप किया जाता है ताकि यह वर्तमान चालन के लिए बड़ी संख्या में आवेश वाहकों को इंजेक्ट कर सके।

• आधार कलेक्टर के अधिकांश आवेश वाहकों को पार कर जाता है क्योंकि यह उत्सर्जक और कलेक्टर की तुलना में हल्के से डोप होता है।

ट्रांजिस्टर के समुचित कार्य के लिए, एमिटर-बेस क्षेत्र को अग्र-पक्षपाती होना चाहिए और कलेक्टर-बेस क्षेत्र को रिवर्स-बायस्ड होना चाहिए।

अर्धचालक सर्किट में, स्रोत वोल्टेज को पूर्वाग्रह वोल्टेज कहा जाता है। कार्य करने के लिए, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के दोनों पक्षपाती होने चाहिए। यह स्थिति सर्किट के माध्यम से एक प्रवाह का कारण बनती है। डिवाइस का रिक्तीकरण क्षेत्र कम हो जाता है और अधिकांश वर्तमान वाहक जंक्शन की ओर इंजेक्ट होते हैं। एक ट्रांजिस्टर के जंक्शनों में से एक को आगे के पक्षपाती होना चाहिए और जब यह संचालित होता है तो अन्य को उल्टा पक्षपाती होना चाहिए।

एनपीएन ट्रांजिस्टर का कार्य करना

जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है, बेस जंक्शन के लिए एमिटर फॉरवर्ड बायस्ड है और कलेक्टर टू बेस जंक्शन रिवर्स बायस्ड है। बेस जंक्शन के लिए उत्सर्जक पर अग्रवर्ती पूर्वाग्रह, इलेक्ट्रॉनों को एन प्रकार के उत्सर्जक से पूर्वाग्रह की ओर प्रवाहित करते हैं। यह स्थिति एमिटर करंट (I _E ) बनाती है।

पी-प्रकार की सामग्री को पार करते समय, इलेक्ट्रॉन छेद के साथ गठबंधन करते हैं, आम तौर पर बहुत कम, और आधार वर्तमान (I _B ) का गठन करते हैं । बाकी इलेक्ट्रॉन पतले क्षय क्षेत्र को पार करते हैं और कलेक्टर क्षेत्र तक पहुंचते हैं। यह धारा कलेक्टर वर्तमान (I _C ) का गठन करती है ।

दूसरे शब्दों में, एमिटर करंट वास्तव में कलेक्टर सर्किट से बहता है। इसलिए, यह माना जा सकता है कि एमिटर करंट बेस और कलेक्टर करंट का योग है। इसे इस रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

I _E = I _B + I _C

पीएनपी ट्रांजिस्टर का कार्य करना

जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है, बेस जंक्शन के लिए उत्सर्जक पक्षपाती है और कलेक्टर से बेस जंक्शन रिवर्स बायस्ड है। बेस जंक्शन के लिए एमिटर पर फॉरवर्ड पूर्वाग्रह छिद्रों को पूर्वाग्रह की ओर पी टाइप एमिटर से प्रवाह करने का कारण बनता है। यह स्थिति एमिटर करंट (I _E ) बनाती है।

एन-प्रकार की सामग्री को पार करते हैं, इलेक्ट्रॉनों इलेक्ट्रॉनों, आम तौर पर बहुत कुछ के साथ गठबंधन, और आधार वर्तमान (मैं का गठन करने के लिए करते हैं _बी )। बाकी छेद पतले कमी क्षेत्र को पार करते हैं और कलेक्टर क्षेत्र तक पहुंचते हैं। यह धारा कलेक्टर वर्तमान (I _C ) का गठन करती है ।

दूसरे शब्दों में, एमिटर करंट वास्तव में कलेक्टर सर्किट से बहता है। इसलिए, यह माना जा सकता है कि एमिटर करंट बेस और कलेक्टर करंट का योग है। इसे इस रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

I _E = I _B + I _C

जब एक ट्रांजिस्टर एक सर्किट में जुड़ा होता है, तो चार टर्मिनलों या लीड या पैरों की आवश्यकता होती है, इनपुट और आउटपुट दोनों के लिए दो। जैसा कि हम जानते हैं कि ट्रांजिस्टर के केवल 3 टर्मिनल होते हैं, इस स्थिति को इनपुट और आउटपुट अनुभाग दोनों के लिए एक टर्मिनल को सामान्य बनाकर दूर किया जा सकता है। तदनुसार, एक ट्रांजिस्टर को तीन विन्यासों में जोड़ा जा सकता है -

• सामान्य आधार विन्यास
• सामान्य एमिटर विन्यास
• आम कलेक्टर कॉन्फ़िगरेशन

ट्रांजिस्टर ऑपरेशन के बारे में ध्यान देने योग्य कुछ महत्वपूर्ण बातें निम्नलिखित हैं।

• एक ट्रांजिस्टर को तीन क्षेत्रों अर्थात् सक्रिय, संतृप्ति और कटऑफ क्षेत्र में संचालित किया जा सकता है।

• एक ट्रांजिस्टर जब सक्रिय क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, तो बेस-एमिटर जंक्शन फॉरवर्ड बायस्ड है और कलेक्टर-बेस जंक्शन रिवर्स बायस्ड है।

• एक ट्रांजिस्टर जब संतृप्ति क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, तो बेस-एमिटर जंक्शन फॉरवर्ड बायस्ड है और कलेक्टर-बेस जंक्शन भी फॉरवर्ड बायस्ड है।

• एक ट्रांजिस्टर जब कट-ऑफ क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, दोनों बेस-एमिटर जंक्शन और कलेक्टर-बेस जंक्शन रिवर्स बायस्ड हैं।

ट्रांजिस्टर कॉन्फ़िगरेशन की तुलना

निम्न तालिका ट्रांजिस्टर कॉन्फ़िगरेशन की तुलना दर्शाती है।

विशेषताएँ	आम एमिटर	सामान्य आधार	आम कलेक्टर
वर्तमान लाभ	उच्च	नहीं	महत्वपूर्ण
अनुप्रयोग	ऑडियो आवृत्ति	उच्च आवृत्ति	प्रतिबाधा मिलान
इनपुट प्रतिरोध	कम	कम	बहुत ऊँचा
आउटपुट प्रतिरोध	उच्च	बहुत ऊँचा	कम
वोल्टेज बढ़ना	लगभग। 500	लगभग। 150	1 से कम

ट्रांजिस्टर के लाभ और नुकसान

निम्न तालिका ट्रांजिस्टर के फायदे और नुकसान को सूचीबद्ध करती है।

लाभ	नुकसान
कम स्रोत वोल्टेज	तापमान निर्भरता
उच्च वोल्टेज लाभ	कम बिजली अपव्यय
आकार में छोटा	कम इनपुट प्रतिबाधा

वर्तमान प्रवर्धन कारक (α)

कलेक्टर करंट में परिवर्तन का अनुपात निरंतर कलेक्टर में बेस वोल्टेज में एमिटर करंट में परिवर्तन होता है V_cb वर्तमान प्रवर्धन कारक के रूप में जाना जाता है ‘α’। इसे व्यक्त किया जा सकता है

$ \ अल्फा = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $ लगातार V _{CB पर}

