අධ්යාපන ලෝකයට
ඔබේ දැනුම වර්ධනය කරගන්නා ගමන අදම අරඹන්න. නව තාක්ෂණය සමඟ පෙරට යන්න.
සාදරයෙන් පිළිගනිමු!
ඇතුලත් වීමට ඔබගේ ගිණුමේ තොරතුරු ලබා දෙන්න
ඉලෙක්ට්රොනික විද්යාව එදිනෙදා ජීවිතය කෙරෙහි විශාල බලපෑමක් ඇති කර ඇත. එදිනෙදා කටයුතුවල දී අප බොහෝ ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ (Electronic devices) භාවිත කරනු ලැබේ. ජංගම දුරකථන, පරිගණක, රූපවාහිනී යන්ත්ර, ගුවන් විදුලි යන්ත්ර ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ සඳහා නිදසුන් කිහිපයකි.
විද්යුතය සන්නයනය කරන ද්රව්ය විද්යුත් සන්නායක (Electrical conductors) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. ලෝහ (තඹ, ඇලුමිනියම්, යකඩ, ඊයම් ආදිය) සහ මිශ්ර ලෝහ (පිත්තල, නික්රෝම්, මැන්ගනීන්) මේ සඳහා උදාහරණ වේ. විදුලිය සන්නයනය නොකරන ද්රව්ය (එබනයිට්, පොලිතීන්, ප්ලාස්ටික්, වියළි ලී, ඇස්බැස්ටස්, වීදුරු ආදිය) විද්යුත් පරිවාරක (Electrical insulators) ලෙස හැඳින්වේ.
යම් ද්රව්යයක විදුලි සන්නයනයට හේතු වන්නේ එම ද්රව්යයේ පරමාණුවල ඇති ඉලෙක්ට්රෝන (Electrons) සමහරකට නිදහසේ ගමන් කිරීමට ඇති හැකියාවයි. ලෝහවල පරමාණුවල බාහිර කවචවල ඇති ඉලෙක්ට්රෝන පරමාණුවේ න්යෂ්ටියට තදින් බැඳී නොපවතින හෙයින් නිදහසේ හැසිරෙයි. පරිවාරක ද්රව්යවල පරමාණු අතර ඇති බන්ධන (සහසංයුජ) ප්රබල වීම හේතු කොටගෙන නිදහසේ හැසිරිය හැකි ඉලෙක්ට්රෝන ඇත්තේ ඉතාම අල්ප ප්රමාණයකි.
මේ අතර සමහර ද්රව්ය විදුලිය සුළු ප්රමාණයක් සන්නයනය කරයි. එවැනි ද්රව්ය අර්ධ සන්නායක (Semiconductors) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. ස්ඵටික ආකාරයෙන් පවතින සිලිකන් (Si), ජර්මේනියම් (Ge) වැනි ද්රව්ය මෙවැනි ගුණ දක්වයි. මේවා ආවර්තිතා වගුවේ හතර වන කාණ්ඩයට අයත් වන අතර පරමාණුවේ බාහිර කවචයේ ඉලෙක්ට්රෝන හතරක් ඇති මූලද්රව්ය වේ. එවැනි ද්රව්යවල ස්ඵටික සෑදෙන්නේ එක් එක් පරමාණුව තමා වටා ඇති අනෙක් පරමාණු හතරක් සමඟ ඉලෙක්ට්රෝන පොදුවේ තබා ගනිමින් තම බාහිර කවචයේ ඉලෙක්ට්රෝන සංඛ්යාව අටක් කොටගෙන ස්ථායි සහසංයුජ බන්ධන සෑදීමෙනි.
නමුත් මෙම බන්ධන, අනෙකුත් පරිවාරක ද්රව්යවල එවැනි බන්ධනවලට සාපේක්ෂව දුර්වල ඒවා හෙයින් කාමර උෂ්ණත්වයේ දී පවා තාපය ලෙස ලැබෙන ශක්තියෙන් සමහර බන්ධන බිදී ඉලෙක්ට්රෝන නිදහස් වේ.
11.1 රූපයේ දැක්වෙන්නේ 0 K උෂ්ණත්වයේ දී සිලිකන් දැලිසේ සහසංයුජ බන්ධන සෑදී ඇති ආකාරයයි. එහි සියලු බන්ධන සම්පූර්ණ ව පවතියි. 11.2 රූපයෙන් පෙනෙන්නේ 0 K ට වැඩි උෂ්ණත්වයක දී සමහර බන්ධන කැඩී ඉලෙක්ට්රෝන නිදහස්ව ඇති ආකාරයයි. බන්ධනයේ ඉලෙක්ට්රෝන තිබූ ස්ථානයේ ඉලෙක්ට්රෝන ඌනතාවක් ඇති වේ. මෙම ඉලෙක්ට්රෝන ඌන ස්ථානය කුහරයක් (Hole) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. න්යෂ්ටියේ ඇති ධන ආරෝපිත ප්රෝටෝන නිසා (උදාසීන පරමාණුවක න්යෂ්ටියට බාහිරව ඇති ඉලෙක්ට්රෝන සංඛ්යාවට සමාන ප්රෝටෝන සංඛ්යාවක් න්යෂ්ටිය තුළ ඇත) මෙහි උදාසීන නොවූ ධන ආරෝපණයක් ඇති වේ. මේ නිසා කුහරයක් ධන ආරෝපණයකට අනුරූප වේ.
