সেমিকন্ডাক্টর: PN জাংশন ডায়োড, রেক্টিফায়ার, জেনার, LED ও ট্রানজিস্টর
সংক্ষেপে মনে রাখুন
দ্রুত রিভিশনের জন্য মূল কথা
- P-type ও N-type সেমিকন্ডাক্টর এবং PN জাংশনের বায়াসিং ব্যাখ্যা করতে পারা
- রেক্টিফায়ারের ধরন, আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি ও DC মান তুলনা করতে পারা
- ট্রানজিস্টরের IE = IB + IC এবং β, α দিয়ে হিসাব করতে পারা
Half-wave-এ অর্ধেক চক্র কাজে লাগে, তাই efficiency 40.6% আর ripple 50 Hz। Full-wave-এ দুটো অর্ধচক্র কাজে লাগে, …
Zener diode forward bias-এ নয়, reverse breakdown-এ voltage regulator হিসেবে কাজ করে। আর LED আলো দেয় forward bias-এ। এই দুটি উল্টে দেওয়া পরীক্ষার পরিচিত ফাঁদ।
সেমিকন্ডাক্টর কী
পরিবাহী (তামা) ও অপরিবাহীর (কাচ, রাবার) মাঝামাঝি পরিবাহিতার পদার্থ। প্রধান উদাহরণ সিলিকন (Si) ও জার্মেনিয়াম (Ge); দুটিরই যোজ্যতা ৪।
- এনার্জি গ্যাপ: Si প্রায় 1.1 eV, Ge প্রায় 0.67 eV।
- তাপমাত্রা বাড়লে সেমিকন্ডাক্টরের রোধ কমে (ধাতুর ঠিক উল্টো)।
- বিশুদ্ধ অবস্থাকে Intrinsic, ভেজাল (doping) মেশানো অবস্থাকে Extrinsic বলে।
| ধরন | যে ভেজাল মেশানো হয় | Majority carrier |
|---|---|---|
| N-type | পঞ্চযোজী (Pentavalent): ফসফরাস, আর্সেনিক, অ্যান্টিমনি (Donor) | ইলেকট্রন |
| P-type | ত্রিযোজী (Trivalent): বোরন, গ্যালিয়াম, ইন্ডিয়াম, অ্যালুমিনিয়াম (Acceptor) | হোল |
PN জাংশন ডায়োড
P ও N অংশ জোড়া লাগালে মাঝে carrier-শূন্য একটি স্তর তৈরি হয়: Depletion layer। এটি পার হতে যে ভোল্টেজ লাগে তা Barrier (knee) voltage: Si-তে প্রায় 0.7 V, Ge-তে প্রায় 0.3 V।
- Anode = P প্রান্ত, Cathode = N প্রান্ত। ডায়োডের গায়ে দাগ (band) থাকা দিকটি Cathode। প্রতীকে তীর Anode থেকে Cathode-এর দিকে।
- Forward bias: P-তে +, N-এ −। Depletion layer সরু হয়, কারেন্ট চলে।
- Reverse bias: P-তে −, N-এ +। Depletion layer চওড়া হয়, শুধু খুব সামান্য leakage কারেন্ট চলে। খুব বেশি reverse ভোল্টেজে breakdown ঘটে।
- ডায়োড তাই একমুখী ভালভের মতো কাজ করে।
রেক্টিফায়ার: AC থেকে DC
| ধরন | ডায়োড সংখ্যা | 50 Hz ইনপুটে আউটপুট ripple ফ্রিকোয়েন্সি | DC মান (Vdc) | PIV |
|---|---|---|---|---|
| Half-wave | ১ | 50 Hz | Vm / π ≈ 0.318 Vm | Vm |
| Full-wave center-tap | ২ (center-tap ট্রান্সফরমার লাগে) | 100 Hz | 2Vm / π ≈ 0.637 Vm | 2Vm |
| Full-wave bridge | ৪ | 100 Hz | 2Vm / π ≈ 0.637 Vm | Vm |
- Half-wave-এর সর্বোচ্চ দক্ষতা 40.6%, Full-wave-এর 81.2%।
- আউটপুটের ঢেউ (ripple) মসৃণ করতে লোডের সাথে প্যারালালে ফিল্টার ক্যাপাসিটর দেওয়া হয়।
- সাধারণ DC পাওয়ার সাপ্লাইয়ের ধাপ: ট্রান্সফরমার → রেক্টিফায়ার → ফিল্টার → রেগুলেটর।
উদাহরণ ১: 12 V (RMS) সেকেন্ডারি থেকে ব্রিজ রেক্টিফায়ার।
- Vm = 12 × 1.414 ≈ 17 V
- ফিল্টার ছাড়া Vdc ≈ 0.637 × 17 ≈ 10.8 V (ডায়োড ড্রপ বাদ দিয়ে)
- ব্রিজে একসাথে দুটি ডায়োড চলে, তাই বাস্তবে প্রায় 1.4 V কম পাওয়া যায়।
জেনার ডায়োড