यह स्पष्ट है कि वर्तमान प्रवर्धन कारक एकता से कम है और यह आधार वर्तमान के व्युत्क्रमानुपाती है कि माना जाता है कि आधार हल्का रूप से पतला और पतला है।

आधार वर्तमान प्रवर्धन कारक (Fact)

यह बेस करंट में बदलाव के लिए कलेक्टर करंट में बदलाव का अनुपात है। कलेक्टर करंट में आधार परिवर्तन का एक छोटा परिवर्तन बहुत बड़े परिवर्तन में होता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर वर्तमान लाभ प्राप्त करने में सक्षम है। इसे व्यक्त किया जा सकता है

$ $ \ बीटा = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $ $

एक एम्पलीफायर के रूप में ट्रांजिस्टर

निम्नलिखित आंकड़ा दिखाता है कि एक लोड रोकनेवाला (आर _एल ) कलेक्टर आपूर्ति वोल्टेज ( _वीसी ) के साथ श्रृंखला में है । एक छोटा सा वोल्टेज परिवर्तनΔV_i एमिटर और बेस के बीच अपेक्षाकृत बड़ा एमिटर-करंट चेंज होता है ΔI_E।

हम 'a' प्रतीक द्वारा परिभाषित करते हैं - इस वर्तमान परिवर्तन का अंश - जिसे एकत्र किया जाता है और गुजरता है R_L। लोड रोकनेवाला में आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तनΔV_o = a’RL ΔI_Eइनपुट वोल्टेज manyV _I में कई बार बदलाव हो सकता है । इन परिस्थितियों में, वोल्टेज प्रवर्धनA == V_O/ΔV_I एकता से अधिक होगा और ट्रांजिस्टर एक एम्पलीफायर के रूप में कार्य करता है।

एक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) एक तीन-टर्मिनल अर्धचालक उपकरण है। इसका संचालन एक नियंत्रित इनपुट वोल्टेज पर आधारित है। उपस्थिति से JFET और द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर बहुत समान हैं। हालांकि, BJT एक वर्तमान नियंत्रित उपकरण है और JFET इनपुट वोल्टेज द्वारा नियंत्रित होता है। अधिकांश सामान्यतः दो प्रकार के एफईटी उपलब्ध हैं।

• जंक्शन फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (JFET)
• धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर FET (IGFET)

जंक्शन फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर

जंक्शन फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर का कामकाज बहुमत वाहक (इलेक्ट्रॉनों या छेद) के प्रवाह पर ही निर्भर करता है। असल में, JFETs एक से मिलकर बनता हैN प्रकार या Pटाइप करें सिलिकॉन बार जिसमें पीएन जंक्शन होते हैं। FET के बारे में याद रखने के लिए कुछ महत्वपूर्ण बिंदु निम्नलिखित हैं -

• Gate- प्रसार या मिश्र धातु तकनीक का उपयोग करके, पी प्रकार को बनाने के लिए एन प्रकार पट्टी के दोनों किनारों को भारी रूप से डोप किया जाता है। इन डोप किए गए क्षेत्रों को गेट (G) कहा जाता है।

• Source - यह बहुमत वाहक के लिए प्रवेश बिंदु है जिसके माध्यम से वे सेमीकंडक्टर बार में प्रवेश करते हैं।

• Drain - यह बहुमत वाहक के लिए निकास बिंदु है जिसके माध्यम से वे अर्धचालक बार छोड़ते हैं।

• Channel - यह एन प्रकार की सामग्री का क्षेत्र है जिसके माध्यम से अधिकांश वाहक स्रोत से नाली तक गुजरते हैं।

आमतौर पर क्षेत्र अर्धचालक उपकरणों में दो प्रकार के JFET का उपयोग किया जाता है: N-Channel JFET तथा P-Channel JFET।

एन-चैनल जेएफईटी

यह पी प्रकार सब्सट्रेट पर गठित एन प्रकार की सामग्री की एक पतली परत है। निम्नलिखित आंकड़ा एक एन-चैनल JFET के क्रिस्टल संरचना और योजनाबद्ध प्रतीक को दर्शाता है। तब पी प्रकार की सामग्री के साथ एन चैनल के शीर्ष पर गेट का गठन किया जाता है। चैनल और गेट के अंत में, लीड तार जुड़े हुए हैं और सब्सट्रेट का कोई संबंध नहीं है।

जब एक डीसी वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता है और नाली एक JFET की ओर जाता है, तो अधिकतम प्रवाह चैनल के माध्यम से प्रवाह होगा। वर्तमान की समान मात्रा स्रोत और नाली टर्मिनलों से बहेगी। चैनल वर्तमान प्रवाह की मात्रा वी _डीडी के मूल्य और चैनल के आंतरिक प्रतिरोध से निर्धारित की जाएगी ।

जेएफईटी के स्रोत-नाली प्रतिरोध का एक विशिष्ट मूल्य कुछ सौ ओम है। यह स्पष्ट है कि जब फाटक खुला रहेगा तब भी वर्तमान चालन चैनल में होगा। अनिवार्य रूप से, आईडी पर लागू पूर्वाग्रह वोल्टेज की मात्रा, एक जेएफईटी के चैनल से गुजरने वाले वर्तमान वाहक के प्रवाह को नियंत्रित करती है। गेट वोल्टेज में एक छोटे से बदलाव के साथ, JFET को पूर्ण चालन और कटऑफ राज्य के बीच कहीं भी नियंत्रित किया जा सकता है।

पी चैनल JFETs

यह N प्रकार सब्सट्रेट पर गठित P प्रकार की सामग्री की एक पतली परत है। निम्नलिखित आंकड़ा एक एन-चैनल JFET के क्रिस्टल संरचना और योजनाबद्ध प्रतीक को दर्शाता है। गेट N प्रकार की सामग्री के साथ P चैनल के शीर्ष पर बना है। चैनल और गेट के अंत में, लीड तार लगे हुए हैं। बाकी निर्माण विवरण N- चैनल JFET के समान हैं।

आम तौर पर सामान्य ऑपरेशन के लिए, स्रोत टर्मिनल के संबंध में गेट टर्मिनल को सकारात्मक बनाया जाता है। पीएन जंक्शन की कमी परत का आकार रिवर्स बायस्ड गेट वोल्टेज के मूल्यों में उतार-चढ़ाव पर निर्भर करता है। गेट वोल्टेज में एक छोटे से बदलाव के साथ, JFET को पूर्ण चालन और कटऑफ राज्य के बीच कहीं भी नियंत्रित किया जा सकता है।

जेएफईटी के आउटपुट लक्षण

JFET की आउटपुट विशेषताओं को ड्रेन करंट (I _D ) और ड्रेन सोर्स वोल्टेज (V _DS ) के बीच निरंतर गेट सोर्स वोल्टेज (V _GS ) के बीच खींचा जाता है जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है।

प्रारंभ में, ड्रेन करंट (I _D ) ड्रेन सोर्स वोल्टेज (V _DS ) के साथ तेजी से बढ़ता है, हालांकि अचानक एक वोल्टेज पर स्थिर हो जाता है जिसे पिंच-ऑफ वोल्टेज (V _P ) के रूप में जाना जाता है । चुटकी-बंद वोल्टेज के ऊपर, चैनल की चौड़ाई इतनी संकीर्ण हो जाती है कि यह बहुत छोटी नाली वर्तमान से गुजरने की अनुमति देता है। इसलिए, ड्रेन करंट (I _D ) पिंच-ऑफ वोल्टेज के ऊपर स्थिर रहता है।

