Thursday, February 11, 2016

ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් III (Electronics) - 20

Tunnel Diode

Esaki නම් ජපන් ජාතිකයා විසින් මෙය සොයා ගත් නිසා මෙම ඩයෝඩය එසාකි ඩයෝඩය ලෙසද හඳුන්වනවා. මෙම සොයා ගැනීමත් සමගම ඔහු විසින් ක්වන්ටම් ටනල් ආචරණයද සොයා ගත් නිසා නොබෙල් ත්‍යාගය පවා ඔහුට ලැබුණා. ක්වන්ටම් ටනල් ආචරණය සෙනර් ඩයෝඩයේදී දක්නට ලැබුණා මතකද? මෙම ඩයෝඩයත් ක්වන්ටම් ටනල් ආචරණය මත පදනම්ව සාදා ඇති නිසාම ඊට ටනල් ඩයෝඩය (උමං ඩයෝඩය) යන නම ලැබී තිබෙනවා. එහි සංඛේතය පහත දැක්වේ.

 
සාමාන්‍ය ඩයෝඩයක මෙන්ම පී හා එන් කැබැලි දෙකකින් සෑදූ සන්ධියක් ඇත. එහෙත් සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකට වඩා ඇති වෙනස නම්, එම අර්ධසන්නායක කොටස් ඉතා අධිකව මාත්‍රණය කර තිබෙනවා (සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකට වඩා ලක්ෂ ගුණයක් පමණ). එවිට අර්ධසන්නායක කොටස් දෙකෙහිම යහමින් ආරෝපණ වාහක තිබෙනවා (සාමාන්‍ය සන්නායකයක් වගේම). එහි ප්‍රතිඵල දෙකක් තිබෙනවා. එකක් නම්, පෙර නැඹුරු කළ විට උමං ආචරණය සිදු වීම. දෙවැන්න නම්, පසු නැඹුරු කළ විට සාමාන්‍ය සන්නායකයක් ලෙස ක්‍රියා කිරීම. මේ දෙක දැන් සලකා බලමු.

පෙර නැඹුරු කළ විට, උමං ආචරණය නිසා සුපුරුදු ඩයෝඩ ක්‍රියාකාරිත්වය නොදක්වයි. ඒ කියන්නේ 0 සිට වෝල්ටියතාව වැඩි කර ගෙන යන විට, ධාරාවද ක්‍රමයෙන් වැඩි වේ (කිසිදු knee එකක් නැත). එහෙත් මෙලෙස හැසිරෙන්නේද යම් දුරක් දක්වා පමණි. මෙම උපරිම අවස්ථාව peak (කඳු මුදුන) කියා හඳුන්වනවා. පීක් එකේදී තිබෙන පෙර නැඹුරු වෝල්ටියතාව peak voltage (VP) ලෙස නම් කරනවා. එම අවස්ථාවේදී ගලන ධාරාව peak current (IP) ලෙස නම් කෙරෙනවා. ඉන්පසු වෝල්ටියතාව වැඩි කරගෙන යන විට, ධාරාව ක්‍රමයෙන් අඩු වන්නට පටන් ගන්නවා. මෙයද සිදු වන්නේ යම් දුරක් දක්වා පමණි. මෙම අවම අවස්ථාව valley (නිම්නය) කියා හඳුන්වනවා. වැලි එකේදී තිබෙන පෙර නැඹුරු වෝල්ටියතාව valley voltage (VV) කියාද, ධාරාව valley current (IV) කියාද හඳුන්වනවා. තව දුරටත් වෝල්ටියතාව වැඩි කර ගෙන යන විට, නැවත වෝල්ටියතාව ඝාතීය ආකාරයෙන් වැඩි වන්නට ගන්නවා (එනම් සාමාන්‍ය ඩයෝඩයක වැඩි වන ආකාරයට).

සටහන

ඔබ දන්නවා උමං ආචරණයෙන් සිදු වන්නේ සාමාන්‍යයෙන් සිදු විය නොහැකි දෙයක් සිදු වීමක්. එනම්, යම් දෙයක් කිරීමට ඉතා විශාල ශක්තියක් අවශ්‍ය වුවත්, උමං ආචරණය නිසා ඒ අවශ්‍ය ශක්තියට වඩා ඉතා අඩු ශක්තියකදී එය සිදු වෙනවා. මෙහිදීද එවැන්නක් සිදු වෙනවා. සන්ධිය හරහා ආරෝපණ ගමන් කිරීමට යම් ශක්තියක් අවශ්‍ය වෙනවා. එහෙත් උමං ආචරණය නිසා, ඊට වඩා බොහෝ අඩු ශක්තියකින් (වෝල්ටියතාවකින්) ආරෝපණ සන්ධිය හරහා ගමන් කරනවා.