අර්ධ සන්නායකවල විද්යුතය සන්නයනය සඳහා දායක වන්නේ ඉලෙක්ට්රෝන පමණක් නොවේ. ධන ආරෝපණ සහිත කුහරයකට යාබද පරමාණුවක ඉලෙක්ට්රෝනයක් පැනීම නිසා කුහරය පිහිටන ස්ථානය වෙනස් විය හැකි ය. මෙලෙස පරමාණුවෙන් පරමාණුවට මාරුවෙමින් දැලිස පුරා ගමන් කිරීම මගින් කුහරවලට ද ධාරාවක් ගෙන යෑමට දායක විය හැකි ය. දැලිස තුළ ඇති නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන, ඍණ ආරෝපිත ධාරා වාහක ලෙස ක්රියා කරන අතර කුහර, ධන ආරෝපිත ධාරා වාහක ලෙස ක්රියා කරයි.
මේ නිසා අර්ධ සන්නායකයක් හරහා විද්යුත් විභව අන්තරයක් ඇති කළ විට ධන විභවයේ සිට ඍණ විභවය දෙසට කුහරත්, ඍණ විභවයේ සිට ධන විභවයට ඉලෙක්ට්රෝනත් ගමන් කරන අතර (සම්මත) ධාරාව ධන විභවයේ සිට ඍණ විභවයට ගලා යයි.
ඉහත සඳහන් කරන ලද ආකාරයේ ස්ඵටික ලෙස පවතින සංශුද්ධ සිලිකන් (Si) සහ ජර්මේනියම් (Ge) වැනි අර්ධ සන්නායක නිසග අර්ධ සන්නායක (Intrinsic semiconductors) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
සන්නායකයක උෂ්ණත්වය වැඩි කරන විට නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝනවල අහඹු චලිතය වැඩි වන හෙයින් කිසියම් දිශාවක් ඔස්සේ ධාරාවක් ගැලීමට බාධා ඇති කරයි. මේ නිසා සන්නායකවල උෂ්ණත්වය වැඩි කරන විට සන්නායකතාව අඩු වේ (ප්රතිරෝධකතාව වැඩි වේ). මෙම තත්ත්වය යටතේ වුවද අර්ධ සන්නායකවල උෂ්ණත්වය වැඩි කරන විට බන්ධන වැඩිපුර බිඳී කුහර සහ නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන වැඩි වන හෙයින් විද්යුත් සන්නායකතාව වැඩි වේ (ප්රතිරෝධකතාව අඩු වේ).
Si වැනි නිසග අර්ධ සන්නායකයකට පොස්පරස් (P) මූලද්රව්යය ඉතා ස්වල්පයක් එනම් සිලිකන් පරමාණු මිලියනයකට පොස්පරස් පරමාණු එකක් පමණ මිශ්ර කළහොත් (මාත්රණය (Doping) කළහොත්) සිදු වන දෑ සලකා බලමු. පොස්පරස් ආවර්තිතා වගුවේ V වන කාණ්ඩයට අයිති මූලද්රව්යයක් වන අතර එහි බාහිර කවචයේ ඉලෙක්ට්රෝන පහක් පවතී. පොස්පරස් පරමාණුව වටා ඇති සිලිකන් පරමාණු හතරකින් ඉලෙක්ට්රෝන හතරක් ලබා ගෙන එහි බාහිර කවචයේ ඉලෙක්ට්රෝන සංඛ්යාව අටක් කර ගනී. මෙහි දී පොස්පරස් පරමාණුවේ ඉලෙක්ට්රෝන පහෙන් එකක් බන්ධනයකට සහභාගී නොවී ඉතිරි වේ. මෙම ඉලෙක්ට්රෝනයට දැලිස තුළ නිදහසේ චලනය වීමට අවස්ථාව ලැබේ.
11.3 රූපයේ දැක්වෙන්නේ පොස්පරස් පරමාණුවක් සිලිකන් පරමාණු සමඟ බන්ධන සාදන ආකාරයයි. ඉතිරි වූ ඉලෙක්ට්රෝනය නිසා දැලිසේ සන්නායකතාව වැඩි වේ. මෙහි දී ඍණ ආරෝපිත ඉලෙක්ට්රෝන, ආරෝපණ වාහක ලෙස දැලිසට එකතු වන හෙයින් මෙලෙස මාත්රණය කළ Si, ඍණ වර්ගයේ (Negative type) හෙවත් N වර්ගයේ (N type) අර්ධ සන්නායකයක් ලෙස හැඳින්වේ. නිසග අර්ධ සන්නායක ද්රව්යයකට වෙනත් මූලද්රව්යයක් මාත්රණය කිරීමෙන් වාහක සංඛ්යාව වැඩි වූ මෙවැනි අර්ධ සන්නායක බාහ්ය අර්ධ සන්නායක ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. පොස්පරස් වෙනුවට V වන කාණ්ඩයේ මූලද්රව්ය වන ආසනික් (As), ඇන්ටිමනිවලින් (Sb) ද නිසග අර්ධ සන්නායකයක් මාත්රණය කිරීමෙන් ද N වර්ගයේ බාහ්ය අර්ධ සන්නායක සාදා ගත හැකි ය. පස් වන කාණ්ඩයේ මූලද්රව්ය මගින් දැලිසට නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ප්රදානය කෙරෙන නිසා ඒවා දායක පරමාණු (Donor atoms) ලෙස හැඳින්වේ.