जेएफईटी के पैरामीटर

JFET के मुख्य पैरामीटर हैं -

• एसी नाली प्रतिरोध (Rd)
• Transconductance
• प्रवर्धन कारक

AC drain resistance (R_d)- यह ड्रेन सोर्स वोल्टेज ( ) V _DS ) में निरंतर गेट-सोर्स वोल्टेज पर ड्रेन करंट (ΔI _D ) में परिवर्तन का अनुपात है । इसे इस रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

R _d = (dV _DS ) / (DI _D ) लगातार V _{GS पर}

Transconductance (g_fs)- यह ड्रेन करंट (toI _D ) में परिवर्तन का अनुपात है , निरंतर ड्रेन-सोर्स वोल्टेज पर गेट सोर्स वोल्टेज (GSV _GS ) में परिवर्तन । इसे इस रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

g _fs = (ΔI _D ) / ( )V _GS ) निरंतर V _{DS पर}

Amplification Factor (u)- यह गेट सोर्स वोल्टेज ( constantV _GS ) निरंतर ड्रेन करंट (ΔI _D ) में परिवर्तन के लिए ड्रेन-सोर्स वोल्टेज ( ) V _DS ) में परिवर्तन का अनुपात है । इसे इस रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

u = (GSV _DS ) / ((V _GS ) निरंतर I _{D पर}

JFET को बायपास करने के लिए दो तरीके हैं: सेल्फ-बायस मेथड और पोटेंशियल डिवाइडर मेथड। इस अध्याय में, हम इन दोनों विधियों के बारे में विस्तार से चर्चा करेंगे।

स्व-बायस विधि

निम्नलिखित आंकड़ा एन-चैनल जेएफईटी की स्व-पूर्वाग्रह पद्धति को दर्शाता है। नाला करंट से बहता हैR_sऔर आवश्यक पूर्वाग्रह वोल्टेज पैदा करता है। इसलिए,R_s पूर्वाग्रह रोकनेवाला है।

इसलिए, पूर्वाग्रह रोकनेवाला में वोल्टेज,

$ $ V_s = I_ {DRS} $ $

जैसा कि हम जानते हैं, गेट करंट लापरवाही से छोटा होता है, गेट टर्मिनल DC ग्राउंड, V _G = 0 पर होता है।

$$ V_ {GS} = V_G - V_s = 0 - I_ {DRS} $$

या $ V_ {GS} = -I_ {DRS} $

वी _जीएस स्रोत के लिए गेट नकारात्मक wrt रखता है।

वोल्टेज विभक्त विधि

निम्नलिखित आंकड़ा JFETs को पूर्वाग्रह के वोल्टेज विभक्त विधि को दर्शाता है। यहां, रोकनेवाला आर ₁ और आर ₂ नाली आपूर्ति वोल्टेज (वी _डीडी ) के पार एक वोल्टेज विभक्त सर्किट बनाते हैं , और यह ट्रांजिस्टर बायसिंग में उपयोग किए जाने वाले कमोबेश समान है।

आर ₂ भर में वोल्टेज आवश्यक पूर्वाग्रह प्रदान करता है -

$ $ V_2 = V_G = \ frac {V_ {DD}} {R_1 + R_2} \ टाइम्स R_2 $ $

$ = V_2 + V_ {GS} + I_D + R_S $

या $ V_ {GS} = V_2 - I_ {DRS} $

सर्किट इतना डिज़ाइन किया गया है कि वी _जीएस हमेशा नकारात्मक होता है। ऑपरेटिंग सूत्र निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके पाया जा सकता है -

$ $ I_D = \ frac {V_2 - V_ {GS}} {R_S} $ $

और $ V_ {DS} = V_ {DD} - I_D (R_D + R_S) $

Metal-oxide semiconductor field-effect transistors, MOSFETs के रूप में भी जाना जाता है, अधिक महत्व है और FET परिवार के लिए एक नया अतिरिक्त है।

इसमें एक हल्का डॉप्ड P प्रकार सब्सट्रेट है जिसमें दो अत्यधिक डोपेड N टाइप ज़ोन हैं। इस उपकरण की एक अनूठी विशेषता इसका गेट निर्माण है। यहां, चैनल से गेट पूरी तरह से अछूता है। जब वोल्टेज गेट पर लगाया जाता है, तो यह इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज विकसित करेगा।

इस समय, डिवाइस के गेट क्षेत्र में किसी भी प्रवाह को प्रवाह करने की अनुमति नहीं है। इसके अलावा, गेट डिवाइस का एक क्षेत्र है, जो धातु के साथ लेपित है। आमतौर पर, सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग गेट और चैनल के बीच एक इन्सुलेट सामग्री के रूप में किया जाता है। इस कारण के कारण, यह भी जाना जाता हैinsulated gate FET। दो MOSFETS व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं i) डिप्लेशन MOSFET ii) संवर्धन MOSFET।

D MOSFET

निम्नलिखित आंकड़े एन-चैनल डी-एमओएसएफईटी और प्रतीक दर्शाते हैं। गेट एक प्लेट के रूप में गेट के साथ एक संधारित्र बनाता है, और दूसरी प्लेट ढांकता हुआ के रूप में SiO ₂ परत वाला चैनल है । जब गेट वोल्टेज बदलता है, तो संधारित्र का विद्युत क्षेत्र बदलता है, जो बदले में एन-चैनल के प्रतिरोध को बदलता है।

इस मामले में, हम गेट पर सकारात्मक या नकारात्मक वोल्टेज लागू कर सकते हैं। जब MOSFET को नकारात्मक गेट वोल्टेज के साथ संचालित किया जाता है, तो इसे रिक्लेक्शन मोड कहा जाता है और सकारात्मक गेट वोल्टेज के साथ संचालित होने पर इसे MOSFET के संचालन का एन्हांसमेंट मोड कहा जाता है।

डिप्लेशन मोड

निम्नलिखित आंकड़ा ऑपरेशन के रिक्तीकरण मोड के तहत एक एन-चैनल डी-एमओएसएफईटी दिखाता है।

इसका संचालन निम्नानुसार है -

• गेट पर ऋणात्मक होने के कारण अधिकांश इलेक्ट्रॉन गेट पर उपलब्ध होते हैं और यह इलेक्ट्रॉनों को दोहराता है n चैनल।

• यह क्रिया चैनल के हिस्से में सकारात्मक आयन छोड़ती है। दूसरे शब्दों में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों में से कुछnचैनल कम हो गए हैं। परिणामस्वरूप, वर्तमान चालन के लिए इलेक्ट्रॉनों की कम संख्या उपलब्ध होती हैn चैनल।

• गेट पर नकारात्मक वोल्टेज जितना अधिक होता है, स्रोत से नाली तक उतना ही कम होता है। इस प्रकार, हम गेट पर नकारात्मक वोल्टेज को अलग करके n चैनल और स्रोत से नाली तक के प्रतिरोध को बदल सकते हैं।

