पीएन जंक्शनों के सुधार गुणों की खोज

अर्धचालक प्रौद्योगिकी के विकास ने आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, जो काफी हद तक उन्नति और पी-एन जंक्शन में अंतर्दृष्टि से प्रभावित है।यह लेख पी-एन जंक्शनों के परिचालन सिद्धांतों और अनुप्रयोगों की पड़ताल करता है, उन्हें क्रिस्टल रेडियो की तकनीकी सरलता के साथ जोड़ता है।प्रारंभ में, यह क्रिस्टल रेडियो की खोज करता है, एक चतुर उपकरण जो बाहरी शक्ति के बिना संचालित होता है, गैलिना (लीड सल्फाइड) की अर्धवृत्ताकार प्रकृति का उपयोग करता है।यह पी-एन जंक्शन की अधिक विस्तृत परीक्षा से पहले, आज के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एक प्रमुख तत्व है, जो मुख्य रूप से एक रेक्टिफायर डायोड के रूप में कार्य करता है।

लेख के भीतर आगे और रिवर्स पूर्वाग्रह संचालन का विश्लेषण दर्शाता है कि ये प्रक्रियाएं जंक्शन को इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में विद्युत वर्तमान प्रवाह का प्रबंधन करने की अनुमति कैसे देती हैं।इसके अलावा, यह विभिन्न परिस्थितियों और वोल्टेज के तहत पी-एन जंक्शन के व्यवहार की पड़ताल करता है, जिसमें ज़ेनर डायोड और रेक्टिफायर जैसे उपकरणों में इसका उपयोग शामिल है।यह पूरी तरह से समीक्षा न केवल पी-एन जंक्शनों के भौतिक और इलेक्ट्रॉनिक तंत्र को उजागर करता है, बल्कि सुधार और वोल्टेज विनियमन में उनकी गतिशील भूमिका पर भी जोर देता है।

सूची

चित्र 1: साइरस्टल रेडियो

क्रिस्टल रेडियो की खोज

क्रिस्टल रेडियो, रेडियो प्रौद्योगिकी का एक प्रारंभिक चमत्कार, किसी भी बाहरी शक्ति स्रोत के बिना काम करने के लिए गैलेना (लीड सल्फाइड) जैसे प्राकृतिक अर्धचालक का उपयोग करता था।गैलिना, अपनी क्रिस्टलीय संरचना के साथ, आधुनिक अर्धचालकों का एक प्रारंभिक उदाहरण है, जो अपनी प्राकृतिक क्षमता को सुधारने की प्राकृतिक क्षमता के कारण है, जो आज डायोड के लिए आवश्यक है।

लगभग 0.4 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी) के ऊर्जा अंतराल सहित गैलिना के अर्धचालक गुण, इसके कार्य के लिए गतिशील हैं।वैलेंस और चालन बैंड के बीच यह अंतर, छोटी अशुद्धियों के साथ संयुक्त, इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने में मदद करता है, जिससे उन्हें चालन बैंड में स्थानांतरित करने और बिजली का संचालन करने की अनुमति मिलती है।इस तंत्र ने क्रिस्टल रेडियो डिटेक्टर को एंटीना से वैकल्पिक वर्तमान (एसी) को उपयोग करने योग्य प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) में बदलने में सक्षम बनाया।अधिक प्रमुखता से, इसने रेडियो तरंगों से ऑडियो सिग्नल निकालने के लिए आयाम-संबद्ध (एएम) संकेतों को ध्वस्त कर दिया।

एक क्रिस्टल रेडियो में, एंटीना रेडियो आवृत्ति संकेतों को कैप्चर करता है और उन्हें वांछित आवृत्ति का चयन करने के लिए एक ट्यूनिंग कॉइल में निर्देशित करता है।चयनित सिग्नल तब गैलिना डिटेक्टर से मिलता है।यहां, सुधार होता है, एसी को एक संशोधित डीसी सिग्नल में परिवर्तित करता है।यह संकेत तब एक हेडसेट या स्पीकर को भेजा जाता है, जहां ऑडियो मॉड्यूलेशन श्रव्य हो जाता है, बाहरी शक्ति के बिना सिग्नल अनुवाद को पूरा करता है।