Si නිසග අර්ධ සන්නායකයක්, බොරෝන් (B) වැනි III වන කාණ්ඩයේ මූලද්රව්යයකින් මාත්රණය කළහොත් බෝරෝන් පරමාණුව අසළ ඇති සිලිකන් පරමාණු සමඟ බන්ධන සාදා ගනී. මෙහි දී බන්ධන හතර සාදා ගැනීමට බොරෝන් පරමාණුවේ බාහිර කවචයේ ඇත්තේ ඉලෙක්ට්රෝන තුනක් හෙයින් එක් බන්ධනයක් සෑදීමට ඉලෙක්ට්රෝනයක් ඌන වේ. එවැනි අවස්ථාවක සිලිකන් දැලිසේ පරමාණු හා බන්ධන පිහිටන ආකාරය 11.4 රූපයෙන් දැක්වේ.
බෝරෝන් පරමාණුවේ බන්ධනය සෑදීමට ඉලෙක්ට්රෝනයක් ඌන වූ ස්ථානයේ කුහරයක් පිහිටයි. කුහරවලට ධන ආරෝපණ ලෙස විදුලිය සන්නයනය කළ හැකි හෙයින් මෙහි සන්නායකතාව වැඩි වේ. කුහර, ධන ආරෝපණයකට අනුරූප හෙයින් මෙම බාහ්ය අර්ධ සන්නායක ධන වර්ගයේ (Positive type) හෙවත් P වර්ගයේ (P type) බාහ්ය අර්ධ සන්නායක ලෙස හැඳින්වේ. P වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයක් තුළ කුහර සාන්ද්රණය, එය තුළ ඇති ඉලෙක්ට්රෝන සාන්ද්රණයට වඩා බොහෝසෙයින් වැඩි නිසා කුහර බහුතර වාහක (Majority carriers) ලෙස හැඳින්වෙන අතර නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන අල්පතර වාහක (Minority carriers) ලෙස හැඳින්වේ. බෝරෝන් වෙනුවට III වන කාණ්ඩයේ මූලද්රව්ය වූ ඇලුමිනියම් (Al), ගැලියම් (Ga), ඉන්ඩියම් (In) ද P වර්ගයේ බාහ්ය අර්ධ සන්නායක සෑදීම සඳහා මාත්රණයට භාවිත කළ හැකි ය. බෝරෝන් වැනි III වන කාණ්ඩයේ මූලද්රව්ය මගින් ඉලෙක්ට්රෝන ලබාගත හැකි කුහර නිර්මාණය කෙරෙන නිසා ඒවා ප්රතිග්රාහක පරමාණු (Acceptor atoms) ලෙස හැඳින්වේ.
සිලිකන් (Silicon) හෝ ජර්මේනියම් (Germanium) නිසග අර්ධ සන්නායකයක එක් පැත්තක් ත්රිසංයුජ (trivalent) වන කාණ්ඩයේ මූලද්රව්යයකින් මාත්රණය කොට P වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයකුත් අනෙක් පැත්ත පංචසංයුජ (pentavalent) වන කාණ්ඩයේ අර්ධ සන්නායකයකින් මාත්රණය කොට N වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයකුත් සෑදූ විට එහි මැද P-n සන්ධියක් සෑදෙයි. මෙවැනි සන්ධියක් සාමාන්ය සන්නායකයකට වෙනස් ලෙස විද්යුත් වශයෙන් හැසිරෙයි.
11.5 රූපයේ දැක්වෙන පරිදි P-n සන්ධිය සෑදුණු වහාම N ප්රදේශයේ ඇති නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන සන්ධිය හරහා P ප්රදේශය දෙසට විසරණය (diffusion) වන අතර P ප්රදේශයේ ඇති කුහර N ප්රදේශය දෙසට විසරණය වේ. මෙම විසරණය නිසා කුහරවලට ඉලෙක්ට්රෝන සංයෝජනය වී වාහක මුක්ත කලාපයක් සන්ධිය අසළ නිර්මාණය වේ. මෙම කලාපය හීන ස්තරය හෙවත් හායිත පෙදෙස (Depletion region) ලෙස හැඳින්වේ.
11.5 රූපයේ දැක්වෙන පරිදි ඇති වන හායිත පෙදෙසේ, P ප්රදේශයට අයත් කොටසට අමතර ඉලෙක්ට්රෝන ඇතුළු වී ඇති හෙයින් එම ප්රදේශය ඍණ ලෙසත් හායිත පෙදෙසේ N ප්රදේශයට අයත් කොටසට අමතර ධන ආරෝපණ ඇතුළු වී ඇති හෙයින් එම ප්රදේශය ධන ලෙසත් පිහිටන පරිදි P-n සන්ධිය හරහා විභව අන්තරයක් ඇති වේ. මෙම විභව අන්තරය මගින් වාහක විකර්ෂණය වීම හේතු කොටගෙන සන්ධිය හරහා වාහක විසරණය නවතී. එබැවින් මෙම අවස්ථාවේ ඇතිව තිබෙන විභව අන්තරය “විභව බාධකයක්” ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. මෙම විභව බාධකය කල්පිත බැටරියකට සමානව ඉහත රූපයේ දක්වා ඇත.
සිලිකන්වලින් (Silicon) සාදන ලද P-n සන්ධියක මෙම විභව බාධකයේ විශාලත්වය 0.7 V පමණ වන අතර ජර්මේනියම්වලින් (Germanium) සාදන ලද සන්ධියක එය 0.3 V පමණ වේ.
P-n සන්ධිය හරහා P අර්ධ සන්නායකයට ඍණ විභවය සහ N අර්ධ සන්නායකයට ධන විභවය සිටින සේ බාහිර බැටරියක් සම්බන්ධ කළ විට සිදුවන දෑ සලකා බලමු.