एन्हांसमेंट मोड

निम्नलिखित आंकड़ा ऑपरेशन के एन्हांसमेंट मोड के तहत n चैनल D MOSFET दिखाता है। यहां, गेट एक संधारित्र के रूप में कार्य करता है। हालांकि, इस मामले में गेट सकारात्मक है। यह इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता हैn चैनल और इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि होती है n चैनल।

एक सकारात्मक गेट वोल्टेज चैनल की चालकता को बढ़ाता है या बढ़ाता है। गेट पर सकारात्मक वोल्टेज जितना अधिक होगा, स्रोत से नाली तक प्रवाहकत्त्व अधिक होगा।

इस प्रकार, हम गेट पर सकारात्मक वोल्टेज को अलग करके एन चैनल के स्रोत और स्रोत से नाली तक के प्रतिरोध को बदल सकते हैं।

D - MOSFET के स्थानांतरण लक्षण

निम्नलिखित आंकड़ा डी-एमओएसएफईटी की हस्तांतरण विशेषताओं को दर्शाता है।

जब वी _जीएस नकारात्मक हो जाता है, तो मैं _डी , _{डीएसएस} के मूल्य से नीचे गिर जाता है , जब तक कि यह शून्य तक नहीं पहुंच जाता है और वी _जीएस = वी _जीएस (ऑफ) (डिप्लेशन मोड)। जब वी _जीएस शून्य है, तो I _D = I _DSS क्योंकि गेट और स्रोत टर्मिनलों को छोटा किया जाता है। I _D , I _DSS के मान से ऊपर बढ़ता है , जब V _GS पॉजिटिव होता है और MOSFET एन्हांसमेंट मोड में होता है।

एक परिचालन एम्पलीफायर, या ऑप-एम्प, उच्च इनपुट प्रतिबाधा और कम आउटपुट प्रतिबाधा के साथ एक बहुत ही उच्च लाभ अंतर एम्पलीफायर है। परिचालन एम्पलीफायरों का उपयोग आमतौर पर वोल्टेज आयाम परिवर्तन, ऑसिलेटर, फिल्टर सर्किट आदि प्रदान करने के लिए किया जाता है। एक ऑप-एम्प में बहुत अधिक वोल्टेज लाभ प्राप्त करने के लिए कई अंतर एम्पलीफायर चरण हो सकते हैं।

यह आउटपुट और इनपुट के बीच प्रत्यक्ष युग्मन का उपयोग करके एक उच्च लाभ अंतर एम्पलीफायर है। यह डीसी के साथ-साथ एसी संचालन के लिए उपयुक्त है। ऑपरेशनल एम्पलीफायर्स विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक कार्यों के अलावा इंस्ट्रूमेंटेशन डिवाइस, सिग्नल जनरेटर, सक्रिय फिल्टर आदि जैसे कई इलेक्ट्रॉनिक कार्य करते हैं। इस बहुमुखी डिवाइस का उपयोग कई गैर-रैखिक अनुप्रयोगों में भी किया जाता है, जैसे वोल्टेज तुलनित्र, एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स और डिजिटल-से-एनालॉग कन्वर्टर्स, लॉगरिदमिक एम्पलीफायरों, गैर-रैखिक फ़ंक्शन जनरेटर, आदि।

बेसिक डिफरेंशियल एम्पलीफायर

निम्नलिखित दृष्टांत एक बुनियादी अंतर एम्पलीफायर दर्शाता है -

उपरोक्त आंकड़े में -

• V_DI = अंतर इनपुट

• V_DI= वी _१ - वी _२

• V_DO = अंतर आउटपुट

• V_DO= वी _{सी 1} - वी _{सी 2}

यह एम्पलीफायर दो इनपुट संकेतों, वी ₁ और वी _{2 के} बीच अंतर को बढ़ाता है ।

विभेदक वोल्टेज लाभ,

$$ A_d = \ frac {V_ {DO}} {V_ {DI}} $ $

तथा

$$ A_d = \ frac {(V_ {C1} - V_ {C2})} {V_ {DI}} $$

जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है, बुनियादी परिचालन प्रवर्धक में तीन चरण होते हैं -

इनपुट स्टेज

यह पहला चरण है और इसमें निम्नलिखित विशेषताएं हैं।

• उच्च CMR (सामान्य मोड अस्वीकृति)
• उच्च इनपुट प्रतिबाधा
• चौड़ी पट्टी की चौड़ाई
• कम (डीसी) इनपुट ऑफसेट

परिचालन एम्पलीफायर के प्रदर्शन के लिए ये कुछ महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं। इस चरण में एक अंतर एम्पलीफायर चरण होता है और एक ट्रांजिस्टर पक्षपाती होता है ताकि यह एक निरंतर वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करे। निरंतर चालू स्रोत अंतर एम्पलीफायर के सीएमआर को बहुत बढ़ाता है।

अंतर एम्पलीफायर के दो इनपुट निम्नलिखित हैं -

• वी ₁ = गैर इनवर्टिंग इनपुट
• वी ₂ = इनपुट इन्वर्ट करना

मध्यवर्ती चरण

यह दूसरा चरण है और बेहतर वोल्टेज और वर्तमान लाभ प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आउटपुट चरण को चलाने के लिए पर्याप्त विद्युत आपूर्ति करने के लिए वर्तमान लाभ की आवश्यकता होती है, जहां अधिकांश परिचालन एम्पलीफायर पावर उत्पन्न होती है। इस चरण में एक या अधिक अंतर एम्पलीफायरों के बाद एक एमिटर फॉलोअर और एक डीसी स्तर शिफ्टिंग चरण होता है। लेवल शिफ्टिंग सर्किट एक एम्पलीफायर को एक आउटपुट के साथ दो अंतर इनपुट करने में सक्षम बनाता है।

वी आउट = + वी	जब वी 1 > वी 2
वी आउट = -वे	जब वी २ <वी १
वी आउट = 0	जब वी 1 = वी 2

आउटपुट स्टेज

यह op-amp का अंतिम चरण है और इसे कम आउटपुट प्रतिबाधा के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह लोड चलाने के लिए आवश्यक वर्तमान प्रदान करता है। जब लोड अलग-अलग होता है तो आउटपुट स्टेज से कम या ज्यादा करंट खींचा जाता है। इसलिए, यह आवश्यक है कि पिछला चरण आउटपुट लोड से प्रभावित हुए बिना संचालित हो। इस आवश्यकता को इस चरण को डिजाइन करके पूरा किया जाता है ताकि उच्च इनपुट प्रतिबाधा और उच्च वर्तमान लाभ हो, हालांकि कम आउटपुट प्रतिबाधा के साथ।

परिचालन एम्पलीफायर के दो इनपुट हैं: Non-inverting input तथा Inverting input।

उपरोक्त आंकड़ा परिचालन एम्पलीफायर के प्रकार को दर्शाता है। एक संकेत जो inverting इनपुट टर्मिनल पर लागू होता है, लेकिन आउटपुट सिग्नल चरण से बाहर 180 डिग्री तक इनपुट सिग्नल के साथ होता है। गैर-इनवर्टिंग इनपुट टर्मिनल पर लगाया गया एक सिग्नल प्रवर्धित है और आउटपुट सिग्नल इनपुट सिग्नल के साथ चरण में है।

ऑप-एम्प को विभिन्न ऑपरेटिंग विशेषताओं को प्रदान करने के लिए बड़ी संख्या में सर्किट से जोड़ा जा सकता है।