चित्रा 2: पी-एन रेक्टिफाइंग जंक्शन

पी-एन रेक्टिफाइंग जंक्शन को समझना

पी-एन जंक्शन आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए अंतिम है, मुख्य रूप से एक रेक्टिफायर डायोड के रूप में कार्य करता है।यह वर्तमान को एक दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति देता है, जो कि वर्तमान (एसी) को प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) में बदलने के लिए आवश्यक है।

संरचना और फ़ंक्शन

पी-एन जंक्शन में पी-प्रकार और एन-प्रकार सेमीकंडक्टर सामग्री होती है।पी-प्रकार में छेद की अधिकता होती है, जबकि एन-टाइप में इलेक्ट्रॉनों की अधिकता होती है।जहां ये सामग्रियां मिलती हैं, एक कमी क्षेत्र बनता है, एक अंतर्निहित संभावित अवरोध बनाता है जो क्षेत्रों के बीच चार्ज वाहक के मुक्त प्रवाह को रोकता है।

जब एन-साइड (फॉरवर्ड बायस) के सापेक्ष पी-साइड पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो संभावित अवरोध कम होता है, जिससे वर्तमान को जंक्शन पर आसानी से प्रवाहित करने की अनुमति मिलती है।जब एक नकारात्मक वोल्टेज लागू किया जाता है (रिवर्स बायस), अवरोध बढ़ता है, तो वर्तमान प्रवाह को अवरुद्ध करता है।यह चयनात्मक चालकता वह है जो डायोड को डीसी में एसी को बदलने में सक्षम बनाती है।

पी-एन जंक्शन डायोड को रणनीतिक रूप से वर्तमान प्रवाह की इच्छित दिशा के साथ संरेखित करने के लिए सर्किट में रखा गया है।एक एसी वोल्टेज तब सर्किट पर लागू होता है।प्रत्येक एसी चक्र के दौरान, डायोड या तो अवरुद्ध या वर्तमान को गुजरने की अनुमति देकर कार्य करता है।यह चयनात्मक मार्ग, डायोड के अभिविन्यास पर निर्भर करता है, एसी चक्र के केवल आधे को पारित करने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप एक स्पंदित डीसी आउटपुट होता है।इस स्पंदित डीसी को अधिक स्थिर और सुसंगत डीसी वोल्टेज में बदलने के लिए, कैपेसिटर और वोल्टेज नियामकों जैसे घटकों को आउटपुट को सुचारू करने के लिए नियोजित किया जाता है।

चित्रा 3: रिवर्स बायस के साथ पी-एन जंक्शन

रिवर्स बायस के तहत पी-एन जंक्शन का विश्लेषण

एक पी-एन जंक्शन को रिवर्स बायसिंग में डीसी बैटरी के नकारात्मक टर्मिनल को पी-टाइप सेमीकंडक्टर और एन-टाइप सेमीकंडक्टर से सकारात्मक टर्मिनल से जोड़ना शामिल है।यह कॉन्फ़िगरेशन जंक्शन के पार इलेक्ट्रिक फ़ील्ड को बढ़ाता है, जो कि अधिकांश वाहकों को धक्का देता है-पी-टाइप में और इलेक्ट्रॉनों में एन-टाइप में-जंक्शन से दूर।यह माइग्रेशन डेप्लेशन ज़ोन की चौड़ाई को बढ़ाता है, फ्री चार्ज वाहक का एक क्षेत्र शून्य है, जो उस बाधा को प्रभावी ढंग से चौड़ा करता है जो चार्ज वाहक आंदोलन को बाधित करता है।

इस अवस्था में, जंक्शन के पार धारा का प्रवाह न्यूनतम है और मुख्य रूप से अर्धचालक सामग्री के भीतर थर्मल रूप से उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े से परिणाम है।जब रिवर्स बायस में, अल्पसंख्यक वाहक, जैसे कि एन-टाइप में छेद और पी-टाइप में इलेक्ट्रॉनों, जंक्शन की ओर खींचे जाते हैं, एक सुसंगत, यद्यपि छोटे, रिवर्स संतृप्ति वर्तमान (आईएस) का निर्माण करते हैं।यह वर्तमान तापमान के साथ थोड़ा बढ़ता है क्योंकि अधिक चार्ज वाहक उत्पन्न होते हैं, फिर भी यह रिवर्स बायस वोल्टेज में और वृद्धि की परवाह किए बिना अपेक्षाकृत स्थिर रहता है, जो इसके लक्षण वर्णन को "संतृप्ति" वर्तमान के रूप में बताता है।