පසු නැඹුරු කළ විට, නැවතත් සුපුරුදු පීඑන් ඩයෝඩ ක්‍රියාකාරිත්වය දක්නට ලැබෙන්නේ නැහැ. එහෙත් මේ අවස්ථාවේදී උමං ආචරණයද සිදු නොවේ (උමං ආචරණය සිදු වන්නේ පෙර නැඹුරුවේදීය). මාත්‍රණය ඉහළ නිසා ආරෝපණ වාහක යහමින් පවතී. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, සාමාන්‍ය ලෝහ කැබැල්ලක් සේ මෙය ක්‍රියා කරනවා පසු නැඹුරුවේදී. එනිසා පසු නැඹුරු වෝල්ටියතාව ක්‍රමයෙන් වැඩි කර ගෙන යන විට, පසු ධාරාවද අනුලෝමව වැඩි වෙනවා.

පහත දැක්වෙන්නේ ඉහත විස්තරය ප්‍රස්ථාරයකින් දැක්වීමයි. මෙය ටනල් ඩයෝඩයේ ලාක්ෂණික ප්‍රස්ථාරයයි.



පීක් හා වැලි අතර කොටස තුළ වෝල්ටියතාව වැඩි වන විට ධාරාව අඩු වේ. මෙය ඕම් නියමයට පටහැනියි නේද? හරියට එය ඕම් නියමයේ විරුද්ධ ක්‍රියාව සේය. මෙම ක්‍රියාකාරිත්වය ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් (negative resistance) සේ සැලකිය හැකියි (සාමාන්‍ය ප්‍රතිරෝධය positive resistance ලෙස සැලකිය හැකියි මොකද වෝල්ටියතාව වැඩි වෙන විට, ධාරාව අනුලෝමව වැඩි වෙන නිසා). එනිසා ප්‍රස්ථාරයේ මෙම ඍණ ප්‍රතිරෝධකයක් සේ හැසිරෙන කලාපය negative incremental resistance කලාපය සේ නම් කෙරෙනවා.

සටහන

ඇත්තටම ඍණ ප්‍රතිරෝධක කියා ජාතියක් නැත. “ඍණ ප්‍රතිරෝධයක්" යනු හරියට පුද්ගලයකුට “ඍණ වයසක්” හෝ “ඍණ උසක්” තිබෙනවා වැනි ප්‍රකාශනයක් වනු ඇත. සැබැවින්ම පවතින්නේ ඍණ ප්‍රතිරෝධකතාවක් අනියම් ආකාරයකින් පෙන්වන මෙබඳු සුවිශේෂි අවස්ථා/උපක්‍රම පමණි. එනිසයි incremental යන විශේෂණ පදය යොදා තිබෙන්නේ. ඔබේ උස අඩි 5 නම්, මගේ උස අඩි 6 නම්, මට කිව හැකියි මට සාපේක්ෂව ඔබ අඩි ඍණ එකක උසක් තිබෙනවා කියා. මෙවැනිම වැඩක් තමයි ඉන්ක්‍රිමන්ටල් නෙගටිව් රෙසිස්ටන්ස් එකකදීත් සිදු කර තිබෙන්නේ.

කෙසේ හෝ වේවා, ඉන්ක්‍රිමන්ටල් නෙගටිව් රෙසිස්ටන්ස් එකක් ප්‍රායෝගිකව හැසිරෙන්නේ ඍණ ප්‍රතිරෝධකයක් සේමය. එනිසා, ප්‍රායෝගිකව ගත් කළ මේ දෙකෙහි වෙනසක් නැහැ නේද?
ඇත්තටම ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වල මෙම ඍණ ප්‍රතිරෝධක ගුණය ප්‍රයෝජනවත් වැඩ ගණනාවකටම භාවිතා කරනවා. විවිධ ආකාරවලින් ඍණ ප්‍රතිරෝධකතාවන් මතු කර ගත හැකියි. මෙම ටනල් ඩයෝඩයේ තිබෙන්නේ ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් පෙන්වන සරල ආකාරයකි. පසුවට කතා කරන ඉම්පැට් ඩයෝඩයේ සංකීර්ණ ක්‍රමයකින් ඍණ ප්‍රතිරෝධකතාව පෙන්නුම් කරනවා.