මෙහිදී N ප්රදේශයේ ඇති නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ධන විභවය දෙසටත් P ප්රදේශයේ ඇති කුහර ඍණ විභවය දෙසටත් ආකර්ෂණය වී හායිත පෙදෙස තවත් පුළුල් වේ. P-n සන්ධිය හරහා වාහක ගැලීමක් හෙවත් ධාරාව ගැලීමක් සිදු නොවේ. බාහිර විද්යුත් විභවයේ විශාලත්වයට අනුරූපව හායිත පෙදෙස පුළුල් වීම පමණක් සිදු වේ. P-n සන්ධිය හරහා ධාරාවක් නොගලන නිසා මෙලෙස බාහිර විභවය සම්බන්ධ කිරීම පසු නැඹුරුව ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. 11.6 රූපවලින් පසු නැඹුරුව වන විට හායිත පෙදෙස හැසිරෙන ආකාරය දැක්වේ.
මෙහි දී P ප්රදේශයට ධන විභවයක් සහ N ප්රදේශයට ඍණ විභවයක් ඇති වන සේ බාහිර විභව අන්තරය ඇති කරනු ලැබේ. P ප්රදේශයේ ඇති කුහර ධන විභවයෙන් විකර්ෂණය වී සන්ධිය දෙසට තල්ලු වන අතර N ප්රදේශයේ ඇති ඉලෙක්ට්රෝන ඍණ විභවය මගින් සන්ධිය දෙසට විකර්ෂණය කෙරේ. මේ නිසා හායිත පෙදෙස කුඩා වෙයි. එසේ වුවද, 11.7 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට බාහිර විභවය විභව බාධකයේ විශාලත්වයට වඩා අඩු නම්, ඉතා කුඩා (නොගිනිය හැකි තරම්) ධාරාවක් සන්ධිය හරහා ගලා යයි. බාහිරින්, විභව බාධකයට (Si සඳහා 0.7 V) වඩා වැඩි විභවයක් යොදා ඇති විට හායිත පෙදෙස බොහෝ කුඩා වී P-n සන්ධිය හරහා සැලකිය යුතු ධාරාවක් ගලා යයි. එබැවින් මෙලෙස බාහිර විභවය සම්බන්ධ කිරීම පෙර නැඹුරු කිරීම ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. 11.7 රූපයෙන් මෙම අවස්ථාව දැක් වේ.
ඉහත දැක්වූ පරිදි p - n සන්ධියක් හරහා ධාරාවක් ගලන්නේ එය පෙර නැඹුරු කළ විට දී පමණක් බව අපි දනිමු. මෙවැනි p - n සන්ධියකින් පමණක් සෑදූ උපාංගය සන්ධි ඩයෝඩයක් (Junction Diode) ලෙස අපි හඳුන්වමු.
සන්ධි ඩයෝඩයක අභ්යන්තරයේ ච (P) සහ බ (N) අර්ධ සන්නායක සකසා ඇති ආකාරය 11.8(අ) රූපයෙනුත්, ඩයෝඩයක අනුරූප සංකේතය 11.8(ආ) රූපයෙනුත් දැක්වේ.
මෙහි ූ අග්රය ඇනෝඩය (Anode) ලෙසත් ණ අග්රය කැතෝඩය (Cathode) ලෙසත් හැඳින්වේ. ඇනෝඩය ධන වන ලෙස බාහිර විභව අන්තරයක් සම්බන්ධ කළ විට පමණක් ඩයෝඩය හරහා විදුලිය සන්නයනය කරන අතර එය තුළින් ධාරාව ගලන දිශාව සංකේතයේ ඊ හිසෙන් නිරූපණය වේ (11.8(ඇ) රූපය).
සන්ධි ඩයෝඩයක සාමාන්ය බාහිර ස්වරූපය 11.9 රූපයෙන් දැක්වේ. මෙය කලු පැහැති සිලින්ඩරාකාර හැඩයක් දක්වයි. මෙහි ඇති සුදු හෝ රිදී පැහැති වළල්ල (රේඛාව) කැතෝඩ අග්රය දක්වයි.
විවිධ ගුණ ඇති ඩයෝඩ විශාල සංඛ්යාවක් ඇති අතර ඒවා හඳුනා ගැනීමට අංකයක් ඩයෝඩයේ මුද්රණය කොට ඇත. නමුත් සෑම සන්ධි ඩයෝඩයක ම බාහිර ස්වරූපය මෙය ම නොවන බව මතක තබා ගත යුතු ය.
සරල ධාරාවක් යනු පරිපථය තුළ එක් දිශාවකට පමණක් ගලා යන ධාරාවක් බව අපි දනිමු. එමෙන්ම ප්රත්යාවර්තක ධාරාවක් යනු ආවර්තීයව දිශාව මාරු කරමින් පරිපථයක ගලන ධාරාවක් බව ද අපි දනිමු. සරල ධාරා සහ ප්රත්යාවර්තක ධාරා ගලන අවස්ථාවල ධාරාව හෝ විභව අන්තරය, කාලය සමඟ විචලනය වන ආකාරය 11.10 රූපයේ දැක්වේ. බොහෝ විට විද්යුතය ජනනය කිරීමේ දී ඩයිනමෝ මගින් ජනනය කරනු ලබන්නේ ප්රත්යාවර්තක ධාරා වේ. නමුත් ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ ක්රියාකරවීම සඳහා අවශ්ය වන්නේ සරල ධාරා වේ.