रिवर्स बायस को लागू करने से, जंक्शन पर संभावित अवरोध को बढ़ाया जाता है, जो कि बैरियर वोल्टेज को V0 + V तक बढ़ाता है, जहां V0 संपर्क क्षमता है और V लागू वोल्टेज है।यह उच्च अवरोधक बहुमत वाहक के प्रसार वर्तमान को काफी कम कर देता है, लगभग एक वोल्ट के रिवर्स पूर्वाग्रह पर इसे समाप्त कर देता है, केवल रिवर्स संतृप्ति वर्तमान सक्रिय को छोड़ देता है।यह एक उच्च जंक्शन प्रतिरोध में परिणाम है, जो वोल्टेज विनियमन और सिग्नल मॉड्यूलेशन जैसे अनुप्रयोगों के लिए गतिशील साबित होता है, जहां जंक्शन का उच्च प्रतिबाधा वर्तमान प्रवाह को प्रतिबंधित करता है।तापमान भिन्नता के लिए रिवर्स संतृप्ति वर्तमान की संवेदनशीलता भी जंक्शन को एक बुनियादी सेंसर के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाती है, तापमान-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए परिवर्तन की निगरानी करती है।

चित्रा 4: आगे पूर्वाग्रह के साथ पी-एन जंक्शन

आगे के पूर्वाग्रह के तहत पी-एन जंक्शन की जांच

एक आगे-पक्षपाती पी-एन जंक्शन में, डीसी बैटरी का पॉजिटिव टर्मिनल पी-टाइप सेमीकंडक्टर से जुड़ता है, और नकारात्मक टर्मिनल एन-टाइप सेमीकंडक्टर से जुड़ता है।यह सेटअप एन-टाइप साइड की तुलना में पी-टाइप पक्ष को अधिक सकारात्मक बनाता है।इन शर्तों के तहत, अधिकांश वाहक (पी-प्रकार में छेद और एन-टाइप में इलेक्ट्रॉनों) को जंक्शन की ओर संचालित किया जाता है।

बैटरी द्वारा बनाई गई विद्युत क्षेत्र अधिकांश वाहक को अपने संबंधित टर्मिनलों से और जंक्शन की ओर धकेल देता है।जैसे -जैसे ये वाहक चलते हैं और जंक्शन पर अभिसरण करते हैं, वे पुनर्संयोजन करते हैं।यह पुनर्संयोजन जंक्शन के पार वाहक के एक मजबूत प्रवाह की सुविधा प्रदान करते हुए, कमी क्षेत्र की चौड़ाई को काफी कम कर देता है।

लागू फॉरवर्ड वोल्टेज वी जंक्शन की संभावित ऊर्जा बाधा को कम करता है।आम तौर पर, यह अवरोध मुक्त वाहक प्रवाह को रोकता है, लेकिन आगे वोल्टेज बाधा को कम करता है वी₀-वी₁ कहाँ वी₀ जंक्शन की अंतर्निहित क्षमता है।यह कम बाधा ऊंचाई अधिक इलेक्ट्रॉनों और छेदों को जंक्शन के पार फैलने की अनुमति देती है।

बाधा ऊंचाई को कम करने से प्रसार वर्तमान में पर्याप्त वृद्धि होती है (मैं_डी ) जो कम बाधा द्वारा संचालित चार्ज वाहक का प्रवाह है।यह प्रवाह मुख्य रूप से एक दिशा में है, जिसमें अधिकांश वाहक जंक्शन की ओर और गुजरते हैं।इस फॉरवर्ड-बायस्ड स्टेट में करंट रिवर्स संतृप्ति करंट की तुलना में काफी अधिक है (मैं_एस) रिवर्स बायस के तहत मनाया गया।