ටනල් ඩයෝඩ වේගවත්ය. ඊට හේතුව මෙම ඩයෝඩ අධික මාත්‍රණයට ලක් කර ඇති නිසා, බහුතර වාහක තමයි ප්‍රමුඛ වන්නේ. එනිසා අධිසංඛ්‍යාත සංඥා සමග මේවා යෙදිය හැකියි (සුලුතර වාහක හා බහුතර වාහක දෙකම එකට පවතින විට, ඒ දෙකෙහි අන්තර් ක්‍රියාකාරිත්වය නිසා ස්වාභාවිකවම උපාංගය මන්දගාමී වේ). තවද, භාහිර විකිරණයන්ට (න්‍යෂ්ඨික) හා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයන්ට හා උෂ්ණත්වයට මේවා එතරම් සංවේදිතාවක් නොදක්වයි. එබැවින් එවැනි දේවලට අසංවේදිතාවක් අවශ්‍ය කරන තැන්වල ටනල් ඩයෝඩය යෙදිය හැකියි. තවද මෙම ඩයෝඩවල ජීව කාලයද දිගුය (එනම් ක්‍රියාකාරිත්වය දුර්වල නොවේ කාලයත් සමග).

එහෙත් ටනල් ඩයෝඩවල දෝෂද ඇත. කුඩා ධාරා සමග පමණයි මෙම ඩයෝඩ භාවිතා කළ හැක්කේ. එනිසා අඩුබල (low power) පරිපථවල පමණි මේවා භාවිතා වෙන්නේ. මීට වඩා හොඳ හා ලාභ උපාංග දැන් පවතින නිසාද මේවා අභාවයට යමින් පවතී.


Gunn Diode

Gunn නමැත්තා විසින් නිර්මාණය කරපු නිසා ඔහුගේ නමින්ම මෙය හැඳින්වේ. Transferred Electron Device (TED) ලෙසද හැඳින්වෙන මෙය සාමාන්‍ය ඩයෝඩවලට වඩා වෙනස්ය. ඊට හේතුව පීඑන් සන්ධියක් නැත; අඩුම ගානේ පී අර්ධසන්නායක කැබැල්ලක්වත් නැත. එය සම්පූර්ණයෙන්ම එන් අර්ධසන්නායක කැබැල්ලකින් සාදා තිබෙනවා. එහෙත් එම තනි එන් කැබැල්ල මට්ටම් තුනකින් පහත රූපයේ ආකාරයටයි මාත්‍රණය කර තිබෙන්නේ. එනම්, එන් කැබැල්ලේ දෙපැත්තේ මාත්‍රණය ඉතාම වැඩිය.

  
දැන් ඩයෝඩයට යම් වෝල්ටියතාවක් සැපයූ විට, එම වෝල්ටියතාවෙන් වැඩිම කොටස ඩ්‍රොප් වන්නේ මැද කොටස දෙපසයි (ඊට හේතුව මැද කොටසේ ප්‍රතිරෝධය දෙපැත්තේ අධිමාත්‍රණය කරපු කැබැලි දෙකට වඩා ඉතා වැඩි වීමයි). ඒ කියන්නේ මැද කොටසේ විභව අනුක්‍රමය (voltage gradient) වැඩියි. මැද කොටස සක්‍රිය කලාපය (active region) නමින් හැඳින්වෙනවා. මෙම ඇක්ටිව් කොටසේ ගනකම ඉතා කුඩා වන අතර, එහි ගනකම වෙනස් කිරීමෙන් මෙම උපාංගය ක්‍රියාත්මක වන සංඛ්‍යාතය තීරණය කෙරෙනවා.

මෙවැනි උපාංගයකට සුදුසු වෝල්ටියතාවක් ලබා දුන් විට (බයස් කළ විට), ඉබේම ඉන් අධිසංඛ්‍යාත තරංග (spontaneous oscillation) නිපදවන්නට පටන් ගන්නවා. මෙය Gunn effect ලෙස හැඳින්වෙනවා (ඒ අනුව ගන් ඩයෝඩය යනු ගන් ආචරණය යොදා ගන්නා උපාංගය ලෙසද අර්ථ දැක්විය හැකියි). මෙම අධිසංඛ්‍යාතය ගිගාහර්ට්ස් පරාසයේ පවතිනවා. ගිගාහර්ට්ස් කළාපය බහුලවම මයික්‍රොවේව් ලෙස හැඳින්වෙන නිසා, මෙම ඩයෝඩයට සමහරුන් මයික්‍රොවේව් ඩයෝඩය (microwave diode) කියාද පවසනවා. එනම් මයික්‍රොවේව් තරංග නිපදවීමට මෙම ඩයෝඩය භාවිතා කළ හැකියි (මයික්‍රොවේව් සංඛ්‍යාත/තරංග නිපදවීමට තවත් උපාංග පවතින බවද මතක තබා ගන්න). එනිසා, මයික්‍රෙිවේව් භාවිතා කරන රේඩාර් උපකරණවල මෙය බහුලවම දක්නට ලැබේ.