प्रवर्धक का आविष्कार

निम्न आकृति एक अकशेरुकी एम्पलीफायर दिखाती है। इनपुट संकेत प्रवर्धित और उल्टा है। यह सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला निरंतर-लाभ एम्पलीफायर सर्किट है।

V _o = -R _f .V _in / R _१

वोल्टेज लाभ A = (-R _f / R ₁ )

गैर-प्रवर्धक एम्पलीफायर

निम्न आंकड़ा एक ऑप-एम्प सर्किट को दर्शाता है जो एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर या निरंतर-लाभ गुणक के रूप में काम करता है और इसमें आवृत्ति आवृत्ति स्थिरता होती है।

इनपुट सिग्नल प्रवर्धित है लेकिन यह उल्टा नहीं है।

आउटपुट V _o = [(R ₁ + R _f ) / R ₁ ] V _१

वोल्टेज लाभ ए = (आर ₁ + आर _एफ ) / आर ₁

इन्वर्टिंग सममिंग एम्पलीफायर

निम्नलिखित आंकड़ा एम्पलीफायर के एक inverting योग दिखाता है। यह op-amp का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला सर्किट है। सर्किट एक तीन-इनपुट योग प्रवर्धक दिखाता है, जो बीजगणितीय रूप से तीन वोल्टेज का योग प्रदान करता है, प्रत्येक एक स्थिर-लाभ कारक द्वारा गुणा किया जाता है। आउटपुट वोल्टेज के रूप में व्यक्त किया जाता है,

V _o = [(-R ₄ / R ₁ ) V ₁ ] [(- R ₄ / R ₂ ) V ₂ ] [(- R ₄ / R ₃ ) V ₃ ]

V _o = -R ₄ (V ₁ / R ₁ + V ₂ / R ₂ + V ₃ / R ₃ )

यदि, R ₁ = R ₂ = R ₃ = R ₄ = R & R _s = R / 3

V _o = - (V ₁ + V ₂ + V ₃ )

निम्नलिखित आंकड़ा दिखाता है कि उपयोग किए जाने वाले फीडबैक घटक एक संधारित्र है और परिणामस्वरूप कनेक्शन को एक इंटीग्रेटर कहा जाता है।

वर्चुअल-ग्राउंड समकक्ष दिखाता है कि इनपुट और आउटपुट के बीच वोल्टेज के लिए एक अभिव्यक्ति इनपुट के आउटपुट से वर्तमान (I) के संदर्भ में प्राप्त की जा सकती है। याद रखें कि आभासी भूमि साधन हम आर और एक्स के जंक्शन पर वोल्टेज विचार कर सकते हैं _सी जमीन होने के लिए (वी के बाद से _मैं ≈ 0 वी) लेकिन कोई मौजूदा उस बिंदु पर जमीन में चला जाता है। कैपेसिटिव प्रतिबाधा के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

$ $ X_C = \ frac {1} {jwC} = \ frac {1} {sC} $ $

कहाँ पे s= लैपल्स नोटेशन में jw। $ V_o / V_i $ के लिए समीकरण को हल करने से निम्न समीकरण निकलता है

$ $ I = \ frac {V_1} {R_1} = \ frac {-V_0} {X_c} = \ frac {- \ frac {V_0} {I}} {sC} = \ frac (V_0) {V_1} $ $

$$ \ frac {V_0} {V_1} = \ frac {-1} {sCR_1} $ $

इसे टाइम डोमेन में लिखा जा सकता है

$ $ V_o (t) = - \ frac {1} {RC} \ int V_1 (t) dt $ +

एक विभेदक सर्किट निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है।

विभेदक एक उपयोगी ऑपरेशन प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप सर्किट होने का संबंध है

V _o (t) = RC (DV1 (t) / dt

ऑपरेशनल एम्पलीफायर के कुछ महत्वपूर्ण पैरामीटर निम्नलिखित हैं -

खुला लूप वोल्टेज लाभ (AVOL)

एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर का ओपन लूप वोल्टेज लाभ ऐसी स्थितियों में अंतर है, जहां कोई नकारात्मक प्रतिक्रिया नहीं होती है। AVOL 74 db से 100 db तक होता है।

एवोल = [वी _ओ / (वी _१ - वी _२ )]

आउटपुट ऑफसेट वोल्टेज (VOO)

एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर का आउटपुट ऑफ़सेट वोल्टेज इसकी आउटपुट वोल्टेज है जब इसका अंतर इनपुट वोल्टेज शून्य होता है।

सामान्य मोड अस्वीकृति (CMR)

यदि दोनों इनपुट समान क्षमता पर हैं, तो अंतर इनपुट शून्य का कारण बनता है, और यदि आउटपुट शून्य है, तो परिचालन एम्पलीफायर को एक अच्छा सामान्य मोड अस्वीकृति कहा जाता है।

सामान्य मोड लाभ (एसी)

एक परिचालन एम्पलीफायर का सामान्य मोड लाभ सामान्य मोड इनपुट वोल्टेज के लिए सामान्य मोड आउटपुट वोल्टेज का अनुपात है।

विभेदक लाभ (AD)

एक परिचालन एम्पलीफायर का अंतर लाभ आउटपुट के अंतर के इनपुट का अनुपात है।

विज्ञापन = [वी _ओ / (वी ₁ ) - वी _२ ]

सामान्य मोड अस्वीकृति अनुपात (CMRR)

एक परिचालन एम्पलीफायर के सीएमआरआर को सामान्य मोड लाभ के लिए बंद लूप अंतर लाभ के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

CMRR = विज्ञापन / एसी

दर (एसआर)

स्लीव रेट एक स्टेप इनपुट वोल्टेज के कारण आउटपुट वोल्टेज परिवर्तन की दर है। एक आदर्श स्लीव रेट अनंत है, जिसका अर्थ है कि एक इनपुट स्टेप वोल्टेज के जवाब में ऑपरेशनल एम्पलीफायर आउटपुट तुरंत बदल जाना चाहिए।

हम पहले से ही op-amp के कुछ अनुप्रयोगों पर चर्चा कर चुके हैं जैसे विभेदक, इंटीग्रेटर, समापक एम्पलीफायर, आदि। परिचालन सहायक के कुछ अन्य सामान्य अनुप्रयोग हैं: -

• लॉगरिदमिक एम्पलीफायर
• Gyrator (इंडक्शनेंस सिम्युलेटर)
• डीसी और एसी वोल्टेज अनुयायी
• एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण
• डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर
• वोल्टेज की सुरक्षा के लिए बिजली की आपूर्ति
• ध्रुवीयता सूचक
• वोल्टेज अनुयायी
• सक्रिय फिल्टर

एक थरथरानवाला एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट है जो साइनसॉइडल दोलनों के रूप में जाना जाता है sinusoidal oscillator। यह एक विशिष्ट आवृत्ति पर एक डीसी स्रोत से इनपुट ऊर्जा को आवधिक तरंग के एसी आउटपुट ऊर्जा में परिवर्तित करता है और इसे आयाम के रूप में जाना जाता है। थरथरानवाला की विशेषता यह है कि यह अपने एसी आउटपुट को बनाए रखता है।