संचालन का यह अनुक्रम यह सुनिश्चित करता है कि पी-एन जंक्शन प्रभावी रूप से बैटरी के वोल्टेज को अर्धचालक के माध्यम से विद्युत प्रवाह के उच्च प्रवाह में परिवर्तित करता है।यह डायोड और ट्रांजिस्टर जैसे उपकरणों के लिए उपयोगी है, जहां नियंत्रित वर्तमान प्रवाह एक होना चाहिए।आगे-पक्षपाती पी-एन जंक्शन की एक उच्च प्रसार वर्तमान का समर्थन करने की क्षमता इसे विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में एक असुरक्षित घटक बनाती है, सुधार से संकेत प्रवर्धन तक।

चित्र 5: जंक्शन टूटना

पी-एन जंक्शनों में टूटने की घटना

पी-एन जंक्शन में जंक्शन का टूटना तब होता है जब जंक्शन के पार लागू रिवर्स वोल्टेज एक विशिष्ट सीमा से अधिक हो जाता है, जिसे ब्रेकडाउन वोल्टेज के रूप में जाना जाता है (वी_बीआर) या ज़ेनर वोल्टेज (वी_जेड)।इस घटना के परिणामस्वरूप वोल्टेज में एक महत्वपूर्ण वृद्धि के बिना रिवर्स करंट में नाटकीय वृद्धि होती है।ज़ेनर डायोड जैसे उपकरण वोल्टेज विनियमन के लिए इस विशेषता का फायदा उठाते हैं, बिना किसी नुकसान के घटना का प्रबंधन करते हैं।

एक रिवर्स-बायस्ड पी-एन जंक्शन में, एक छोटा सा वर्तमान जिसे रिवर्स संतृप्ति वर्तमान कहा जाता है (मैं_एस) थर्मल रूप से उत्पन्न वाहक के कारण प्रवाह।जैसे -जैसे रिवर्स वोल्टेज बढ़ता है, जंक्शन पर संभावित अवरोध बढ़ता है, प्रसार वर्तमान को दबाता है (मैं_डी) जब तक यह प्रभावी रूप से शून्य नहीं हो जाता।यह केवल छोड़ देता है (मैं_एस) वर्तमान प्रवाह को बनाए रखने के लिए।

बढ़ती रिवर्स वोल्टेज और कमी क्षेत्र चौड़ीकरण

जैसे -जैसे रिवर्स वोल्टेज में वृद्धि होती रहती है, घटाव क्षेत्र चौड़ा हो जाता है।जब जंक्शन पर वोल्टेज पहुंचता हैवी_बीआरयावी_जेड, कमी क्षेत्र के भीतर विद्युत क्षेत्र जंक्शन टूटने की शुरुआत करने के लिए पर्याप्त तीव्र हो जाता है।यह ब्रेकडाउन या तो ज़ेनर प्रभाव या हिमस्खलन प्रभाव के माध्यम से होता है, जिसके परिणामस्वरूप वर्तमान में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

ज़ेनर प्रभाव: ज़ेनर प्रभाव कम ब्रेकडाउन वोल्टेज पर प्रमुख है, आमतौर पर सिलिकॉन में 5V से नीचे।इसमें कमी क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम मैकेनिकल टनलिंग शामिल है।कमी परत में तीव्र विद्युत क्षेत्र उनके परमाणु बॉन्ड से इलेक्ट्रॉनों को पट्टी करने के लिए पर्याप्त मजबूत है, जिससे इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े बनते हैं।ये वाहक तब क्षेत्र से जंक्शन के पार बह जाते हैं, जिससे रिवर्स करंट बढ़ जाता है।

हिमस्खलन प्रभाव: उच्च वोल्टेज पर, आम तौर पर 7V से ऊपर, हिमस्खलन प्रभाव प्रबल होता है।अल्पसंख्यक वाहक (पी-प्रकार के क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन और एन-टाइप क्षेत्र में छेद) विद्युत क्षेत्र से गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं क्योंकि वे घटते क्षेत्र को पार करते हैं।यदि ये वाहक पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं, तो वे अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े जारी करते हुए, जाली परमाणुओं से टकरा सकते हैं।वाहक की यह माध्यमिक पीढ़ी आगे टकराव का कारण बन सकती है, जिससे एक चेन रिएक्शन- एक हिमस्खलन बन सकता है - इस प्रकार रिवर्स करंट को बढ़ाता है।