පහත දැක්වෙන්නේ ගන් ඩයෝඩයක ලාක්ෂණික ප්‍රස්ථාරයයි. මෙය බැලූබැල්මට ටනල් ඩයෝඩයක ප්‍රස්ථාරයට සමානයි නේද? මෙහිත් ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් දක්වන අවස්ථාවක් තිබෙනවා. එනිසාම ටනල් ඩයෝඩය මෙන්ම මෙයද ඔසිලේටර් පරිපථ සෑදීමට යොදා ගන්නවා.
 


ගන් ආචරණය දළ වශයෙන් බලමු. ඩයෝඩය ඍණ ප්‍රතිරෝධ කලාපයේ සිටින සේ බයස් කළ යුතුය. එවිට, ඩයෝඩය හරහා ඉතාම කුඩා ධාරාවක් ගලා යනවා යැයි සිතන්න. මෙම ඉතාම කුඩා ධාරා ස්පන්දනය (pulse) අමුතුවෙන් ඩයෝඩයට ලබා දීමට අවශ්‍ය නැහැ. අඛණ්ඩව යම් තැනක ගමන් කරන විදුලියේ විචලනයන් ඇති වීම ස්වාභාවිකව සිදු වෙනවා. ඊට ප්‍රධාන වශයෙන් පරිසර උෂ්ණත්වයේ සිදු වන සියුම් වෙනස්කම් බලපානවා (තවත් සාධකද තිබෙනවා). ඉතිං මෙවැනි ඉතාම කුඩා විදුලි ධාරා වෙනසක් මෙම බයස් කරපු ඩයෝඩය හරහා යන විට, අපූරු දෙයක් සිදු වෙනවා. එනම්, එම ස්පන්දනය ඩයෝඩයේ එක් n+ කැබැල්ලක සිට අනෙක් n+ කැබැල්ල දක්වා ගමන් කරනවා ඇක්ටිව් කොටස හරහා. එහෙත් මෙහිදී යම් කොන්දේසියක්ද තිබෙනවා. එනම්, එක් පැත්තකින් ගමන ආරම්භ කරන මෙම ඉබේ ඇති වෙච්ච කුඩා විද්‍යුත් ස්පන්දනය අනෙක් කොටසින් කෙලවර වෙන තෙක් වෙනත් ස්පන්දයන් ගමන් කරන්නේ නැත. එනම් වරකට එක් ස්පන්දයක් පමණයි ඇක්ටිව් කොටස හරහා ගමන් කරන්නේ. තවද, මෙම ස්පන්දය පටන් ගන්නා විට ඉතා දුර්වල කුඩා ස්පන්දයක් වුවත් අනෙක් කෙලවරින් පිට වන විට තරමක ශක්තිමත් විශාල ස්පන්දයක් බවටත් පත් වෙනවා.



ඒ කියන්නේ ඇක්ටිව් කොටසේ ගනකම/පලල වෙනස් කළ විට, ස්පන්දය එක් කෙලවරක සිට අනෙක් කෙලවරට යෑමට ගත වන කාලය වෙනස් කළ හැකියි නේද? එනම්, එක් ස්පන්දයක් සඳහා ගත වන කාලය හෙවත් ආවර්ත කාලය මෙලෙසින් සකස් කරන්නට පුලුවන්. ඩයෝඩයේ ඉබේ ඇති වන සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය මේ අනුව මූලිකව තීරණය කරන්නේ ඩයෝඩයේ ඇක්ටිව් කොටස විසින් නේද? මෙය තමයි ගන් ආචරණයේ ක්‍රියාකාරිත්වය.

ඉහත පෙන්වා දුන් පරිදි ගන් ඩයෝඩය ඊටම ආවේනික සංඛ්‍යාතයක් ජනිත කරනවා (එහි ඇක්ටිව් කොටසේ ගනකම අනුව). එහෙත් භාහිරින් යම් යම් උපක්‍රම යොදමින් මෙම සංඛ්‍යාතය තරමක් වෙනස් කළද හැකියි. තවද, ඩයෝඩයෙන් නිපදවෙන සංඥාවේ විශාලත්වය තීරණය වන්නේ එම ඩයෝඩයේ ඍණ ප්‍රතිරෝධ කලාපයේ විශාලත්වය මතයි (එනම් එම කළාපය විශාල නම්, සංඥාවටද ඒ සා ප්‍රමාණයකින්/විශාලත්වයකින් විචලනය විය හැකියි). ගන් ඩයෝඩයේ සංඛේතය පහත ඇත.