එක් දිශාවකට පමණක් ධාරාව ගැලීමට ඉඩ දෙන සන්ධි ඩයෝඩ, ප්රත්යාවර්තක ධාරාවක් සරල ධාරාවක් බවට පත් කර ගැනීමට භාවිත කළ හැකි ය. ප්රත්යාවර්තක ධාරාවක් හෝ විභව අන්තරයක්, එක් දිශාවකට පමණක් ගලන ධාරාවක් හෝ සරල විභව අන්තරයක් බවට හැරවීමේ ක්රියාව ඍජුකරණය (Rectification) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
11.10 රූපය ප්රත්යාවර්තක සහ සරල ධාරාවල ප්රස්තාරික නිරූපණය පෙන්වයි.
ඍජුකරණය සඳහා ප්රායෝගික ව භාවිත කරන පරිපථයක් 11.11 රූපයේ දැක්වේ. ප්රත්යාවර්තක ධාරාව ලබා ගැනීම සඳහා ප්රධාන විදුලි සැපයුම භාවිත කරනු ලැබේ. පළමු ව අවශ්ය ප්රමාණයට ප්රත්යාවර්තක විභවය අඩු කර ගැනීම අවකර පරිණාමකය භාවිත කර සිදු කරනු ලැබේ. පරිණාමකයේ ඞ සහ ශ අග්රවලින් විභවය අඩු කළ ප්රත්යාවර්තක විභව අන්තරයක් ලැබේ.
ඩයෝඩය හරහා ධාරාව ගමන් කරන්නේ ඞඛ දිශාවට පමණක් බැවින් ඍ ප්රතිරෝධය හරහා ධාරාව ගලන්නේ ප්රත්යාවර්තකක විභව අන්තරයේ ධන අර්ධය තුළ දී පමණකි. එහි ඍණ අර්ධය තුළ දී ප්රතිරෝධය හරහා ධාරාව ශුන්ය වේ (11.1 ක්රියාකාරකමේ බැටරි සවි කළ විට ඩයෝඩය ක්රියා කළ ආකාරය සමඟ සසඳා බලන්න).
සෑම විට ම ප්රත්යාවර්තක විභව අන්තරයේ අර්ධයක් පමණක් ප්රතිදානය ලෙස ලැබෙන හෙයින් මෙය අර්ධ තරංග ඍජුකරණය ලෙස හැඳින්වේ.
11.2 ක්රියාකාරකම අවශ්ය ද්රව්ය : බයිසිකල් ඩයිනමෝවක් හෝ විද්යාගාරයේ ඇති ප්රත්යාවර්තක ධාරා ජනකයක්, 1N 4001 ඩයෝඩ 4ක් (හෝ එම ශ්රේණියේ ඕනෑම වර්ගයක ඩයෝඩ 4ක්), මැද බින්දු ගැල්වනෝමීටරයක්, 100 Ω ධාරා නියාමකයක්, ඊයම් සහ විදුලි පාහනයක් සහ සම්බන්ධක කම්බි
මෙම ක්රියාකාරකම සිදු කළ විට ගැල්වනෝමීටරයේ උත්ක්රමය එක් දිශාවකට පමණක් පිහිටන බව ඔබට නිරීක්ෂණය කළ හැකි ය. එනම් ධාරාව සරල ධාරාවක් බවට පරිවර්තනය වී ඇත.
තනි ඩයෝඩය වෙනුවට ඩයෝඩ හතරක් සේතුවක ආකාරයට සකස් කොට ප්රත්යාවර්තක ධාරාව ඒ තුළින් ගැලීමට සැලසූ විට ප්රත්යාවර්තක ධාරාවේ අර්ධ දෙක ම එකම දිශාවට ගැලීමට සැලසිය හැකි ය. මෙවැනි සේතු පරිපථයක් 11.12 රූපයේ දැක්වේ.
4.5 V බැටරියක් සහ ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩයක් (LED) 11.12(අ) රූපයේ ඇති ආකාරයට සවි කළ විට LED ය දීප්තියෙන් දැල්වේ. මෙහි දී LED භාවිත කරනු ලබන්නේ එක් දිශාවකට පමණක් ධාරාව යැවූ විට ක්රියාත්මක වන විදුලි පහනක් ලෙස ය. මෙහි දී ශ ලක්ෂ්යයට සාපේක්ෂව ඞ ධන නිසා D1 සහ D3 ඩයෝඩ පෙර නැඹුරු වන අතර D2 සහ D4 ඩයෝඩ පසු නැඹුරු වේ. එවිට D1 හරහා ගලන ධාරාව LED හරහා ගලා ගොස් නැවත D3 ඩයෝඩය හරහා බැටරියේ ඍණ අග්රය වෙත ගලයි.
දැන් 11.12(ආ) රූපයේ දැක්වෙන ලෙස ඞ ලක්ෂ්යයට බැටරියේ ඍණ අග්රය ද, ශ ලක්ෂ්යයට බැටරියේ ධන අග්රය ද සම්බන්ධ වන සේ පරිපථය වෙනස් කළ හොත් LED පෙර දීප්තියෙන් ම දැල්වෙන බව පෙනේ. මෙහි දී D2 සහ D4 ඩයෝඩ පෙර නැඹුරු වී පවතින අතර D1 සහ D3 ඩයෝඩ පසු නැඹුරු වී පවතියි. එම නිසා බැටරියේ ධන අග්රයේ සිට එන ධාරාව D2 ඩයෝඩය, LED සහ D4 ඩයෝඩය හරහා බැටරියේ ඍණ අග්රයට ගලයි. LEDය අවස්ථා දෙකෙහි දී ම දැල්වෙන නිසා එය හරහා ධාරාව ගලා යන්නේ අවස්ථා දෙකෙහි දී ම එකම අතට බව පෙනේ.
