Thursday, January 14, 2016

ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් III (Electronics) - 9



ඩයෝඩය (Diode)

ඩයෝඩය (හෝ දියෝඩය) යනු අග්‍ර දෙකක් සහිත අර්ධසන්නායකවලින් සෑදූ ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයකි. ඇත්තටම ඩයෝඩය යනු ඔබ මීට පෙර ඉගෙනගත් පීඑන් සන්ධියකි. එම සන්ධිය දෙපස ඇති පී හා එන් කැබැලි දෙකට සන්නායක කූරු දෙකක් සවිකර එය තවත් ප්ලාස්ටික් ආවරණයකින් ආවරණය කළ විට ලැබෙන්නේ ඩයෝඩයකි. ඩයෝඩයේ අභ්‍යන්තරය හා එහි සාමාන්‍ය පරිපථ සංඛේතය (schematic symbol) පහත දැක්වේ. ඩයෝඩ අග්‍ර/පින් දෙක ඇනෝඩය හා කැතෝඩය යන නම්වලින් හැඳින්වේ. එන් පැත්තේ අග්‍රය කැතෝඩයද (Cathode – K), පී පැත්තේ අග්‍රය ඇනෝඩය (Anode – A) වේ. පරිපථ සංඛේතයේ ඊ හිසින් හඟවන්නේ සම්මත ධාරාව ගලා යන දිශාවයි. සාමාන්‍ය ඩයෝඩයක කැතෝඩය හඳුනාගැනීමට කැතෝඩය ළඟින් ඩයෝඩ බඳෙහි සිහින් වර්ණ තීරුවක් ඇඳ ඇත.


 
ඔබ පීඑන් සන්ධි ගැන උගත් සියලු විස්තර ඩයෝඩවලටද එලෙසම වලංගු වේ. විවිධාකාර ප්‍රයෝජන/භාවිතාවන් සඳහා සැකසූ විවිධාකාර ඩයෝඩ නිපදවා ඇත. රෙක්ටිෆයර්, සිග්නල්, LED, ෆොටෝ, PIN, ෂොට්කි, වැරැක්ටර්, සෙනර් ආදී ලෙස විවිධ විසිතුරු නම්වලින් විවිධ ඩයෝඩ පවතී. පොදුවේ මේ සෑම ඩයෝඩයකම අර්ධසන්නායක අඩංගු සන්ධියක් ඇත.


සටහන
  සෑම ඉලෙක්ට්‍රෝනික උපාංගයක්ම එහි ක්‍රියාකාරිත්වය පැහැදිලි කිරීමට හා විග්‍රහ කිරීමට ආකෘති (model) යොදා ගන්නවා. ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වල පමණක් නොව, විද්‍යා/තාක්ෂණ ක්ෂේත්‍රයේ හැමවිටම ආකෘති තැනීම සිදු කරනවා. මෙලෙස ආකෘති යොදාගෙන උපාංගවල ක්‍රියාකාරිත්වය ඉගෙනීමට ක්‍රම දෙකක් ඇත.

එකක් නම්, එම ක්‍රියාකාරිත්වය ගණිත සූත්‍රයක් හෝ සූත්‍ර කිහිපයක් ආශ්‍රයෙන් විග්‍රහ කිරීමයි. ඉතාම නිවැරදිව උපාංග හෝ එම උපාංගවලින් තනා ඇති පරිපථයක් විග්‍රහ කිරීමට ඇති අනර්ඝතම ක්‍රමය මෙයයි. ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් පරිපථ නිර්මාණය කරන පරිගණක සොෆ්ට්වෙයාර් වැඩ කරන්නේ මෙලෙස ගණිත සූත්‍ර ආකෘති යොදාගෙනයි. පරිගණකවලට ඕනෑම ගණිත සමීකරණයක්/ශ්‍රිතයක් වේගයෙන් ගණනය කිරීමේ හැකියාව පවතින නිසා එහි ප්‍රශ්නයක් නැත. එහෙත් ඔබ එවැනි සරල හා සංකීර්ණ සූත්‍ර අතින් සෑදීමට ගියොත් පැය ගණන් සමහරවිට ගත වීමට ඉඩ තිබේ.

දෙවැනි ක්‍රමය නම්, යම් උපාංගයකට රූපමය සරල අර්ථකථනයක් සිදු කිරීමයි. සූත්‍රයක් සුලු කරනවාට වඩා රූපයක් (ප්‍රස්ථාරයක්) තේරුම් ගැනීම පහසුයිනෙ. බොහෝවිට මෙම රූපය/ප්‍රස්ථාරය මඟින් ඉතාම නිවැරදිව එම උපාංගය නිරූපණය නොවීමටද පුලුවන්. සමහරවිට, එක රූපයක්/ප්‍රස්ථාරයක් වෙනුවට රූප/ප්‍රස්ථාර කිහිපයක් වුවද අවශ්‍ය කරන්නට පුලුවන්. බොහෝ ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංග සඳහා එම උපාංගයේ ගති ලක්ෂණ පෙන්වන ප්‍රස්ථාරයක් හෝ ප්‍රස්ථාර කිහිපයක් ඇති අතර මෙවැනි ප්‍රස්ථාර අදාල උපාංගයේ ලාක්ෂණික ප්‍රස්ථාර (characteristic graph) ලෙස හැඳින්වෙනවා.