IMPATT Diode

ඉම්පැට් ඩයෝඩය Impact ionization Avalanche Transit Time diode යන දිග නමින් හැඳින්වෙන සුවිශේෂි ඩයෝඩයයි. මෙයත් ගන් ඩයෝඩය, ටනල් ඩයෝඩය ලෙසම අධිසංඛ්‍යාත (මයික්‍රොවේව්) සංඥා සමග භාවිතා වේ (ගිගාහර්ට්ස් සංඛ්‍යාත කලාපයේ වැඩ කරයි). මෙම ඩයෝඩයේද ඍණ ප්‍රතිරෝධ ගුණය පවතිනවා. එනිසා ඔසිලේටර් පරිපථ සෑදීමට මෙම ඩයෝඩයත් භාවිතා වෙනවා (මයික්‍රොවේව් තරංග නිපදවීමට).

මෙම ඩයෝඩය ආකාර කිහිපයකින්ම සෑදිය හැකියි. ඇත්තටම ඕනෑම වර්ගයක ඩයෝඩයක් ගත් විට, ඒවා ආකාර කිහිපයකින්ම සාදනවා. එනිසා සුලු වශයෙන් ගති ගුණ වෙනස් වෙනවා. එසේ වෙනස් වෙනස් ආකාරවලට එකම ඩයෝඩ වර්ගය වුවද සාදන්නේ විවිධ ගතිගුණ මතු කිරීමටමයි. එවිට, විවිධ අවස්ථා රැසකට ගැලපෙන ඩයෝඩ වර්ග රාශියක් ලැබෙනවානෙ. පහත දැක්වෙන්නේ ඉම්පැට් ඩයෝඩයක් සාදන එවැනි ආකාර තුනකි.


එක් එක් අර්ධසන්නායක කොටස්වල විවිධ මාත්‍රණ මට්ටම් තමයි පහතින් ඇත්තේ (U හැඩවලින්). උදාහරණයක් වශයෙන් පළමු රූපයේ තිබෙන ඉම්පැට් ඩයෝඩය සෑදීමට p+ (අධික මාත්‍රණය කළ පී වර්ගය), n (සාමාන්‍ය මාත්‍රණය කර ඇති එන් වර්ගය), n+ (අධික මාත්‍රණය කළ එන් වර්ගය) යන අර්ධසන්නායක කොටස් තුනක් පෙන්වා ඇති පරිදි සන්ධි කර තිබෙනවා. ඊට යටින් ඇති කොටුවක් (U හැඩය) වැනි රූපයෙන් දක්වන්නේ එම අර්ධසන්නායක කොටස් තුනේ මාත්‍රණ මට්ටම්ය. ඒ අනුව, p+ කොටස දක්වන විට දණ්ඩ උඩට ඉස්සී තිබේ (මාත්‍රණය ඉහල බව පෙන්වීමට). එලෙසම n+ හි මාත්‍රණයද ඉහල බව පෙන්වීමට දණ්ඩ ඉහලට යනවා. එහෙත් n කැබැල්ලේ මාත්‍රණ මට්ටම අඩු නිසා, පහළින් ඇති රූපයේ ඊට අදාල කොටස අර තරම් උස නැත. මේ ලෙසම අනෙක් රූප දෙකත් විග්‍රහ කරන්න. ඒ අනුව, දෙවැනි රූපයේ අර්ධසන්නායක කොටස් 4ක් තිබෙන අතර, එහි මැද තිබෙන p, n කොටස්වල මාත්‍රණයන් වමේ සිට දකුණත පැත්තට යන විට ක්‍රමයෙන් අඩු වන බව පේනවා නේද? (ඔව් එම ඩයෝඩය එලෙස සංකීර්ණ මාත්‍රණ රටාවක් සහිතයි). අවසානයට ඇත්තේ සාමාන්‍ය පින් ඩයෝඩයක් සාදන අයුරින්ම සෑදූ ඉම්පැට් ඩයෝඩයකි.

මෙම ඩයෝඩය පරිපථවල යොදන්නේ පසු නැඹුරු වන පරිදියි. මෙම පසු නැඹුරුව නිසා, ඇවලාන්ෂ් ආචරණයද මෙම ඩයෝඩවල සිදු වෙනවා (ඇවලාන්ෂ් යන නම ඩයෝඩයේ නමට ඈඳී තිබෙන්නේ එනිසාය).