දැන් මෙම සේතුවේ බැටරිය වෙනුවට ප්රත්යාවර්තක විභවයක් සම්බන්ධ කළහොත් එවිට ද LED හරහා ධාරාව එකම දිශාවට (ඡ සිට ූ දක්වා) ගලා යයි.
ප්රදානයේ ධන සහ ඍණ අර්ධ දෙක තුළ දී ඩයෝඩ හරහා ධාරාව ගලා යන ආකාරය 11.13 රූපයේ දක්වා ඇත. මෙහි දී ප්රත්යාවර්තක ධාරාවේ අර්ධ දෙක ම LED හරහා (ප්රතිදානයේ දී) එකම දිශාවට ගලන ධාරාවක් බවට ප්රත්යාවර්තක ධාරාව පත් කර ඇති හෙයින් මෙම ක්රියාව පූර්ණ තරංග ඍජුකරණය ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
අර්ධ තරංග හෝ පූර්ණ තරංග ඍජුකාරක පරිපථයකින් ලැබෙන්නේ එක් දිශාවකට පමණක් ගලන ධාරාවකි. නමුත් එහි අගය (විභව අන්තරය හෝ ධාරාව) ශුන්යයත් උපරිමයත් අතර විචලනය වන එකකි.
බැටරියකින්, අර්ධ තරංග ඍජුකරණයෙන් සහ පූර්ණ තරංග ඍජුකරණයෙන් ලැබෙන විභවයන් කාලය සමඟ විචලනය වන ආකාරය 11.14 රූපයෙන් දැක්වේ. බොහෝ ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ ක්රියා කරවීම සඳහා සුදුසු වන්නේ බැටරියකින් ලැබෙන ආකාරයේ නියත වෝල්ටීයතාවයක් හෝ නියත සරල ධාරාවකි.
ඍජුකාරක පරිපථයකින් ලැබෙන විභව අන්තරයේ හෝ ධාරාවේ විචලනය, ප්රතිදානයේ අග්රවලට, සමාන්තරගත ව විශාල ධාරිතාවක් ඇති ධාරිත්රකයක් සවි කිරීමෙන් අඩු කළ හැකි ය. මෙම ක්රියාව සුමටනය ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. අර්ධ තරංග ඍජුකාරක පරිපථයකට ධාරිත්රකයක් භාවිත කොට සුමටනය සිදු කර ගත හැකි ආකාරය 11.15 රූපයෙන් දැක්වේ. මෙහි (අ) රූපයෙන් ඍජු කාරක පරිපථයත්, (ආ) රූපයෙන් ධාරිත්රකය නොමැති විට ප්රතිදානයත් (ඇ) රූපයෙන් ධාරිත්රකය සහිත විට ප්රතිදානයත් දැක්වේ.
ඩයෝඩයෙන් සැපයෙන වෝල්ටීයතාව ශුන්යයේ සිට ක්රමයෙන් වැඩි වන විට ධාරිත්රකය ආරෝපණය වේ. වෝල්ටීයතාව උපරිම අගයට ළඟා වීමෙන් පසු නැවත අඩු වන විට ධාරිත්රකයේ ගබඩා වූ ආරෝපණ මුදා හැරේ. එම නිසා ඩයෝඩයෙන් සැපයෙන වෝල්ටීයතාව ශුන්ය වුව ද ධාරිත්රකය හරහා විභව අන්තරය යම් ප්රමාණයකට අඩු වන නමුත් එය ශුන්ය නොවේ. එසේම ඩයෝඩය හරහා ධාරාව ගමන් කරන්නේ එක් දිශාවකට පමණක් බැවින් මෙම අවස්ථාවේ දී ධාරිත්රකයෙන් විසර්ජනය වන ආරෝහණ ඩයෝඩය හරහා ගමන් නොකරයි. මෙසේ සුමටනය කරන ලද ප්රතිදානයේ වෝල්ටීයතාව කාලය සමඟ විචලනය වන ආකාරය 11.15(ඇ) රූපයේ පෙන්වා ඇත.
පූර්ණ තරංග ඍජුකාරකයක ප්රතිදානය ද මේ ආකාරයෙන් ම සුමටනය කරගත හැකි ය. ඒ සඳහා පරිපථ සටහන සහ ප්රතිදානයේ වෝල්ටීයතාව, කාලය සමඟ විචලනය වන ආකාරය 11.16 රූපයේ පෙන්වා ඇත.
මෙහි දී අර්ධ තරංග ඍජුකරණයටත් වඩා සුමට වූ ධාරාවක් ලබා ගත හැකි ය. සුමටනය සඳහා 1000 μF - 2000 μF වැනි විශාල ධාරිතාවක් ඇති ධාරිත්රකයක් භාවිත කරනු ලැබේ. ධාරිතාව විශාල වූ විට සුමටනය වීම ද වැඩි වේ.
සරල ධාරා ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණයකට + හා - අග්ර මාරුකොට විදුලිය සැපයුවහොත් සිදුවන හානිය වැළකීම සඳහා ඍජුකාරක ඩයෝඩයක් භාවිත කළ හැකි ය.