Reverse bias-এ breakdown অঞ্চলে কাজ করার জন্য তৈরি। সেখানে কারেন্ট বদলালেও ভোল্টেজ প্রায় স্থির থাকে, তাই ভোল্টেজ রেগুলেটর হিসেবে ব্যবহৃত হয়। যেমন 5.1 V জেনার লোডের প্যারালালে বসালে আউটপুট প্রায় 5.1 V-এ থাকে (সাথে সিরিজে একটি রোধ লাগে)।
LED ও অন্যান্য ডায়োড
- LED: Forward bias-এ আলো দেয়। লাল LED-এ সাধারণত প্রায় 2 V লাগে, নীল/সাদায় প্রায় 3 V। লম্বা পা Anode (+)।
- Photodiode: Reverse bias-এ থাকে, আলো পড়লে কারেন্ট বাড়ে।
উদাহরণ ২: 5 V সাপ্লাইয়ে একটি লাল LED (2 V, 20 mA)। সিরিজ রোধ = (5 − 2) / 0.020 = 150 Ω। রোধ না দিলে অতিরিক্ত কারেন্টে LED নষ্ট হয়।
ভোল্টেজ রেগুলেটর IC
- 7805: +5 V, 7812: +12 V আউটপুট (78xx সিরিজ ধনাত্মক)।
- 7905: −5 V (79xx সিরিজ ঋণাত্মক)।
- শেষের দুই অঙ্কই আউটপুট ভোল্টেজ। ইনপুট আউটপুটের চেয়ে অন্তত প্রায় 2 V বেশি হতে হয়, যেমন 7805-এ কমপক্ষে প্রায় 7 V।
BJT (Bipolar Junction Transistor)
তিনটি টার্মিনাল: Emitter (E), Base (B), Collector (C)। দুই ধরন: NPN ও PNP।
- Emitter সবচেয়ে বেশি doped; Base সবচেয়ে পাতলা ও কম doped; Collector আকারে সবচেয়ে বড়।
- প্রতীকে তীর থাকে Emitter-এ। NPN-এ তীর বাইরের দিকে ("Not Pointing iN"), PNP-তে ভেতরের দিকে।
- BJT কারেন্ট-নিয়ন্ত্রিত যন্ত্র: ছোট Base কারেন্ট বড় Collector কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ করে।
কারেন্টের সম্পর্ক
- IE = IB + IC
- β (DC current gain) = IC / IB
- α = IC / IE (1-এর সামান্য কম)
- β = α / (1 − α), α = β / (β + 1)
উদাহরণ ৩: IB = 20 μA, β = 100।
- IC = 100 × 20 μA = 2 mA
- IE = 2 mA + 0.02 mA = 2.02 mA
- α = 100 / 101 ≈ 0.99
কাজের অঞ্চল
| অঞ্চল | BE জাংশন | BC জাংশন | ব্যবহার |
|---|---|---|---|
| Cut-off | Reverse | Reverse | সুইচ OFF |
| Active | Forward | Reverse | Amplifier |
| Saturation | Forward | Forward | সুইচ ON |
- সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত বিন্যাস Common Emitter (CE): ভোল্টেজ ও কারেন্ট দুই গেইনই আছে, আউটপুট ইনপুটের সাথে 180° ফেজ পার্থক্যে।
FET / MOSFET
টার্মিনাল Gate, Drain, Source। FET ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত, ইনপুট impedance খুব বেশি। কম্পিউটারের প্রসেসর ও মেমোরি চিপ মূলত MOSFET দিয়ে তৈরি।
পরীক্ষায় যা আসে
- N-type-এ majority carrier ইলেকট্রন, P-type-এ হোল।
- Si-এর barrier voltage 0.7 V, Ge-এর 0.3 V।
- ব্রিজ রেক্টিফায়ারে ৪টি ডায়োড; full-wave আউটপুট ripple 100 Hz।
- জেনার ডায়োড কাজ করে reverse breakdown-এ, ব্যবহার voltage regulation।
- IE = IB + IC, β = IC/IB।
- Amplifier হিসেবে ট্রানজিস্টর থাকে Active অঞ্চলে।
- 7805 দেয় +5 V।
পরীক্ষার ফাঁদ
- তাপমাত্রা বাড়লে সেমিকন্ডাক্টরের রোধ কমে, ধাতুর রোধ বাড়ে।
- Center-tap রেক্টিফায়ারে PIV 2Vm, ব্রিজে Vm; উল্টো লিখলে ভুল।
- LED reverse bias-এ আলো দেয় না; Photodiode-ই reverse bias-এ চলে।
- α কখনো 1-এর বেশি হয় না, কারণ IC সবসময় IE-এর চেয়ে সামান্য কম।
পরের ধাপ
এই টপিকে ৫টি প্রশ্ন অনুশীলন করুন
পড়া মনে আছে কি না, ছোট একটি সেটে দেখে নিন। প্রতিটি উত্তরের সাথে ব্যাখ্যা থাকবে, আর ভুল প্রশ্নগুলো রিভিশনের তালিকায় যাবে