ගණිත සූත්‍ර භාවිතා කළත්, රූප/ප්‍රස්ථාර භාවිතා කළත් මේ ක්‍රම දෙකෙහිම තවත් පැතිකඩක් තිබෙනවා. එනම් යම් සංකීර්ණ උපාංගයක ක්‍රියාකාරිත්වය සරල කිරීමයි. මෙම සරල කිරීම සිදු කරන්නේ එම උපාංගයේ ක්‍රියාකාරිත්වය "එතරම්" විකෘති නොවන ලෙසයි (සරල කිරීමක් සිදු කරන සෑම තැනකම යම් විකෘතියක් ඇතිවීම වැලැක්විය නොහැකියිනෙ; එහෙත් මෙම විකෘතිය අවම කළ හැකියි). බොහෝ සාමාන්‍ය පරිපථ සඳහා මෙවැනි සරල කරපු ආකෘති යොදා ගැනේ. එහෙත් ඉතා වේගවත් පරිපථ හෝ ඉතා නිවැරදි ක්‍රියාකාරිත්වයන් අවශ්‍ය කරන පරිපථවලදී සරල ආකෘති වෙනුවට සංකීර්ණ වඩා නිවැරදි ආකෘති යොදා ගැනීමට සිදු වෙනවා.

ඉහත කරුණු පැහැදිලි වේවි මෙතැන් සිට පාඩම් කරගෙන යන අතරේදී.

ඩයෝඩයක් (හෙවත් පීඑන් සන්ධියක්) සඳහා ගණිත සූත්‍ර කිහිපයක් තිබුණත් (එම කිහිපයෙන් විවිධ ගතිගුණ නිරූපණය කරයි) මේ අතරින් වැදගත්ම සූත්‍රය වන්නේ මීට පෙර ඔබ උගත් පහත ඩයෝඩ සමීකරණයයි.

ඩයෝඩයේ පෙර නැඹුරුව හා පසු නැඹුරුව යන අවස්ථා දෙකම ඉහත සමීකරණයෙන් නිරූපණය කෙරේ. ඉහත සූත්‍රමය ආකෘතියට අනුරූප රූපමය අාකෘතිය පහත දැක්වේ (මෙම ප්‍රස්ථාරයත් මීට පෙර දැක ඇත). මෙම ප්‍රස්ථාරය ඩයෝඩයේ ලාක්ෂණික ප්‍රස්ථාරයයි.




මෙම ප්‍රස්ථාරය විග්‍රහ කරමු. ප්‍රස්ථාරයේ x අක්ෂය ඔස්සේ තිබෙන්නේ ඩයෝඩ නැඹුරු වෝල්ටියතාවයි. ප්‍රස්ථාරයේ මූල ලක්ෂ්‍යයේ හෙවත් 0 සිට දකුණු පසට යන විට + අගයන් තිබෙන නිසා, ඉන් කියන්නේ පෙර නැඹුරු වෝල්ටියතාවයි. එලෙසම 0 සිට වමට යන විට - අගයන් නිසා, ඉන් නිරූපණය වන්නේ පසු නැඹුරු වෝල්ටියතාවයි. එනම්, ප්‍රස්ථාරයේ y අක්ෂයෙන් දකුණු පැත්ත ඩයෝඩයේ පෙර නැඹුරු අවස්ථාව නිරූපණය වන අතර, y අක්ෂයෙන් වම් පැත්ත පසු නැඹුරු අවස්ථාව නිරූපණය වේ.

y අක්ෂයෙන් නිරූපණය වන්නේ ඩයෝඩය හරහා ගලා යන ධාරාවයි. 0 සිට ඉහලට + අගයන් නිසා, ඉන් කියන්නේ ඩයෝඩය පෙර නැඹුරු කළ විට, ඩයෝඩය හරහා ගලා යන ධාරාවයි. එලෙසම, 0 සිට පහලට - අගයන් නිසා පසු නැඹුරු කළ විට ගලා යන පසු ධාරාව ඉන් පහසුවෙන්ම නිරූපණය කෙරේ.