निम्नलिखित आंकड़ा बाहरी सिग्नल इनपुट सिग्नल की अनुपस्थिति में भी प्रतिक्रिया संकेत के साथ एक एम्पलीफायर दिखाता है। एक sinusoidal थरथरानवाला अनिवार्य रूप से प्रतिक्रिया एम्पलीफायर का एक रूप है, जहां वोल्टेज लाभ पर विशेष आवश्यकताओं को रखा जाता हैA_v और प्रतिक्रिया नेटवर्क β।

उपरोक्त आंकड़े के फीडबैक एम्पलीफायर पर विचार करें, जहां फीडबैक वोल्टेज V _f = ofV _O पूरे इनपुट वोल्टेज की आपूर्ति करता है

$ V_i = V_f = \ beta V_0 = A_V \ beta V_i $ (1)

$ V_i = A_V \ beta V_i $ या $ (1 - A_V \ beta) V_i = 0 $ (2)

यदि आउटपुट वोल्टेज का उत्पादन किया जाना है, तो इनपुट वोल्टेज शून्य नहीं हो सकता है। इसलिए, वी _आई टू अस्तित्व के लिए, समीकरण (2) की आवश्यकता है

$ (1 - A_V \ बीटा) = 0 $ या $ A_V \ beta = 1 $ (3)

समीकरण (3) के रूप में जाना जाता है “Barkhausen criterion”, जो दोलन के लिए दो बुनियादी आवश्यकताओं को बताता है -

• एम्पलीफायर और फीडबैक लूप के चारों ओर वोल्टेज लाभ, जिसे लूप गेन कहा जाता है, को एकता या $ A_V \ Beta = 1 $ होना चाहिए।

• $ V_i $ और $ V_f $ के बीच चरण बदलाव, जिसे लूप चरण बदलाव कहा जाता है, को शून्य होना चाहिए।

यदि ये दो स्थितियां संतुष्ट हैं, तो उपरोक्त आकृति का फीडबैक एम्पलीफायर लगातार एक साइनसोयोडल आउटपुट तरंग उत्पन्न करेगा।

आइए अब कुछ विशिष्ट थरथरानवाला सर्किट के बारे में विस्तार से चर्चा करते हैं।

चरण शिफ्ट थरथरानवाला

एक थरथरानवाला सर्किट जो एक प्रतिक्रिया सर्किट की मौलिक प्रगति का अनुसरण करता है वह चरण-शिफ्ट थरथरानवाला है। एक फेज-शिफ्ट ऑसिलेटर को निम्न आकृति में दिखाया गया है। दोलन के लिए आवश्यकताएं यह हैं कि लूप गेन (shouldA) एकता से अधिक होना चाहिए और इनपुट और आउटपुट के बीच चरण बदलाव 360 ^ओ होना चाहिए ।

एम्पलीफायर इनपुट पर आरसी नेटवर्क के आउटपुट से फीडबैक प्रदान किया जाता है। ऑप-एम्प एम्पलीफायर चरण एक प्रारंभिक 180-डिग्री शिफ्ट प्रदान करता है और आरसी नेटवर्क चरण शिफ्ट की एक अतिरिक्त राशि का परिचय देता है। एक विशिष्ट आवृत्ति पर, नेटवर्क द्वारा पेश की गई चरण शिफ्ट बिल्कुल 180 डिग्री है, इसलिए लूप 360 डिग्री होगा और फीडबैक वोल्टेज चरण इनपुट वोल्टेज में है।

प्रतिक्रिया नेटवर्क में RC चरणों की न्यूनतम संख्या तीन है, क्योंकि प्रत्येक खंड 60 डिग्री चरण की पारी प्रदान करता है। आरसी थरथरानवाला कुछ चक्रों से लेकर लगभग 100 KHz तक ऑडियो आवृत्तियों की सीमा के अनुकूल है। उच्च आवृत्तियों पर, नेटवर्क प्रतिबाधा इतनी कम हो जाती है कि यह एम्पलीफायर को गंभीरता से लोड कर सकता है, जिससे आवश्यक न्यूनतम मूल्य से नीचे इसकी वोल्टेज लाभ कम हो जाएगा, और दोलन बंद हो जाएंगे।

कम आवृत्तियों पर, लोडिंग प्रभाव आमतौर पर एक समस्या नहीं है और आवश्यक बड़े प्रतिरोध और समाई मूल्यों को आसानी से उपलब्ध है। बुनियादी नेटवर्क विश्लेषण का उपयोग करते हुए, आवृत्ति दोलन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

$ $ f = \ frac {1} {2 \ pi RC \ sqrt {6}} $ $

वीन ब्रिज ओसीलेटर

एक व्यावहारिक थरथरानवाला सर्किट एक ऑप-एम्प और आरसी ब्रिज सर्किट का उपयोग करता है, जिसके द्वारा थरथरानवाला आवृत्ति निर्धारित की जाती है R तथा Cअवयव। निम्नलिखित आंकड़ा एक वीन ब्रिज ऑसिलेटर सर्किट का एक मूल संस्करण दिखाता है।

बुनियादी पुल कनेक्शन पर ध्यान दें। प्रतिरोधों आर ₁ और आर ₂ और कैपेसिटर सी ₁ और सी ₂ आवृत्ति-समायोजन तत्वों का निर्माण करते हैं, जबकि प्रतिरोधक आर ₃ और आर ₄ प्रतिक्रिया पथ का हिस्सा बनते हैं।

इस एप्लिकेशन में, ब्रिज को इनपुट वोल्टेज (V _i ) एम्पलीफायर आउटपुट वोल्टेज है, और ब्रिज का आउटपुट वोल्टेज (V _o ) एम्पलीफायर इनपुट के लिए फीडबैक है। Op-amp इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा के लोडिंग प्रभाव की उपेक्षा करते हुए, पुल सर्किट के विश्लेषण में परिणाम होता है

$$ \ frac {R_3} {R_4} = \ frac {R_1} {R_2} + \ frac {C_2} {C_1} $ $

तथा

$ $ f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {R_1C_1R_2C_2}} $ $

यदि आर ₁ = आर ₂ = आर और सी ₁ = सी ₂ = सी, जिसके परिणामस्वरूप थरथरानवाला आवृत्ति है

$ $ f_o = \ frac {1} {2 \ pi RC} $ $

हार्टले ऑसिलेटर

निम्नलिखित आंकड़ा हार्टले थरथरानवाला दिखाता है। यह सबसे आम आरएफ सर्किट में से एक है। यह आमतौर पर एक संचार प्रसारण रिसीवर में स्थानीय थरथरानवाला के रूप में उपयोग किया जाता है। सामान्य एमिटर कनेक्शन में द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर वोल्टेज एम्पलीफायर है और एक सार्वभौमिक पूर्वाग्रह सर्किट द्वारा पक्षपाती है जिसमें आर ₁ , आर ₂ , आर _{ई शामिल है} । एमिटर बायपास कैपेसिटर (सी _ई ) इस एकल ट्रांजिस्टर चरण के वोल्टेज लाभ को बढ़ाता है।