සාමාන්‍යයෙන් ඉම්පැට් ඩයෝඩයක ලාක්ෂණික වක්‍රය සාමාන්‍ය ඩයෝඩයක ලාක්ෂණික වක්‍රයට සමානය. පෙර නැඹුරු කර මෙම ඩයෝඩය යොදා ගන්නේ නැති නිසා එම කොටස අපට වැඩක් නැත. පසු නැඹුරුව විතරයි අපට වැදගත් වන්නේ. මෙහිදී, වෝල්ටියතාව 0 සිට ක්‍රමයෙන් වැඩි කරගෙන පසු නැඹුරුව වැඩි කරගෙන යම් දුරක් ගියද, කිසිදු ධාරාවක් ගලන්නේ නැති අතර, බිඳවැටිම් වෝල්ටියතාවට සමාන වෝල්ටියතාවක් ලබා දුන් විට, එකවර ඇවලාන්ෂ් ආචරණය සිදු වන්නට පටන් ගන්නවා (මෙය සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකදී සිදු වෙන දේමයි).

ඉහත ඇවලාන්ෂ් ආචරණයට අමතරව තවත් අපූරු ක්‍රියාකාරිත්වයක් මෙහි ඇත. එනම්, වෝල්ටියතාවට අනුලෝමව නොවේ ධාරාව පවතින්නේ. ඒ කියන්නේ පසු නැඹුරු වෝල්ටියතාව වැඩි වුවද, ධාරාව වැඩි වන්නේ යම් කාලයකට පසුවයි (කලා වෙනසකට පසුවයි). දළ වශයෙන් මෙම කලා වෙනස අංශක 180කි. ඒ කියන්නේ වෝල්ටියතාව උපරිම වන විට, ධාරාව අවම වේ.

මෙම ඩයෝඩය සාදන ආකාර 3ක් ඉහත රූපයකින් පෙන්නුවා (ඊට අමතරව තවත් ආකාරද ඇත). එනිසා මේ ඩයෝඩයේ අභ්‍යන්තර ක්‍රියාකාරිත්වය පොදුවේ ඒ සියලුම ආකාර සඳහා එකට පැහැදිලි කළ නොහැකියි. උදාහරණයක් ලෙස, පහත ආකාරයේ ඉම්පැට් ඩයෝඩයක් සඳහා ඉහතදී කෙටියෙන් කළ විස්තරය තවදුරටත් පැහැදිලි කර ගමු.


රූපයේ උඩින්ම තිබෙන්නේ ඩයෝඩයේ අභ්‍යන්තරයයි. ඊට යටින් ඇත්තේ ඒ ඒ අර්ධසන්නායක කොටස්වල මාත්‍රණ මට්ටම්ය. ඉම්පැට් ඩයෝඩයකට පෙර නැඹුරුව වැඩක් නැත. පසු නැඹුරුවේදී බ්‍රේක්ඩවුන් එක වන තෙක් කිසිදු ධාරාවක් නොගලයි. බ්‍රේක්ඩවුන් වෝල්ටියතාවේදී ඇවලාන්ශ් ආචරණය සිදු වේ P+ N සන්ධියේදී. ඉහත රූපයේ යටින්ම ඇති Electric Field ලෙස ලියා ඇති කොටසින් පෙන්වන්නේ ඩයෝඩය දෙපසට යොදන විභවයෙන් කුමන කුමන ප්‍රමාණයන් ඩයෝඩයේ අභ්‍යන්තරයේ තිබේද යන්නයි. ඒ අනුව, P+N සන්ධිය දෙපසයි වැඩිම විභව අනුක්‍රමය (potential gradient) පවතින්නේ. N- කලාපය පුරාම විභව අනුක්‍රමය ඒකාකාර අඩු අගයක පවතිනවා. P+N හි මෙම දැඩි විභව අනුක්‍රමය නිසා, එම කොටසේ සුලුවෙන් තිබෙන ආරෝපණ ත්වරණය වී අර්ධසන්නායක දැලිසෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ගලවා දමයි (අයනීකරණය - ionisation). මෙය තමයි ඇවලාන්ෂ් ආචරණය ලෙස හැඳින්වෙන්නේ (ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝට්ටනයෙන් ඇවලාන්ෂ් ආචරණය අැති කරන නිසා, impact ionisation avalanche යන නම යෙදේ). මෙම පෙදෙස avalanche region ලෙස හැඳින්වෙනවා. එවිට, දැන් ඉලෙක්ට්‍රෝන-සිඳුරු යුගල අති විශාල සංඛ්‍යාවක් එතැන ජනිත වේ. මෙම ආරෝපණවලින් සිඳුරු පහසුවෙන්ම කැතෝඩයට ඇතුලු වේ. එහෙත් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇනෝඩයට යන්නේ drift region ලෙස දක්වා ඇති ප්‍රදේශය හරහාය. එසේ යන විට, ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට යම් කාලයක් (transit time) ගත වේ.
 