क्षति के बिना टूटने को बनाए रखने की जंक्शन की क्षमता प्रभावी थर्मल प्रबंधन और इसकी भौतिक और इलेक्ट्रॉनिक संरचना की मजबूती पर निर्भर करती है।विशिष्ट ब्रेकडाउन तंत्र - चाहे ज़ेनर या हिमस्खलन - सेमीकंडक्टर के भौतिक गुणों पर निर्भर करता है, जैसे कि बैंड गैप और डोपिंग स्तर, और तापमान जैसी बाहरी स्थितियों।

सुधार की प्रक्रिया ने समझाया

पी-एन जंक्शन में सुधार प्रक्रिया इसके गैर-रैखिक, या गैर-ओमिक, व्यवहार पर निर्भर करती है।यह वोल्ट-एम्पीयर विशेषता वक्र में स्पष्ट है, जो वोल्टेज के लिए जंक्शन की असममित प्रतिक्रिया को दर्शाता है: वोल्टेज ध्रुवीयता को उलटने से विपरीत दिशा में समान वर्तमान का उत्पादन नहीं होता है।उपकरणों को सुधारने के लिए इस विषमता की आवश्यकता है।

व्यवहार को समझना

जब एक आयाम के साथ एक साइनसोइडल इनपुट वोल्टेजवी₀ पी-एन जंक्शन पर लागू होता है, जंक्शन की प्रतिक्रिया को विशेषता वक्र पर दिखाया गया है।आउटपुट वर्तमान के बीच दोलन करता है मैं₁(फॉरवर्ड बायस के दौरान) और-मैं₂ (रिवर्स बायस के दौरान)।प्रमुख बिंदु यह है किमैं₁ (फॉरवर्ड करंट) से बहुत बड़ा है-मैं₂ (उलटी बिजली)।आगे और रिवर्स बायसेस के बीच वर्तमान परिमाण में यह अंतर सुधार को सक्षम करता है।

फॉरवर्ड और रिवर्स बायस इफेक्ट्स

फॉरवर्ड बायस के तहत, पी-एन जंक्शन एक बड़े करंट की अनुमति देता है (मैं_डी) प्रवाह करने के लिए क्योंकि आगे वोल्टेज संभावित अवरोध को कम करता है।यह कमी बहुसंख्यक वाहक (इलेक्ट्रॉनों और छेद) को जंक्शन के पार स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देती है, जिससे पर्याप्त धारा उत्पन्न होती है।रिवर्स बायस में, संभावित अवरोध बढ़ता है, वाहक के प्रवाह को गंभीर रूप से प्रतिबंधित करता है और इस प्रकार वर्तमान।रिवर्स बायस के दौरान वर्तमान (मैं_एस) फॉरवर्ड बायस करंट की तुलना में न्यूनतम है।

एसी को डीसी में रूपांतरण

यह व्यवहार - एक दिशा में महत्वपूर्ण वर्तमान की अनुमति देता है, जबकि इसे दूसरे में प्रतिबंधित करते हुए - प्रभावी रूप से वर्तमान (एसी) इनपुट को प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) आउटपुट में परिवर्तित करता है।सुधार प्रक्रिया वैकल्पिक वोल्टेज के जवाब में पी-एन जंक्शन की असममित चालकता पर निर्भर करती है।यह बिजली की आपूर्ति और सिग्नल मॉड्यूलेशन अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण घटक बनाता है, जहां यूनिडायरेक्शनल वर्तमान प्रवाह एक होना चाहिए।

रेक्टिफायर में पी-एन रेक्टिफाइंग जंक्शन प्रौद्योगिकी की भूमिका

डायोड के लिए आवश्यक एक पी-एन जंक्शन, वर्तमान को विभिन्न विद्युत पूर्वाग्रहों के तहत अपने अद्वितीय चालन गुणों के कारण मुख्य रूप से एक दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देता है।