कलेक्टर सर्किट में रेडियो फ्रीक्वेंसी चोक (RFC) RF फ्रीक्वेंसी में एक ओपन सर्किट के रूप में कार्य करता है और RF ऊर्जा को बिजली की आपूर्ति में प्रवेश करने से रोकता है। टैंक सर्किट में L ₁ , L ₂ , और C. होते हैं। दोलनों की आवृत्ति L ₁ , L ₂ और C के मान से निर्धारित होती है और LC टैंक सर्किट के गुंजयमान आवृत्ति पर दोलनों द्वारा निर्धारित की जाती है। इस गुंजयमान आवृत्ति के रूप में व्यक्त किया जाता है

$ $ f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L_TC}} $ $

आउटपुट सिग्नल को कैपेसिटिव कपलिंग द्वारा कलेक्टर से लिया जा सकता है, बशर्ते कि लोड बड़ा हो और दोलन की आवृत्ति प्रभावित न हो।

piezoelectricity

पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणों को कई प्राकृतिक क्रिस्टल पदार्थों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण क्वार्ट्ज, रोशेल नमक और टूमलाइन हैं। जब इन सामग्रियों में एक साइनसॉइडल वोल्टेज लागू किया जाता है, तो वे लागू वोल्टेज आवृत्ति पर कंपन करते हैं।

दूसरी ओर, जब इन सामग्रियों को संपीड़ित किया जाता है और कंपन करने के लिए यांत्रिक तनाव के तहत रखा जाता है, तो वे एक बराबर साइनसोइडल वोल्टेज का उत्पादन करते हैं। इसलिए, इन सामग्रियों को पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल कहा जाता है। क्वार्ट्ज सबसे लोकप्रिय पीज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल है।

क्रिस्टल थरथरानवाला

क्रिस्टल थरथरानवाला का सर्किट आरेख निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है।

यहां क्रिस्टल एक ट्यून्ड सर्किट के रूप में कार्य करता है। एक क्रिस्टल के बराबर सर्किट नीचे दिया गया है।

एक क्रिस्टल थरथरानवाला में दो गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं: श्रृंखला अनुनाद आवृत्ति और समानांतर अनुनाद आवृत्ति।

श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति

$ $ f_s = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $ $

समानांतर गुंजयमान आवृत्ति

$ $ f_p = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC_T}} $ $

दो गुंजयमान आवृत्तियाँ लगभग समान हैं, क्योंकि C / Cm बहुत छोटा है। उपरोक्त आकृति में, क्रिस्टल समानांतर गुंजयमान मोड में संचालित करने के लिए जुड़ा हुआ है।

प्रतिरोधों R ₁ , R ₂ , R _E और ट्रांजिस्टर मिलकर एक एम्पलीफायर सर्किट बनाते हैं। प्रतिरोधों आर ₁ और आर ₂ एक वोल्टेज को स्थिर डीसी पूर्वाग्रह प्रदान करते हैं। संधारित्र (C _E ) उत्सर्जक रोकनेवाला (R _E ) का AC बाईपास प्रदान करता है और RFC थरथरानवाला द्वारा उत्पन्न आवृत्ति को उच्च प्रतिबाधा प्रदान करता है, ताकि वे विद्युत लाइनों में प्रवेश न करें।

क्रिस्टल संधारित्र सी ₁ और सी _{2 के} समानांतर है और कलेक्टर से एमिटर तक अधिकतम वोल्टेज प्रतिक्रिया की अनुमति देता है, जब इसका प्रतिबाधा अधिकतम होता है। अन्य आवृत्तियों पर, क्रिस्टल प्रतिबाधा कम है और इसलिए परिणामी प्रतिक्रिया दोलनों को बनाए रखने के लिए बहुत छोटी है। थरथरानवाला आवृत्ति क्रिस्टल के समानांतर गुंजयमान आवृत्ति पर स्थिर होती है।

पूर्वाग्रह नेटवर्क का मूल उद्देश्य सर्किट के ऑपरेटिंग बिंदु पर कलेक्टर-बेस-एमिटर वोल्टेज और वर्तमान संबंधों को स्थापित करना है (ऑपरेटिंग बिंदु को क्विज़ेंट बिंदु, क्यू-पॉइंट, नो-सिग्नल पॉइंट, आइडल पॉइंट, के रूप में भी जाना जाता है) या स्थिर बिंदु)। चूंकि, ट्रांजिस्टर शायद ही कभी इस क्यू-पॉइंट पर काम करते हैं, इसलिए मूल पूर्वाग्रह नेटवर्क आमतौर पर डिजाइन के लिए एक संदर्भ या शुरुआती बिंदु के रूप में उपयोग किया जाता है।

वास्तविक सर्किट कॉन्फ़िगरेशन और विशेष रूप से, पूर्वाग्रह नेटवर्क मूल्यों को गतिशील सर्किट स्थितियों (वांछित आउटपुट वोल्टेज स्विंग, अपेक्षित इनपुट सिग्नल स्तर, आदि) के आधार पर चुना जाता है। एक बार वांछित ऑपरेटिंग बिंदु स्थापित होने के बाद, पूर्वाग्रह नेटवर्क का अगला कार्य। इस बिंदु पर एम्पलीफायर सर्किट को स्थिर करने के लिए। मूल पूर्वाग्रह नेटवर्क को तापमान और बिजली की आपूर्ति में बदलाव, और संभावित ट्रांजिस्टर प्रतिस्थापन की उपस्थिति में वांछित वर्तमान संबंधों को बनाए रखना चाहिए।

कुछ मामलों में, घटक के कारण बार-बार होने वाले परिवर्तन और परिवर्तन को भी पूर्वाग्रह नेटवर्क द्वारा ऑफसेट किया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया को आम तौर पर पूर्वाग्रह स्थिरीकरण कहा जाता है। उचित पूर्वाग्रह स्थिरीकरण वांछित ऑपरेटिंग बिंदु पर एम्पलीफायर सर्किट को बनाए रखेगा (व्यावहारिक सीमा के भीतर), और थर्मल पलायन को रोक देगा।

स्थिरता कारक 'S'

इसे wr और V _{BE को} स्थिर रखते हुए, कलेक्टर के वर्तमान राइट रिवर्स संतृप्ति वर्तमान के परिवर्तन की दर के रूप में परिभाषित किया गया है। इसे व्यक्त किया जाता है

$ $ S = \ frac {\ mathrm {d} I_c} {\ mathrm {d} I_c}

पूर्वाग्रह स्थिरीकरण के तरीके

तापमान परिवर्तन या ट्रांजिस्टर के मापदंडों में भिन्नता से स्वतंत्र ऑपरेटिंग बिंदु बनाने की विधि के रूप में जाना जाता है stabilization। ठोस-राज्य एम्पलीफायरों के पूर्वाग्रह स्थिरीकरण प्रदान करने के लिए कई योजनाएँ हैं। ये सभी योजनाएँ नकारात्मक प्रतिक्रिया का एक रूप हैं। ट्रांजिस्टर धाराओं में कोई भी चरण एक संबंधित वोल्टेज या वर्तमान परिवर्तन का उत्पादन करता है जो प्रारंभिक परिवर्तन को असंतुलित करता है।

नकारात्मक प्रतिक्रिया, उलटा-वोल्टेज प्रतिक्रिया और उलटा-वर्तमान प्रतिक्रिया पैदा करने के लिए दो मौलिक तरीके हैं।