දැන් පෙර නැඹුරුවේ වෝල්ටියතාව 0 සිට ක්‍රමයෙන් වැඩි කරගෙන යන්න. knee අවස්ථාව එළඹෙන තුරු ප්‍රස්ථාර රේඛාව වෙනස් වන හැටි බලන්න. ඩයෝඩ ධාරාව වැඩි වන්නේ නැති තරම් නේද? ඔව්. මෙය සන්ධියේ ස්වභාවය බව මුලදී ඉගෙන ගත්තා මතකද? මෙම knee අවස්ථාව දක්වා ඩයෝඩය තුළ විභව බාධකය පැවතීම මීට හේතුව බව ඔබ දන්නවා. දැන් මෙම අවස්ථාව ඉක්මවා යන විට, ඩයෝඩ ධාරාව වැඩිවීම සීඝ්‍රයෙන් සිදු වෙනවා (ප්‍රස්ථාරයේ බෑවුම එකවර වැඩි වීමෙන් මෙය හැඟවෙනවා).

සටහන
  ප්‍රස්ථාරවලදී වක්‍රය එකවර තිරස් මට්ටමේ සිට ඉහත ආකාරයට ඉතා විශාල බෑවුමකට නැමීම සිදුවන අවස්ථාව සාමාන්‍යයෙන් knee යනුවෙන් හැඳින්විය හැකියි. ඊට හේතුව එය කකුලේ නමපු දණහිසක් ලෙසට පෙනෙන නිසාය (knee යනු ඉංග්‍රිසි බසෙහි දණහිසට කියන වචනයයි).

දැන් ඩයෝඩය පසු නැඹුරු කරන්න (ඒ කියන්නේ පෙර නැඹුරුවේදී ලබා දුන් වෝල්ටියතාවේ දිශා මාරු කරන්න). පසු නැඹුරු වෝල්ටියතාව 0 සිට ක්‍රමයෙන් වැඩි කරගෙන යන්න. ඩයෝඩ ධාරාව වැඩි නොවන තරම් නේද? (ප්‍රස්ථාරය තිරස්ව පැවතීමෙන් හැඟවෙන්නේ වෝල්ටියතාව වැඩි කරගෙන ගියත් ධාරාව වැඩි/අඩු නොවන බවයි.) එහෙත් එක් අවස්ථාවකදී එකවර අති විශාල ධාරාවක් ගලන්නට පටන් ගන්නවා. මෙය ඩයෝඩයේ (සන්ධියේ) බිඳවැටීමයි. මෙම බිඳ වැටීම සිදුකරන වෝල්ටියතාව බිඳවැටුම් වෝල්ටියතාවයි. රූපයේ මෙම බිඳවැටුම් අවස්ථාවේදී ගලා යන ධාරාව තරමක සිරස් රේඛාවකින් දැක්වෙනවා. (ප්‍රස්ථාරය සිරස්ව පැවතීමෙන් හැඟවෙන්නේ වෝල්ටියතාව ඉතාම ඉතා කුඩා ප්‍රමාණයක් වැඩි කළත්, ධාරාව ඉතාම ඉතා විශාල ප්‍රමාණයකින් වැඩි/අඩු වන බවයි.)

ඉදිරි හා පසු නැඹුරු යන අවස්ථා දෙකෙහිම ඉතා කුඩා කාන්දු ධාරාවක් ගලා යන බව ඉහත ප්‍රස්ථාරයෙන් පේනවා නේද? (සන්ධි ගැන කතා කරන විට ඊට හේතුව ඉගෙන ගත්තා.) මෙම කාන්දු ධාරාව ඇත්තටම අනවශ්‍ය වදයකි. එනිසා හැකි පමණ කාන්දු ධාරාව අවම වීම සුදුසුය. සන්ධියේ උෂ්ණත්වයට අමතරව, එය තීරණය වන්නේ භාවිතා කරන අර්ධසන්නායකය මතයි. සිලිකන්වල කාන්දු ධාරාව ජර්මේනියම්වලට වඩා අඩුය. එනිසා ඩයෝඩ, ට්‍රාන්සිස්ටර් ආදී අර්ධසන්නායක උපාංග වැඩි වශයෙන් සාදන්නේ සිලිකන් යොදාගෙනයි.

ඉහත ඩයෝඩ් ලාක්ෂණික ප්‍රස්ථාරය හා පහත නිල් පාටින් දැක්වෙන ප්‍රස්ථාර වක්‍රය සංසන්දනය කර බලන්න (පහත රූපයේ රතු පාටින් දැක්වෙන වක්‍රයද බලන්න). ප්‍රස්ථාර දෙකෙහි ප්‍රධාන වෙනස්කම කුමක්ද? ප්‍රස්ථාර දෙකෙහිම x අක්ෂයෙන් නිරූපණය කරන අගය වැඩි කරන විට, ඊට අනුරූපව y අක්ෂයෙන් නිරූපණය කෙරෙන අගයද වෙනස් වේ. එහෙත් මෙම වෙනස්වීම සිදුවන ආකාරය සමාන නැත. පහත නිල් ප්‍රස්ථාරයේදී එය සිදු වන්නේ රෙඛීය ආකාරයටයි. එනම්, ප්‍රස්ථාර වක්‍රයේ බෑවුම නියතයි (y දිගේ යම් පරතරයක් ගෙන, ඊට අනුරූප x අක්ෂය දිගේ පවතින පරතරයෙන් බෙදූ විට ලැබෙන්නේ වක්‍රයේ බෑවුම වන අතර, එම බෑවුම මෙම ප්‍රස්ථාරයෙන් කොතනින් ගණනය කළත් සමාන වේ). මෙවැනි නිරූපණයක් රේඛීය (linear) යනුවෙන් හැඳින්වෙනවා.