रिवर्स बायस में, बैटरी के नकारात्मक टर्मिनल को पी-टाइप साइड और पॉजिटिव टर्मिनल को एन-टाइप साइड से कनेक्ट करें।यह सेटअप जंक्शन की अंतर्निहित क्षमता को बढ़ाता है, घटाव क्षेत्र को चौड़ा करता है और प्रसार वर्तमान को बहुत कम करता है।बहाव वर्तमान, हालांकि, अप्रभावित रहता है, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा, लगभग निरंतर रिवर्स संतृप्ति वर्तमान (मैं_डी)।रिवर्स बायस के तहत विस्तारित कमी क्षेत्र एक बाधा के रूप में कार्य करता है, चार्ज वाहक के प्रवाह को प्रतिबंधित करता है और न्यूनतम करंट को पारित करने की अनुमति देता है।

फॉरवर्ड बायस में, बैटरी के पॉजिटिव टर्मिनल को पी-टाइप साइड और नकारात्मक टर्मिनल को एन-टाइप साइड से कनेक्ट करें।यह सेटअप जंक्शन पर संभावित अवरोध को कम करता है, घटाव क्षेत्र को संकुचित करता है।कम बाधा ऊंचाई अधिक बहुमत वाहक (एन-प्रकार में इलेक्ट्रॉनों और पी-प्रकार में छेद और छेद) को जंक्शन को पार करने की अनुमति देती है, जो प्रसार वर्तमान में काफी वृद्धि करता है (मैं_डी)।इस कॉन्फ़िगरेशन में, अल्पसंख्यक वाहक का बहाव वर्तमान काफी हद तक अप्रभावित रहता है।फॉरवर्ड बायस के तहत कमी क्षेत्र की संकीर्णता जंक्शन की चालकता को बढ़ाती है, जिससे प्रसार वर्तमान के पर्याप्त प्रवाह की अनुमति मिलती है, जो इस मोड में प्राथमिक वर्तमान है।

जब उच्च रिवर्स पूर्वाग्रहों के अधीन, आमतौर पर कई सौ वोल्ट, पी-एन जंक्शन चरम स्थितियों को सहन कर सकते हैं।इस तरह के वोल्टेज के तहत, कमी क्षेत्र में तीव्र विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े की महत्वपूर्ण संख्या उत्पन्न कर सकता है, संभवतः वर्तमान में तेज वृद्धि और जंक्शन टूटने का कारण बन सकता है।इस राज्य को आमतौर पर स्थायी क्षति के जोखिम के कारण मानक अर्धचालक डायोड में बचा जाता है।हालांकि, Zener डायोड को वोल्टेज विनियमन जैसे अनुप्रयोगों के लिए इस ब्रेकडाउन क्षेत्र में मज़बूती से संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

पी-एन जंक्शन का प्रतिरोध लागू वोल्टेज के परिमाण और ध्रुवीयता के साथ भिन्न होता है।यह भिन्नता रिवर्स में अवरुद्ध करते हुए आगे की दिशा में अधिमान्य वर्तमान प्रवाह की अनुमति देती है।यह दिशात्मक वर्तमान प्रवाह विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों में एक रेक्टिफायर के रूप में जंक्शन की भूमिका को कम करता है, बिजली की आपूर्ति से लेकर सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टम तक।

रेक्टिफायर के रूप में पी-एन जंक्शन डायोड के अनुप्रयोग

पी-एन जंक्शन डायोड की अंतर्निहित क्षमता एक दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देने के लिए इसे एक प्रभावी रेक्टिफायर बनाती है, जो कि वर्तमान (एसी) को प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) में परिवर्तित करती है।इस तरह के डिवाइस का सबसे सरल रूप आधा-लहर रेक्टिफायर है।

चित्र 6: हाफ-वेव रेक्टिफिकेशन प्रक्रिया

एक हाफ-वेव रेक्टिफायर सर्किट में, डायोड एसी इनपुट सिग्नल के सकारात्मक और नकारात्मक आधे-चक्रों के दौरान कार्य करता है।इस सेटअप में आम तौर पर एक माध्यमिक कॉइल के साथ एक ट्रांसफार्मर शामिल होता है जो प्राथमिक कॉइल के साथ पारस्परिक प्रेरण के माध्यम से एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) को प्रेरित करता है।प्रेरित ईएमएफ की ध्रुवीयता एसी चक्र के साथ बदलता है।