उलटा-वोल्टेज प्रतिक्रिया

निम्नलिखित आंकड़ा मूल उलटा-वोल्टेज पूर्वाग्रह नेटवर्क को दर्शाता है। एम _-1 और आर ₂ के जंक्शन पर एमिटर-बेस जंक्शन वोल्टेज द्वारा पक्षपाती है । बेस-कलेक्टर जंक्शन, कलेक्टर और बेस में वोल्टेज के बीच के अंतर द्वारा पक्षपाती है।

आम तौर पर, एक प्रतिरोध युग्मित एम्पलीफायर का कलेक्टर एक वोल्टेज पर होता है, जो कि सप्लाई रेसिस्टर (R ₃ ) से लगभग आधा होता है , जो कलेक्टर और बेस के बीच जुड़ा होता है। चूंकि कलेक्टर वोल्टेज सकारात्मक है, इस वोल्टेज का एक हिस्सा आगे के पूर्वाग्रह का समर्थन करने के लिए आधार पर प्रतिक्रिया है।

एमिटर-बेस जंक्शन पर सामान्य (या क्यू पॉइंट) फॉरवर्ड पूर्वाग्रह, एमिटर और बेस के बीच सभी वोल्टेज का परिणाम है। जैसे ही कलेक्टर वर्तमान बढ़ता है, आर _एल भर में एक बड़ा वोल्टेज गिरता है । नतीजतन, कलेक्टर पर वोल्टेज कम हो जाता है, आर _{3 के} माध्यम से आधार पर वोल्टेज की प्रतिक्रिया कम हो जाती है । यह एमिटर-बेस फॉरवर्ड पूर्वाग्रह को कम करता है, एमिटर करंट को कम करता है और कलेक्टर करंट को उसके सामान्य मूल्य से कम करता है। जैसा कि कलेक्टर वर्तमान में प्रारंभिक कमी है, एक विपरीत कार्रवाई होती है, और कलेक्टर वर्तमान को उसके सामान्य (क्यू बिंदु) मान तक बढ़ाया जाता है।

एम्पलीफायर में किसी भी प्रकार का नकारात्मक या उलटा फीडबैक सभी परिवर्तनों का विरोध करने की प्रवृत्ति रखता है, यहां तक ​​कि सिग्नल द्वारा उत्पन्न होने वाले प्रवर्धित भी। यह उलटा या नकारात्मक प्रतिक्रिया लाभ को कम करने और स्थिर करने के लिए, साथ ही अवांछित परिवर्तन को रोकती है। प्रतिक्रिया के माध्यम से लाभ को स्थिर करने के इस सिद्धांत का उपयोग कमोबेश सभी प्रकार के एम्पलीफायरों में किया जाता है।

उलटा-वर्तमान प्रतिक्रिया

निम्नलिखित आंकड़ा एक एनपीएन ट्रांजिस्टर का उपयोग करके एक विशिष्ट व्युत्क्रम-वर्तमान (उत्सर्जक-प्रतिक्रिया) पूर्वाग्रह नेटवर्क दिखाता है। ठोस-राज्य एम्पलीफायरों में वोल्टेज प्रतिक्रिया की तुलना में वर्तमान प्रतिक्रिया का अधिक उपयोग किया जाता है। इसका कारण यह है कि ट्रांजिस्टर मुख्य रूप से वोल्टेज संचालित उपकरणों के बजाय वर्तमान-संचालित उपकरण हैं।

किसी भी पूर्वाग्रह सर्किट में एमिटर-फीडबैक प्रतिरोध के उपयोग को निम्नानुसार अभिव्यक्त किया जा सकता है: बेस करेंट और एमिटर के बीच वोल्टेज में अंतर पर निर्भर करता है। यदि अंतर वोल्टेज को कम किया जाता है, तो कम आधार धारा प्रवाहित होगी।

अंतर बढ़ने पर विपरीत सत्य है। सभी प्रवाह कलेक्टर के माध्यम से। वोल्टेज उत्सर्जक रोकनेवाला भर में गिरता है और इसलिए पूरी तरह से निर्भर नहीं है। जैसे-जैसे कलेक्टर करंट बढ़ता है, एमिटर करंट और एमिटर रेसिस्टर के वोल्टेज में गिरावट भी बढ़ेगी। यह नकारात्मक प्रतिक्रिया आधार और उत्सर्जक के बीच के अंतर को कम करती है, इस प्रकार आधार धारा को कम करती है। बदले में, निचला आधार वर्तमान कलेक्टर वर्तमान को कम करने के लिए जाता है, और प्रारंभिक कलेक्टर-वर्तमान में असंतुलन बढ़ता है।

पूर्वाग्रह मुआवजा

ठोस राज्य एम्पलीफायरों में, जब सिग्नल लाभ में कमी एक विशेष अनुप्रयोग में असहनीय होती है, तो मुआवजा बिंदुओं का उपयोग अक्सर ऑपरेटिंग बिंदु के बहाव को कम करने के लिए किया जाता है। अधिकतम पूर्वाग्रह और थर्मल स्थिरीकरण प्रदान करने के लिए, मुआवजा और स्थिरीकरण दोनों तरीकों को एक साथ नियोजित किया जा सकता है।

निम्नलिखित आंकड़ा डायोड मुआवजा तकनीक को दर्शाता है जो डायोड मुआवजा और स्व-पूर्वाग्रह स्थिरीकरण दोनों का उपयोग करता है। यदि डायोड और ट्रांजिस्टर दोनों एक ही प्रकार के हैं, तो उनके पास सर्किट में समान तापमान गुणांक होता है। यहाँ, डायोड आगे पक्षपाती है। दिए गए सर्किट के लिए KVL के रूप में व्यक्त किया जा सकता है -

$ $ I_c = \ frac {\ Beta [V - (V_ {BE} - V_o)] + (Rb + Rc) (\ Beta + 1) ICO} {Rb + Rc (1 + \ बीटा): $$

उपरोक्त समीकरण से यह स्पष्ट है कि $ V_ {BE} $ VO wrt तापमान का अनुसरण करता है और Ic का $ V_ {BE} $ में विविधताओं पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा। $ V_ {BE} $ में भिन्नता के कारण ट्रांजिस्टर के ऑपरेटिंग बिंदु की देखभाल करने के लिए यह एक प्रभावी तरीका है।

तापमान मुआवजा डिवाइस

ट्रांजिस्टर आंतरिक विशेषताओं की विविधताओं की भरपाई के लिए हम कुछ तापमान संवेदनशील उपकरण का भी उपयोग कर सकते हैं। थर्मिस्टर में एक नकारात्मक तापमान गुणांक होता है, जिसका अर्थ है तापमान में वृद्धि के साथ, इसका प्रतिरोध तेजी से घटता है। निम्न आकृति एक सर्किट दिखाती है जो $ V_ {BE} $, ICO, या। तापमान के साथ परिवर्तन के कारण कलेक्टर वर्तमान में वृद्धि को कम करने के लिए थर्मिस्टर (R _T ) का उपयोग करता है ।

जब तापमान बढ़ता है, तो R _T कम हो जाता है और R _{T के} माध्यम से R _E में प्रवाहित धारा बढ़ जाती है। आर _ई भर में कार्रवाई वोल्टेज ड्रॉप विपरीत दिशा में ट्रांजिस्टर को बायस करने के लिए है। आर _टी , आईसी में वृद्धि की भरपाई के लिए कार्य करता है, जो तापमान में वृद्धि के कारण बढ़ता है।