11.17(අ) රූපයේ දැක්වෙන්නේ ආරක්ෂකය ලෙස ඩයෝඩය සවි කොට නිවැරදි ව බැටරිය සවි කරන ආකාරය යි. 11.17(ආ) රූපයේ දැක්වෙන්නේ බැටරි අග්ර වැරදියට සවි කොට ඇති ආකාරය යි. මෙම අවස්ථාවේ දී ඩයෝඩය පසු නැඹුරු වන හෙයින් උපකරණය තුළට ධාරාව ගලා නොයයි. එබැවින් උපකරණයට හානි නොවන අතර එය ක්රියා කරන්නේ නිවැරදි ව බැටරිය සම්බන්ධ කර ඇති විට දී පමණි.
ගැලියම් ආසනයිඩ් (GaAs) වැනි සංයෝගයක් අර්ධ සන්නායකය ලෙස භාවිත කොට සාදන ලද P-N සන්ධියක් ඉදිරි නැඹුරු කළ විට P-N සන්ධිය අසල දී ආලෝකය විමෝචනය වේ. ආලෝකය විමෝචනය කළ හැකි මෙවැනි ඩයෝඩ, ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩ (Light Emitting Diode - LED) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
විවිධ හැඩයන් හා විශාලත්වයන් ඇති ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩ වෙළෙඳපොළේ ඇති අතර වැඩියෙන් ම ප්රචලිතව ඇති 5 mm LED එකක, බාහිර පෙනුම සහ අග්ර හඳුනා ගන්නා ආකාරයත්, ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩයක සංකේතයත් 11.18 රූපයේ දැක්වේ. LED හි දිග අග්රය ඇනෝඩය වේ. එලෙසම LEDහි පාදය අප දෙසට අල්වා බැලූ විට එහි කැපුමට ආසන්න අග්රය කැතෝඩය වේ. රතු, කහ, කොළ සහ නිල් වර්ණ ද පාරජම්බුල (UV) සහ අධෝරක්ත (IR) කිරණ ද විමෝචනය කළ හැකි LED වෙළෙඳපොළේ ඇත.
මුල් යුගයේ ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩ වැඩි වශයෙන් ම භාවිත කරන ලද්දේ දර්ශක (indicators) ලෙසයි. නමුත් දැන් විශාල ප්රමාණයේ රූපවාහිනී තිර නිපදවීම සඳහා ද ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩ භාවිත කරනු ලැබේ. සුදු වර්ණ LED නිපදවීමෙන් පසු නිවෙස් ආලෝකවත් කිරීම, පාරවල් ආලෝකවත් කිරීම, විදුලි පන්දම් නිපදවීම වැනි කටයුතු සඳහා ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩ භාවිතය වැඩි වෙමින් පවතී. ශක්ති වැය වීම ඉතා අඩු වීමත් පැය 50,000ක පමණ ආයු කාලයක් තිබීමත් ඒවා භාවිතය ප්රචලිත වීමට හේතු වී ඇත.
සූර්ය කෝෂ සාදා ඇත්තේ ද P-N සන්ධිවලිනි. එබැවින් සූර්ය කෝෂ ද ඩයෝඩ වර්ගයට ගැනේ. මෙහි සන්ධි මතට ආලෝකය පතනය විය හැකි ලෙස ඒවා පිටතට විවෘත ව සාදා ඇත. මෙම සිලිකන් P-N සන්ධිය මතට සූර්ය කිරණ පතනය වූ විට සන්ධිය හරහා කුඩා විද්යුත්ගාමක බලයක් (විභව අන්තරයක්) ජනනය වේ. මෙවැනි P-N සන්ධියක් විද්යුත්ගාමක බල ප්රභවයක් ලෙස භාවිත කළ හැකි හෙයින් එය සූර්ය කෝෂයක් ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
එක් කෝෂයකින් 0.5 V පමණ විද්යුත්ගාමක බලයක් ජනනය වන නමුදු මෙවැනි කෝෂ ගණනාවක් ශ්රේණිගත ව සහ සමාන්තරගත ව සැකසීමෙන් 12 V හෝ 15 V වැනි වෝල්ටීයතාවක් සහ ඇම්පියර ගණනාවක් ලබා ගත හැකි ය. මෙවැනි ඇටවුමක් සූර්ය පැනලයක් (solar panel) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
මෙම සූර්ය පැනල පළමු ව නිපදවන ලද්දේ අභ්යවකාශ චන්ද්රිකාවල ප්රයෝජනය සඳහා ය. චන්ද්රිකාවට විදුලිය ලබා ගැනීම සඳහා බැටරි වෙනුවට මේවා යොදවන ලදි. එවකට ඒවායේ මිල ඉතා අධික වූ අතර නිෂ්පාදන තාක්ෂණය දියුණුවීම සහ අඩු මිලට නිපදවීමට හැකි වීම නිසා නිවෙස් සහ වීදි ආලෝක කිරීම සඳහා ද දැන් සූර්ය පැනල භාවිත කරනු ලැබේ.
නොමිලේ ලැබෙන සූර්ය ශක්තියෙන් ක්රියා කරන නිසාත්, කිසිදු පරිසර දූෂණයකට හේතු වන ද්රව්යයක් පිට නොකරන නිසාත් සහ ඉතා විශාල ආයු කාලයක් ඇති නිසාත් (ප්රථමයෙන් නිපදවන ලද සූර්ය කෝෂ දැනට ද සක්රියව ක්රියා කරයි) සූර්ය කෝෂ අනාගත බලශක්ති අර්බුදයට පිළියමක් ලෙස සැලකේ.
ඔරලෝසු, ගණක යන්ත්ර ආදිය සඳහා දැනට භාවිත කරන සූර්ය කෝෂ, සූර්ය බලයෙන් ක්රියාකරන මෝටර් රථ නිපදවීමට ද භාවිත කරනු ලැබේ.