चित्र 7: सकारात्मक आधा चक्र

द्वितीयक कॉइल का ऊपरी छोर निचले छोर के सापेक्ष सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है, जो आगे पी-एन जंक्शन डायोड को पूर्वाग्रह करता है।यह पूर्वाग्रह वर्तमान लोड प्रतिरोध (आरएल) के माध्यम से प्रवाह करने की अनुमति देता है।वर्तमान प्रवाह के रूप में, एसी इनपुट के सकारात्मक आधे-चक्र के अनुरूप, आरएल में एक वोल्टेज देखा जाता है।

चित्र 8: नकारात्मक आधा चक्र

जब प्रेरित ईएमएफ की ध्रुवीयता उलट जाती है, तो ऊपरी छोर नकारात्मक हो जाता है और निचला छोर सकारात्मक हो जाता है।ये रिवर्स बायस डायोड, प्रभावी रूप से इसके माध्यम से वर्तमान प्रवाह को अवरुद्ध करते हैं।नतीजतन, इस आधे चक्र के दौरान लोड प्रतिरोध में कोई आउटपुट प्राप्त नहीं किया जाता है।

आधा लहर रेक्टिफायर के लक्षण और आउटपुट

हाफ-वेव रेक्टिफायर केवल एसी इनपुट के सकारात्मक आधा-चक्र को एक स्पंदित डीसी आउटपुट में परिवर्तित करता है।इस आउटपुट में एसी घटक होते हैं और पूर्ण-लहर रेक्टिफायर की तुलना में कम दक्षता के साथ स्वाभाविक रूप से बंद होता है।आउटपुट की स्पंदित प्रकृति को औसत लोड करंट की गणना करके मात्रा निर्धारित की जा सकती है।इस वर्तमान को लोड प्रतिरोध (RLR_LRL) द्वारा गुणा करना औसत आउटपुट डीसी वोल्टेज देता है।

हाफ-वेव रेक्टिफायर की मुख्य कमियां इसकी अक्षमता और आउटपुट की बंद प्रकृति हैं।एक स्थिर डीसी आपूर्ति प्राप्त करने के लिए आगे फ़िल्टरिंग या स्मूथिंग की आवश्यकता हो सकती है।रेक्टिफायर का प्रदर्शन और दक्षता डायोड की विशेषताओं से प्रभावित होती है, जैसे कि इसके फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप और रिवर्स लीकेज करंट।इसके अलावा, ट्रांसफार्मर का डिज़ाइन और लोड प्रतिरोध का विकल्प रेक्टिफायर की समग्र कार्यक्षमता को अनुकूलित करने में महत्वपूर्ण है।

निष्कर्ष

पी-एन जंक्शन की इस लेख की परीक्षा समकालीन इलेक्ट्रॉनिक्स में इसके व्यापक उपयोगों और अर्धचालक प्रौद्योगिकी के विकास में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका दोनों पर प्रकाश डालती है।एक क्रिस्टल रेडियो के बुनियादी संचालन से लेकर जंक्शन टूटने और सुधार के परिष्कृत तंत्र तक, पी-एन जंक्शन इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में दिशात्मक वर्तमान प्रवाह और स्थिर वोल्टेज आउटपुट सुनिश्चित करने में अंतिम घटक के रूप में उभरता है।आगे और रिवर्स पूर्वाग्रह संचालन दोनों की विस्तृत परीक्षा विभिन्न विद्युत तनावों और पर्यावरणीय परिस्थितियों को अपनाने में जंक्शन की बहुमुखी प्रतिभा को दर्शाती है।पी-एन जंक्शन के व्यावहारिक अनुप्रयोग, जैसा कि रेक्टिफायर और वोल्टेज नियामकों में प्रदर्शित किया गया है, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की दक्षता और विश्वसनीयता को बढ़ाने में इसके गंभीर कार्य पर जोर देता है।अंततः, यह गहन विश्लेषण न केवल पी-एन जंक्शनों के परिचालन सिद्धांतों को स्पष्ट करता है, बल्कि इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण युग को चिह्नित करते हुए, सरल रेडियो से लेकर जटिल एकीकृत सर्किट तक प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने में उनकी महत्वपूर्ण भूमिका भी दिखाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न [FAQ]

1. एक पीएन जंक्शन का उपयोग एक रेक्टिफायर के रूप में कैसे किया जाता है?