ඩ්‍රිෆ්ට් රීජන් එකේ පළල/ගනකම අඩු වැඩි කිරීමෙන් මෙම කාලය අඩු වැඩි කළ හැකියි (මෙමගින් මෙම උපාංගය ක්‍රියාත්මක වන සංඛ්‍යාතය තීරණය වේ). මෙම ඩයෝඩයේ නමෙහි transit time යන කොටස තිබීමට හේතුව මෙයයි. ඒ කියන්නේ ඉම්පැට් ඩයෝඩයේ සම්පූර්ණ ක්‍රියාකාරිත්වයට අැවලාන්ෂ් හා ට්‍රාන්සිට් ටයිම් (සංක්‍රාන්ති කාලය) යන සිදු වීම් දෙකම අවශ්‍ය වේ.

තවමත් මෙම ඩයෝඩයේ නියම වටිනා ක්‍රියාකාරිත්වය ඔබට පෙනුනේ නැත. ඊට හේතුව ඉහත විස්තර කළේ ඩයෝඩයට යොදන පසු නැඹුරු ඩීසී විදුලිය නිසා සිදු වූ දේවල්ය. මෙම ඩයෝඩයේ නියම ප්‍රයෝජනවත් ක්‍රියාකාරිත්වය ඇති වන්නේ ඍණ ප්‍රතිරෝධය මතු වන අවස්ථාවයි. මෙතෙක් විස්තරය තුළ ඍණ ප්‍රතිරෝධය දක්නට ලැබුණේ නැහැ නේද?

ඍණ ප්‍රතිරෝධය මතු වීමට ඉහත බයස් ඩීසී වෝල්ටියතාවට අමතරව ඒසී විදුලියක්ද අවශ්‍ය කෙරෙනවා. ටනල් ඩයෝඩයක මෙන් ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් නොවෙයි ඉම්පැට් ඩයෝඩයේදී දක්නට ලැබෙන්නේ. ටනල් ඩයෝඩයක නම්, ලාක්ෂණික වක්‍රයේම එය දක්නට ලැබුණා. එහෙත් ඉම්පැට් ඩයෝඩයක ලාක්ෂණික වක්‍රයේ එවැන්නක් දක්නට ලැබෙන්නෙත් නැහැනෙ (සාමාන්‍ය ඩයෝඩයක ලාක්ෂණික වක්‍රයට සමානයිනෙ).

පෙර කියූ ලෙස ඩයෝඩයේ ඇවලාන්ෂ් ආචරණය සිදු වීමට ඔන්න මෙන්න තරමට පසු නැඹුරු කර, කුඩා ඒසී සංඥාවක් දැන් යවන්න. එවිට, සංඥාවේ එක් අර්ධයක් තුළදී ඩයෝඩයේ ඇවලාන්ෂ් ආචරණය සිදු වී, ඉහත පැහැදිලි කළ ලෙසට ආරෝපණ දෙපැත්තට ගමන් කරයි. මෙසේ ගමන් කරන ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට යම් ට්‍රාන්සිට් ටයිම් (සංක්‍රාන්ති කාලයක්) ගත වෙනවා. එහි ප්‍රතිපලය වන්නේ ඒසී සංඥාවේ වෝල්ටියතාව හා ධාරාව අතර කලා වෙනසක් ඇති වීමයි. මෙම කලා වෙනස අංශක 90 වන සේ සකස් කළ හැකියි.


ඉහත රූපයේ උඩින්ම ඇත්තේ ඒසී වෝල්ටියතාවයි. යටින්ම පෙන්වන්නේ එම සංඥාවේම ඒසී ධාරාවයි. බලන්න මෙම තරංග දෙක එකිනෙකට අංශක 180ක කලා වෙනසක් දක්වනවා. ඇත්තටම ඉහත අංශක 180ක කලා වෙනසට හේතු දෙකක් ඇත. එකක් නම්, ඉහත කියූ ට්‍රාන්සිට් ටයිම් ඩිලේ එකයි. එය විසින් දළ වශයෙන් අංශක 90ක කලා වෙනසකුයි ඇති කරන්නේ. අංශක 90ක ඉතිරි කලා වෙනස ඇති කරන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝන-සිඳුරු ජනනය වීමේ ක්‍රියාවලිය විසින්මයි. ඊට හේතුව ඇවලාන්ෂ් ක්‍රියාවලිය ආරම්භ වූවාට පසුව, භාහිරින් යොදන වෝල්ටියතාව මතම යැපීම අඩු වීමයි (මෙය injection phase delay ලෙස හැඳින්වෙනවා).