 
එහෙත් ඩයෝඩ් ලාක්ෂණික ප්‍රස්ථාරය (හා රතු පාටින් දැක්වෙන වක්‍රය) ඊට සපුරා වෙනස්ය. එහි ප්‍රස්ථාර වක්‍රයේ හැඩය/බෑවුම තැනින් තැනට වෙනස්ය. එනම් ප්‍රස්ථාරයේ යම් තැනකින් වක්‍රයේ බෑවුම ගණනය කළ විට ලැබෙන අගයට වඩා වෙනස් අගයකි වක්‍රයේ වෙනත් තැනක බෑවුම ගණනය කළ විට ලැබෙන්නේ. මෙවැනි නිරූපණයක් අරේඛීය (non-linear) ලෙස හැඳින්වෙනවා.

සටහන
  ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් උපාංගයක් රේඛීය හෝ අරේඛීය ලෙස වර්ගීකරණය කරන්නේ අදාල උපාංගය හරහා යන ධාරාව වෙනස් වන විට, එම උපාංගයේ ප්‍රතිරෝධයද ඉබේම වෙනස් වෙනවාද නැද්ද යන කාරණය මතයි. ඒ කියන්නේ යම් ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයක් හරහා ගලා යන ධාරාව වෙනස් වුවත් එම උපාංගයේ ප්‍රතිරෝධය වෙනස් නොවේ නම්, එය රේඛීය උපාංගයකි. හොඳම උදාහරණය ප්‍රතිරෝධය/රෙසිස්ටරය වේ. රෙසිස්ටරය හරහා ගලන ධාරාව කුමන අගය ගත්තත් රෙසිස්ටරයේ ඕම් අගය වෙනස් වන්නේ නැහැනෙ. කැපෑසිටර්, ඉන්ඩක්ටර්ද මේ අනුව රේඛීය උපාංග වේ. එහෙත් මොහොතකින් පැහැදිලි කෙරේවි ඩයෝඩය (එනම් පීඑන් සන්ධියක් හා සන්ධි අඩංගු ඕනෑම උපාංගයක්) අරේඛීය බව මොකද එම උපාංගවල ප්‍රතිරෝධය වෙනස් වෙනවා එය හරහා ගලා යන ධාරාව වෙනස් වන විට.

මේ අනුව ඩයෝඩයේ හැසිරීම අරේඛීය (නොන්ලීනියර්) වේ. එනිසා ඩයෝඩය අරේඛිය උපාංගයක් ලෙස හඳුන්වනවා. උපාංගයක අරේඛීය හැසිරීම නිසා සංඥා හැමවිටම අනිවාර්යෙන්ම විකෘති වීමක් සිදු වෙනවා. එහෙත් මෙම අරේඛීය ගතිගුණයම ප්‍රයෝජනවත් වැඩවලටත් යොදා ගන්නවා (සංඛ්‍යාත කිහිපයක් එකතු කර අලුත් සංඛ්‍යාත බිහි කිරීමට).

ඉහතදී දැක්වූ ගණිත සූත්‍රය හා ප්‍රස්ථාරය දෙකම එකිනෙකට අනුරූපයි (එනම් සූත්‍රය ප්‍රස්ථාරගත කළ විට ලැබෙන්නේ එම ප්‍රස්ථාරය තමයි). එහෙත් සමහර අවස්ථාවලදී මෙම ආකෘතියට වඩා සරල ආකෘතියක් අවශ්‍ය නම් භාවිතා කළ හැකියි. ඩයෝඩයක් සඳහා එවැනි සරල කරපු ආකෘතියක් පහත දැක්වේ. ඇත්තටම පහත රූපයේ ආකෘති දෙකක්ම ඇත (වර්ණ දෙකකින් ඒ දෙක දැක්වේ). රතු පාටින් දැක්වෙන්නේ ප්‍රායෝගික/සත්‍ය ඩයෝඩයට ඉතා ළඟින් යන ආකෘතියයි. සත්‍ය ඩයෝඩයකදී knee දක්වා ඉතා කුඩා කාන්දු ධාරාවක් ගලා යනවානෙ. එහෙත් රතු වක්‍රයෙන් එම කාන්දු ධාරාව ශූන්‍ය ලෙස දක්වනවා (එය හොඳ සරල කිරීමක්).