ඉලෙක්ට්රොනික විද්යාවේ විශාල දියුණුවකට හේතු වූ ට්රාන්සිස්ටරය (Transistor) p - n සන්ධි දෙකක් මගින් නිර්මාණය කරන ලද්දකි. මේ සඳහා ච (P) සහ බ (N) වර්ගවලට අයත් අර්ධ සන්නායක (Semiconductor) ප්රදේශ තුනක් එකිනෙකට යාබදව ඇති කළ යුතු ය. p - n සන්ධි දෙකක් සෑදීමට අර්ධ සන්නායක ප්රදේශ තුනක් ඇති කළ හැකි ආකාර ඇත්තේ දෙකක් පමණි. මෙලෙස සැකසිය හැකි ආකාර දෙක 11.20 රූපයේ දැක්වේ. මේවා චබච (PNP) ට්රාන්සිස්ටර සහ බචබ (NPN) ට්රාන්සිස්ටර ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
එක් එක් අර්ධ සන්නායක ප්රදේශයෙන් එක් අග්රයක් බැගින් ට්රාන්සිස්ටරයෙන් පිටතට අග්ර තුනක් පැමිණේ. ට්රාන්සිස්ටරය ක්රියා කරන විට කෙළවර ඇති එක් අර්ධ සන්නායක ප්රදේශයකින් වාහක (Carrier) (ඉලෙක්ට්රෝන (Electrons) හෝ කුහර) විමෝචනය කරන අතර අනෙක් කෙළවර ඇති ප්රදේශයෙන් එම වාහක සංග්රහනය (එකතු කර ගැනීම) සිදු කරනු ලැබේ. මේ නිසා කෙළවරවල ඇති අග්ර දෙක පිළිවෙළින් විමෝචකය (Emitter) සහ සංග්රාහකය (Collector) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. මැද ඇති අග්රය මගින් විමෝචකයේ සිට සංග්රාහකයට ගමන් කරන වාහක පාලනය කළ හැකි අතර එම අග්රය පාදම (Base) ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
රූප සටහන්වල මෙම අග්ර දැක්වීමට ඉංග්රීසි වචනවල මුල් අකුරු වන E, C සහ B භාවිත කරනු ලැබේ. 11.21(අ) රූපයෙන් ට්රාන්සිස්ටර ව්යූහයත්, වාහක සහ ධාරා ගලන දිශාවනුත් 11.21(ආ) රූපයෙන් ඉලෙක්ට්රොනික පරිපථවල දී ට්රාන්සිස්ටර දැක්වීම සඳහා භාවිත වන සම්මත සංකේතයත් දැක්වේ.
ඕනෑම ට්රාන්සිස්ටරයක් පරිපථයක භාවිත කරන විට එහි අග්රවලට නිවැරදි ලෙස විභවයන් ලබා දිය යුතු ය. මෙය ට්රාන්සිස්ටරය නැඹුරු කිරීම ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. ට්රාන්සිස්ටරය වෝල්ටීයතා (Voltage) හෝ ධාරා වර්ධකයක් ලෙස භාවිත කරන විට විමෝචක පාදම සන්ධිය පෙර නැඹුරු විය යුතු අතර වැඩි විභවයකින් පාදම සංග්රාහක සන්ධිය පසු නැඹුරු කළ යුතු ය.
මේ සඳහා ට්රාන්සිස්ටර සංකේතයේ ඊ (E) හිසෙන් ධාරාව ගලන දිශාවට, ක් (C) සහ ෑ (E) අග්රවලට විභව සැපයිය යුතු ය.
මේ අනුව බචබ (NPN) ට්රාන්සිස්ටරයක ක් (C) ධන (+) අග්රයටත් ෑ (E) ඍණ (-) අග්රයටත් සම්බන්ධ කළ යුතු ය (ධාරාව සෑමවිටම + සිට - ට ගලන හෙයින්). චබච (PNP) ට්රාන්සිස්ටරයක ෑ (E) ධන (+) අග්රයටත් ක් (C) ඍණ (-) අග්රයටත් සම්බන්ධ කළ යුතු ය. සෑමවිටම ඊ (E) අග්රයට සැපයිය යුත්තේ ට්රාන්සිස්ටරයේ ක් (C) අග්රයට සපයන දිශාවට ම වූ විභව අන්තරයක් වන අතර එහි විශාලත්වය ක් (C) අග්රයට සපයන ප්රමාණයට වඩා අඩු විය යුතු ය. එවිට පාදම (B) සංග්රාහක (C) සන්ධිය පසු නැඹුරු වේ.
ට්රාන්සිස්ටරයක් මූලික වශයෙන් ප්රයෝජනයට ගැනෙනුයේ ධාරා වර්ධකයක් වශයෙනි. මෙහි දී ට්රාන්සිස්ටර වර්ධක පරිපථයේ ප්රදානය (Input) ලෙස කුඩා ධාරාවක් සැපයූ විට වර්ධකයේ ප්රතිදානයෙන් (Output) විශාල ධාරාවක් ලබා ගත හැකි ය.
යාන්ත්රික ස්විච්චයක් වෙනුවට යම් සංවේදනයකට අනුව ක්රියා කරන ඉලෙක්ට්රොනික ස්විච්චයක් ලෙස ට්රාන්සිස්ටරය ක්රියා කරවිය හැකි ය. ඉලෙක්ට්රොනික විද්යාවේ සංඛ්යාංක පරිපථ ගොඩනැගීමේ දී ට්රාන්සිස්ටරය බොහෝ විට භාවිත වන්නේ ස්විච්චයක් ලෙස ය.