කෙසේ හෝ වේවා ඉහත ආකාරයෙන් ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව හා ධාරාව අතර 180ක කලා වෙනසක් ඇති වෙන්නේ එම ඉන්පුට් සංඥාවේ නිශ්චිත සංඛ්‍යාතයකදීය. මෙම සංඛ්‍යාතය ගිගාහර්ට්ස් කලාපයේ පිහිටයි. වෝල්ටියතාව හා ධාරාව අතර, ඉහත ඇත්තේ අනුලෝමව සමානුපාතික සම්බන්ධතාවක් නොව, ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතික සම්බන්ධතවකි. ඒ කියන්නේ වෝල්ටියතාව වැඩි වන විට ධාරාව අඩු වෙන හා වෝල්ටියතාව අඩු වන විට ධාරාව වැඩි වන සම්බන්ධයකි. මෙය ඍණ ප්‍රතිරෝධයක ලක්ෂණය නේද? (එහෙත් ටනල් ඩයෝඩයක පෙන්නුම් කළ ඍණ ප්‍රතිරෝධයට වඩා ඉම්පැට් ඩයෝඩයේ ඍණ ප්‍රතිරෝධය තරමක් සංකීර්ණයි නේද?)

ඉතිං, ඉහත ඉම්පැට් ඩයෝඩය ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් පෙන්නුම් කරන ලෙස බයස් කර පරිපථයක සවි කළ විට, එය විසින්ම ස්වයංව ඔසිලේටර් එකක් සේ ක්‍රියා කරනවා (උෂ්ණත්වය ආදී හේතු මත ස්වයංව කම්පන/ඔසිලේෂන් හට ගන්නා හැටි මීට පෙර කතා කළා).

ඉම්පැට් ඩයෝඩවල ඇති වාසියක් නම්, වැඩි ජවයක් (high power) ඉන් ලබා ගත හැකි වීමයි. එහෙත් මෙම ඩයෝඩය ඇවලාන්ෂ් ආචරණයයි යොදා ගන්නේ. එවිට අධික ඝෝෂාවක් (noise) ජනනය වීමද සිදු වෙනවා.

ඉලෙක්ට්‍රෝන/ආරෝපණ ගැටීම් තිබෙන සෑම තැනකම ඝෝෂාවක් තිබේ. ආරෝපණ වක්‍ර වෙවී ගමන් කරන සෑම තැනකමත් ඝෝෂාවක් තිබේ. ඉතිං ඇවලාන්ෂ් ආචරණය සිදු වන විට මේ දෙකම යහමින් සිදු වේ. එහි ප්‍රතිපලය වන්නේ ඝෝෂාවද යහමින් ඇති වීමයි. මෙය මෙම ඩයෝඩයේ ප්‍රධානතම දෝෂයයි. එහෙත් සිලිකන් වලින් සාදපු ඉම්පැට් ඩයෝඩවලට වඩා තරමක අඩු ඝෝෂාවකුයි තිබෙන්නේ Gallium Arsenide වලින් සාදපු ඉමපැට් ඩයෝඩවල.

ඉහත පැහැදිලි කළේ ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් ලබා ගැනීමට හැකි ඩයෝඩයකි. එහිදී ප්‍රධානතම අංගය වූයේ අංශක 180ක කලා වෙනස ලබා ගැනීමයි. මෙම කලා වෙනස ලබා ගැනීම මූලිකව සිදු කළේ සංක්‍රාන්ති කාලය (transit time) මඟිනි. ඉම්පැට් ඩයෝඩයට අමතරව ට්‍රාන්සිට් ටයිම් ඩිලේ එක උපයෝගී කර ගෙන සාදපු තවති එවැනිම ඩයෝඩ වර්ග නිපදවා ඇත. මේවා සියල්ල පොදුවේ transit time diode ලෙස හැඳින්විය හැකියි. පහත වගුවේ දැක්වෙන්නේ එවැනි ට්‍රාන්සිට් ටයිම් ඩයෝඩ වර්ගයි. මේ සියලු ට්‍රාන්සිට් ටයිම් ඩයෝඩ අධිසංඛ්‍යාත පරිපථවල භාවිතා වේ.


ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් (electronics) ...

No comments:

Post a Comment