 
කොල පාට වක්‍රයෙන් ඩයෝඩය තව දුරටත් සරල කර තිබෙනවා. රතු පාට වක්‍රය සුමට වක්‍රයකි. එම රතු වක්‍රය වෙනුවට සරල ඍජු රේඛා මඟින් නිරූපණය කිරීම එය තවත් සරල කිරීමකි. එම ආකෘතියද තව දුරටත් සරල කළ හැකියි පහත රූපයේ ආකාරයට. මෙය nearly ideal diode model ලෙස හඳුන්වමු. මෙම ආකෘතිය බහුලවම භාවිතා වන්නකි.



මෙම ආකෘතියේ පෙර හා පසු නැඹුරු අවස්ථා දෙකෙහිම ගමන් කරන කාන්දු ධාරාව 0 වේ යැයි උපකල්පනය (හෝ සරල) කර තිබෙනවා. එලෙසම ප්‍රස්ථාර බෑවුම් "කෙලින් කර" (ඍජු හෙවත් සිරස් කර) ඇත. බැරියර් වෝල්ටේජ් එකේ බලපෑම එම ප්‍රස්ථාරයේ තවමත් ඇත (ඒකනේ බැරියර් වෝල්ටේජ් එක දක්වා ධාරාව 0 කර, එතැන් සිට ධාරාව විශාලව දක්වා තිබෙන්නේ). මෙම ආකෘතිය පහත රූපයේ ආකාරයට ප්‍රායෝගිකව ක්‍රියා කරනවා. 0.7 බැරියර් වෝල්ටියතාව 0.7ක බැටරියකින් නිරූපණය කර තිබෙනවා.


 
මෙම රූපය තව දුරටත් විග්‍රහ කරමු. ඩයෝඩයක් එක්තරා විදියක විදුලි ස්විචයකි. එය පෙර නැඹුරු කළ විට ඕන් වෙනවා; පසු නැඹුරු කළ විට ඕෆ් වෙනවා. එහෙත් පෙර නැඹුරු කර තිබෙන විට, ඩයෝඩය තුළ ඇති වන බැරියර් වෝල්ටියතාව පිහිටන්නේ පෙර නැඹුරු වෝල්ටියතාවට විරුද්ධ දිශාවටයි. එනිසා භාහිර පෙර නැඹුරු වෝල්ටියතාවට සිදු වෙනවා මෙම 0.7 වෝල්ටියතාවත් "කපා ගෙන" විදුලිය ගමන් කරවන්නට. පසු නැඹුරුවේදී නැඹුරු වෝල්ටියතාව හා බැරියර් වෝල්ටියතාව දෙකම පිහිටන්නේ එකම දිශාවට වුවත්, පසු නැඹුරුවේදී ඩයෝඩය ඕෆ් නිසා කිසිදු විදුලියක් ඒ හරහා ගමන් කරන්නේ නැත (ස්විචය ඕෆ් ලෙසද දක්වා තිබෙන්නේ එබැවිනි).

ඉහත ප්‍රස්ථාරය අවශ්‍ය නම් තවදුරටත් සුලු කළ හැකි මෙම බැරියර් වෝල්ටියතාව ප්‍රස්ථාරයෙන් ඉවත් කිරීමෙන් (පහත රූපය). මෙම ආකෘතිය ideal diode model ලෙස හඳුන්වමු. විශාල වෝල්ටියතාවන් සහිත තැන්වල ඩයෝඩ යොදන විට, මෙම ආකෘතිය බහුලව යොදා ගත හැකියි.

 
ඒ අනුව ඩයෝඩය සඳහා ආකෘති කිහිපයක්ම අප සතුව ඇත. ඒ ඒ අවස්ථාව අනුව යොදා ගන්නා අාකෘතිය ඔබම තීරණය කරන්න. ඕනෑම අවස්ථාවක් සඳහා වඩා නිවැරදි ආකෘතිය යෙදිය හැකි වුවත්, වඩා සරල කරපු ආකෘති හැමතැනකටම යෙදිය නොහැකියි.

ඩයෝඩයක් පසු නැඹුරු කරන විට, ඒ හරහා ගලා යන්නේ ඉතාම ඉතා කුඩා කාන්දු ධාරාවකි. ඒ කියන්නේ පසු නැඹුරු කරපු ඩයෝඩයක් සෑහෙන්න හොඳ පරිවාරකයක් ලෙස සැලකිය හැකියි. ඒ අනුව, පසු නැඹුරු කරපු ඩයෝඩයක ප්‍රතිරෝධය අතිවිශාලය (න්‍යායාත්මකව ප්‍රතිරෝධයේ අගය අනන්තයක් වන අතර, ප්‍රායෝගිකව එම අගය මෙගාඕම් ගණනකි). සිලිකන් ඩයෝඩයක් ජර්මේනියම් ඩයෝඩයකට වඩා වැඩි ප්‍රතිරෝධයක් පෙන්වනවා මොකද කාන්දු ධාරාව සිලිකන්හි අඩු නිසා ජර්මේනියම්වලට වඩා. (කාන්දු හෝ කුමන හෝ ධාරාවක් අඩුවෙන් ගලන්නේ ප්‍රතිරෝධය ඉහල නිසාය; ඕම් නියමය ඇසුරින් එය පහසුවෙන් තේරුම්ගත හැකියිනෙ.)