एक पीएन जंक्शन बनता है जब पी-प्रकार और एन-प्रकार सेमीकंडक्टर सामग्री शामिल हो जाती है।यह जंक्शन स्वाभाविक रूप से एक कमी क्षेत्र बनाता है जो एक बाधा की तरह काम करता है, जिससे वर्तमान को दूसरे की तुलना में एक दिशा में अधिक आसानी से प्रवाहित करने की अनुमति मिलती है।जब एसी वोल्टेज को एक पीएन जंक्शन पर लागू किया जाता है, तो पॉजिटिव हाफ-साइकल के दौरान, जंक्शन करंट को पास (फॉरवर्ड-बायस्ड) पास करने की अनुमति देता है, और नकारात्मक आधा चक्र के दौरान, यह वर्तमान (रिवर्स-बायस्ड) को अवरुद्ध करता है।इस चयनात्मक चालन के परिणामस्वरूप आउटपुट मुख्य रूप से एक दिशा में होता है, प्रभावी रूप से एसी को डीसी में परिवर्तित करता है।

2. एक रेक्टिफायर पीएन जंक्शन का सामान्य उद्देश्य क्या है?

एक रेक्टिफायर पीएन जंक्शन का प्राथमिक उद्देश्य एसी इनपुट से एक स्थिर डीसी आउटपुट का उत्पादन करना है।यह इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों को पावर देने में आवश्यक है जिन्हें स्थिर संचालन के लिए डीसी की आवश्यकता होती है।छोटे गैजेट्स से लेकर बड़ी औद्योगिक मशीनों तक, सभी प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रिकल उपकरणों के लिए बिजली की आपूर्ति इकाइयों में रेक्टिफायर अंतिम हैं।

3. पीएन जंक्शन डायोड का सुधार अनुप्रयोग क्या है?

पीएन जंक्शन डायोड विशेष रूप से पीएन जंक्शन के सुधार व्यवहार का फायदा उठाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।इसका उपयोग सर्किट में डीसी रूपांतरण के लिए एसी के इस प्रमुख फ़ंक्शन को करने के लिए एक रेक्टिफायर के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है।व्यावहारिक रूप से, ये डायोड बैटरी, पावर एडेप्टर और सिस्टम के लिए चार्जर्स में पाए जाते हैं, जिन्हें एसी स्रोत से एक विश्वसनीय डीसी आपूर्ति की आवश्यकता होती है, जैसे कि दूरसंचार उपकरण और मोटर वाहन विद्युत प्रणालियों।

4. पीएन जंक्शन का उपयोग किस लिए किया जाता है?

सुधार के अलावा, पीएन जंक्शनों का उपयोग विभिन्न अन्य अनुप्रयोगों जैसे सिग्नल मॉड्यूलेशन, वोल्टेज विनियमन और प्रकाश-उत्सर्जक डायोड (एलईडी) जैसे रोशनी और डिस्प्ले के लिए किया जाता है।हालांकि, उनका सबसे महत्वपूर्ण और व्यापक उपयोग सुधार में रहता है, जहां वे एसी को प्रयोग करने योग्य डीसी शक्ति में परिवर्तित करने में उपयोगी घटक हैं।

5. एक डायोड एक रेक्टिफायर के रूप में कैसे कार्य करता है?

एक डायोड, जिसमें एक पीएन जंक्शन होता है, विद्युत प्रवाह को रिवर्स दिशा में एक दिशा में अधिक आसानी से प्रवाह करने की अनुमति देकर एक रेक्टिफायर के रूप में कार्य करता है।पीएन जंक्शन के निहित गुण, मुख्य रूप से एक-तरफ़ा प्रवाह सुविधा, एसी संकेतों के नकारात्मक भाग को अवरुद्ध करने के लिए डायोड को आदर्श बनाते हैं, जिससे केवल सकारात्मक भाग को पारित करने की अनुमति मिलती है।आउटपुट में वर्तमान परिणामों का यह चयनात्मक मार्ग इलेक्ट्रॉनों या डीसी का एक यूनिडायरेक्शनल प्रवाह है।