එලෙසම පෙර නැඹුරුවේදී knee එක දක්වාද ප්‍රතිරෝධය අතිවිශාලයි (මොකද මෙවිටද ගලා යන ධාරාව ඉතාම ඉතා කුඩා නිසා). එහෙත් පෙර නැඹුරුවේදී knee එකට පසුව, වැඩි ධාරාවක් ගලා යන නිසා, කුඩා ප්‍රතිරෝධයක් (සාමාන්‍යයෙන් ඕම් ගණනක්) සහිත සන්නායකයක් ලෙස සැලකිය හැකියි.

පෙර නැඹුරුවේදී ඩයෝඩ ප්‍රතිරෝධය ඉතා කුඩා වෙනවා සේම, ඩයෝඩය හරහා ගලා යන ධාරාව අනුව මෙම ප්‍රතිරෝධය වෙනස් වෙනවා. එනම්, ධාරාව වැඩි වෙන විට ප්‍රතිරෝධ අගය අඩු වෙනවා. මෙම උපකරණය අරේඛීය යැයි පැවසුවේ මෙම ගතිගුණය නිසා තමයි.

ඩයෝඩයේ ඉහත අරේඛීය හැසිරීම නිසා අමුතු කරුණක් ඩයෝඩ (එනම් පීඑන් සන්ධි හෝ එවැනි සන්ධි සහිත ඕනෑම උපාංගයක) සතුව ඇත. එය නම්, ඩයෝඩයක් පෙර නැඹුරු කරන විට, හැමවිටම ඩයෝඩයේ බැරියර් වෝල්ටියතාවට සමාන වෝල්ට් ගණනක් ඩයෝඩය දෙපස ඩ්‍රොප් වේ. සිලිකන් ඩයෝඩවලදී බැරියර් වෝල්ටියතාව දළ වශයෙන් 0.7ක් නිසා, හැමවිටම පෙර නැඹුරු කළ සිලිකන් ඩයෝඩයක් දෙපස වෝල්ට් 0.7ක වෝල්ටියතාවක ඩ්‍රොප් වේ. ජර්මේනියම් ඩයෝඩවල එම අගය 0.2 පමණ විය යුතුයි නේද? ඇත්තටම මෙය තරමක් විස්තර කිරීමට වටින දෙයකි.

පහත a රූපයේ ආකාරයේ රෙසිස්ටරයක් (එනම් රේඛීය උපාංගයක්) සහිත පරිපථය බලන්න. මෙම පරිපථයේ ඇති රෙසිස්ටරයේ ඕම් ගණන හැමවිටම ඕම් 100කි. එය හරහා ගලා යන ධාරාව කොතරම් වුවත් මෙම ඕම් අගය වෙනස් නොවේ. සිතන්න පරිපථය හරහා ගලා යන ධාරාව ඈම්ප් එකයි කියා. එවිට ඕම් නියමය (V=IR) අනුව ප්‍රතිරෝධය දෙපස 100x1 = 100V ඩ්‍රොප් වේ. දැන් මෙම ධාරාව ඈම්ප් 2 දක්වා වැඩි කරමු. එවිට, 100x2=200V ක වෝල්ටියතාවක් ඩ්‍රොප් වේ. ඒ කියන්නේ ධාරාව වෙනස් වන විට, ප්‍රතිරෝධය (රේඛීය උපාංගය) දෙපස ඩ්‍රොප් වන වෝල්ටියතාවත් ඊට අනුරූපව වෙනස් වේ.



එහෙත් ඉහත පරිපථයේ රෙසිස්ටරය වෙනුවට ඇත්තේ පෙර නැඹුරු වන ලෙස තැබූ සිලිකන් ඩයෝඩයක් නම් තත්වය සපුරා වෙනස් වේ (ඉහත b රූපය). සිතමු පරිපථය හරහා දැන් ඈම්ප් එකක ධාරාවක් ගලා යනවා කියා. එවිට, දළ වශයෙන් ඩයෝඩයේ ප්‍රතිරෝධය ඕම් 0.7ක් පමණ වේ. ඒ කියන්නේ මේ අවස්ථාවේදී ඩයෝඩය දෙපස ඩ්‍රොප් වන වෝල්ටියතාව වන්නේ 1x0.7=0.7V වේ. දැන් ගලා යන ධාරාව ඈම්ප් 2ක් කරමු. එවිට ඩයෝඩයේ ප්‍රතිරෝධය 0.35 ඕම් අගයක් දක්වා වෙනස් වේ. දැන් ඩයෝඩය දෙපස ඩ්‍රොප් වන වෝල්ටියතාව වන්නේ 2x0.35=0.7V යි. දැක්කද ඩයෝඩය හරහා ගලා යන ධාරාව වෙනස් වන විට, ඊට අනුරූපව ඩයෝඩයේ ප්‍රතිරෝධයද වෙනස් වීම නිසා, හැමවිටම ඩයෝඩය දෙපස ඩ්‍රොප් වන්නේ එකම නියත වෝල්ටියතා ප්‍රමාණයකුයි.

මෙයින් පැහැදිලි වන තවත් කාරණයක් නම්, ඩයෝඩ භාවිතා කරන විට, අනිවාර්යෙන්ම ඩයෝඩයේ බාධක විභයට වඩා වැඩි විදුලියක් ලබා දිය යුතු බවයි. පසු නැඹුරුවේදී මේ මොන කතාවක්වත් නැත මොකද පරිපථයේ මුලු විභවයම ඩයෝඩය දෙපස ඩ්‍රොප් වේ (එනම් පරිපථය හරහා ධාරාවක් නොගලයි).

වෝල්ට් 1.5, 3 වැනි කුඩා වෝල්ටියතා සහිත පරිපථවල ඩයෝඩ යොදන විට පරිස්සම් විය යුතුයි. ඊට හේතුව පහත රූපයේ ආකාරයට පරිපථයක් සැලසුම් කළොත් පරිපථයේ සවි කර ඇති බල්බය දැල් නොවේවි. ඊට හේතුව පරිපථයේ සැපයුම් වෝල්ටියතාව සම්පූර්ණයෙන්ම ඩයෝඩ දෙපස පමණක් ඩ්‍රොප් වන නිසාය. බල්බය දැල්වීමට නම් බල්බය හරහාද වෝල්ටියතාවක් ඩ්‍රොප් විය යුතුය. ඩයෝඩ යනු ඒ අනුව කෑමට කෑදර කෙනෙකු වගෙයි. අනෙක් අය ගැන එයා නොසිතයි. තමන්ට අවශ්‍ය ප්‍රමාණය කා දමයි අනෙක් අයට කෑම ඉතිරි වුවත් නැතත්. ඩයෝඩද තමන්ට අවශ්‍ය වෝල්ටියතාව ඩ්‍රොප් කර ගන්නවා ඉස්සෙල්ලාම. එසේ ඩ්‍රොප් කළ පසු ඉතිරිවන වෝල්ටියතාවක් ඇත්නම් පමණක් පරිපථයේ අනෙක් උපකරණ/උපාංගවලට එම වෝල්ටියතාවන් ලබා දේ.

 
මෙවැනි කුඩා සැපයුම් වෝල්ටියතාවන් යොදා ගන්නා පරිපථවලදී ඩයෝඩවල ඩ්‍රොප්වන වෝල්ටියතාව නොසලකා හැරිය නොහැකි වුවත්, වෝල්ට් 30 වැනි හෝ සිය ගණන් සැපයුම් වෝල්ටියතාව ලෙස යොදා ගන්නා විට, ඩයෝඩයක් දෙපස ඩ්‍රොප් වන කුඩා 0.7 වැනි වෝල්ටියතාව නොසලකා හැරිය හැකියි. මෙවැනි අවස්ථාවලදී තමයි පෙර අප කතා කළ අයිඩියල් ඩයෝඩ් ආකෘතිය පහසුවෙන් යෙදිය හැක්කේ. එහෙත් කුඩා සැපයුම් වෝල්ටියතා සහිත පරිපථ සඳහා මෙම මොඩලය භාවිතා කළොත් පරිපථ සැලසුම අසාර්ථක වෙන බව පැහැදිලියි නේද?

විශාල සැපයුම් වෝල්ටියතා සහිත පරිපථයක වුවත්, ඉහත පරිපථයේ මෙන් ඩයෝඩ කිහිපයක් එකට යොදන විට, 0.7 වෝල්ටියතා කිහිපයක් එකතු වූ විට සැලකිය යුතු වෝල්ටියතාවක් ලැබෙන නිසා, සමහරවිට අයිඩියල් ආකෘතිය යෙදූ විට පරිපථ සැලසුම අසාර්ථක වීමටද හැකියි. ඇත්තටම ඔබට ඒ ඒ අවස්ථාව අනුව තීරණය කළ හැකියි කුමන ආකෘතිය යොදාගත හැකිද කියා.

සෑම උපාංගයකින්ම කරන රාජකාරියක්/ක්‍රියාකාරිත්වයක් පවතිනවා. ඩයෝඩයේ රාජකාරිය කුමක්ද?

"ප්‍රත්‍යාවර්ත විදුලියක් ඍජු විදුලියක් බවට පත් කිරීමයි එහි ප්‍රධාන අරමුණ/රාජකාරිය
 
ඔබ දන්නවා ප්‍රත්‍යාවර්ත විදුලි ධාරාවක් (AC) යනු වරින් වර තමන් ගමන් කරන දිශාව මාරු කරන විදුලි ධාරාවක්. ඍජු විදුලි ධාරාවකදී (DC) ධාරාව හැමවිටම ගමන් කරන්නේ එකම දිශාවකටයි. ඩයෝඩයකට මෙම හැකියාව ලැබී තිබෙන්නේ පෙර නැඹුරු වූ විට විදුලිය සන්නයනය කිරීමත්, පසු නැඹුරු කළ විට විදුලිය සන්නයනය නොකිරීමත් නිසාය.


 
ඉහත a රූපය බලන්න. එහි ඩයෝඩය යොදා තිබෙන්නේ ඒසී විදුලියක් පවතින පරිපථයකයි. මෙවිට ඒසී විදුලියේ එක් අර්ධයකදී (මෙම අවස්ථාවේදී එය x රේඛාවට උඩින් ඇති අර්ධය) ඩයෝඩය පෙර නැඹුරු වේ මොකද කැතෝඩයට සාපේක්ෂව අනෝඩයට + විභවයක් ලැබී පෙර නැඹුරු වන නිසා. ඒ කියන්නේ කැතෝඩයට සාපේක්ෂව ආනෝඩයට ධන විභවයක් ලැබේ (හෙවත් සම්මත විදුලි ධාරාව අනෝඩයේ සිට කැතෝඩය දක්වා ගමන් කරයි). එවිට ඩයෝඩය විදුලිය සන්නයනය කරයි.

එහෙත් එම ඒසී විදුලියේ අනෙක් අර්ධයේදී ඩයෝඩය පසු නැඹුරු වේ. ඒ කියන්නේ කැතෝඩයට සාපේක්ෂව අනෝඩයට ලැබෙන්නේ ඍණ විදුලියක්ය. මෙවිට ඩයෝඩය විදුලිය සන්නයනය නොකරයි. මේ අනුව ඩයෝඩය විසින් ප්‍රත්‍යාවර්ත විදුලියේ එක් අර්ධයක් සම්පූර්ණයෙන්ම කපා දැම්මා. ඒ කියන්නේ ඩයෝඩයෙන් පිටතට ලැබෙන්නේ හැමවිටම එකම පැත්තට ගමන් කරන විදුලියක් හෙවත් ඩීසී විදුලියක්. (මෙලෙස ලැබෙන ඩීසී විදුලියේ විස්ථාරය අඩු වැඩි වන එක වෙනම කතාවකි; මෙය විචලනය වන ඩීසී විදුලියකි.)

දැන් b රූපය බලන්න. මෙහි a ට වඩා ඇති වෙනස ඩයෝඩයේ පැති මාරු කර සවි කර තිබීමයි. පැති මාරු කළත් පරිපථය ක්‍රියාත්මක වී ඒසී විදුලිය ඩීසී බවට පත් කරනවා. එහෙත් මෙවිට ඩයෝඩය විසින් කපා දමන්නේ යටි පැත්තේ විදුලි අර්ධය නොව උඩු පැත්තේ කොටසයි. ඩයෝඩය පෙර හා පසු නැඹුරු වීම මත මෙයද විග්‍රහ කර බලන්න.

ඒ අනුව ඩයෝඩයක් මූලිකව භාවිතා කරන්නේ ඒසී විදුලියක් ඩීසී කිරීමටයි. ඊට අමතරව ඩයෝඩය සතු තවත් ගතිගුණද ප්‍රයෝජනයට ගත හැකියි (මෙවිට ඩයෝඩය භාවිතා වෙන්නේ ඒසී සංඥාවක් ඩීසී කිරීමේ අරමුණින් නොවේනෙ). ඩයෝඩයේ අරේඛීය හැසිරීම ප්‍රයෝජනයට ගත හැකියි (මොහොතකින් මේ ගැන විස්තර කෙරේ). ඩයෝඩය හරහා ධාරාව කොතරම් ගියත් නියත 0.7ක වෝල්ටියතාවක් ඩ්‍රොප් කර ගැනීමද ට්‍රාන්සිස්ටර් හා වෙනත් පරිපථ නිර්මාණයේදී ප්‍රයෝජනයට ගන්නවා (ට්‍රාන්සිස්ටර් බයස් කිරීමට, ක්ලිපිං පරිපථ සෑදීමට). මීටත් අමතරව, විශේෂ හැකියාවන් සහිත ඩයෝඩ (ආලෝකය නිකුත් කරන ඩයෝඩ, ආලෝකයට සංවේදී ඩයෝඩ ආදි) නිපදවා තිබෙනවා. දැන් අපි ඩයෝඩවල භාවිතාවන් ගැන සොයා බලමු.


ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් (electronics) ...

No comments:

Post a Comment