Andhra Pradesh BIEAP AP Inter 2nd Year Physics Study Material 15th Lesson అర్ధవాహక ఎలక్ట్రానిక్స్, పదార్థాలు, పరికారాలు, సరళవలయాలు Textbook Questions and Answers.
AP Inter 2nd Year Physics Study Material 15th Lesson అర్ధవాహక ఎలక్ట్రానిక్స్, పదార్థాలు, పరికారాలు, సరళవలయాలు
అతిస్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు
ప్రశ్న 1.
n- రకం అర్ధవాహకం అంటే ఏమిటి? దీనిలో అధిక సంఖ్యాక, అల్ప సంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు ఏమిటి?
జవాబు:
చతుస్సంయోజనీయ శుద్ధ అర్ధవాహకానికి, పంచసంయోజక మాలిన్యాలను కలిపితే n – రకం అర్ధవాహకం ఏర్పడుతుంది. n – రకం అర్ధవాహకంలో ఎలక్ట్రాన్లు అధిక సంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు మరియు రంధ్రాలు అల్పసంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు.
ప్రశ్న 2.
స్వభావజ, అస్వభావజ అర్ధవాహకాలు అంటే ఏమిటి? [AP. Mar. ’15]
జవాబు:
స్వచ్ఛమైన అర్ధవాహకాన్ని స్వభావజ అర్ధవాహకం అంటారు.
స్వచ్ఛమైన అర్ధవాహకాలకు మాలిన్యాలను కలుపుట వల్ల వాటి వహనత పెరుగుతుంది. వీటిని అస్వభావజ అర్ధవాహకాలు
అంటారు.
ప్రశ్న 3.
p – రకం అర్ధవాహకం అంటే ఏమిటి? దీనిలో అధిక సంఖ్యాక, అల్ప సంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు ఏమిటి ? [TS. Mar.’17]
జవాబు:
చతుస్సంయోజనీయ శుద్ధ అర్ధవాహకానికి, త్రిసంయోజక మాలిన్యాలను కలిపితే p – రకం అర్ధవాహకం ఏర్పడుతుంది. p- రకం అర్ధవాహకంలో అధిక సంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు రంధ్రాలు మరియు అల్పసంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు ఎలక్ట్రాన్ల
ప్రశ్న 4.
p-n సంధి డయోడ్ అంటే ఏమిటి? లేమి పొరను నిర్వచించండి.
జవాబు:
త్రిసంయోజక మాలిన్యాలను కలిపిన స్వభావజ అర్ధవాహకాన్ని ఒక వైపు మరియు పంచసంయోజక మాలిన్యాలను కలిపిన స్వభావజ అర్ధవాహకాన్ని మరొక వైపు, ఒక సంధి ఏర్పడునట్లు కలిపితే దానిని – సంధి డయోడ్ అంటారు.
p-n సంధికి ఇరువైపులా ఎలాంటి ఆవేశ వాహకాలు లేని ఒక పలుచని పొర ఏర్పడుతుంది. దీనిని లేమి పొర అంటారు.
ప్రశ్న 5.
సంధి డయోడ్కు i) పురోశక్మం, ii) తిరోశక్మంలలో బాటరీని ఏ విధంగా కలుపుతారు?
జవాబు:
- p-n సంధి డయోడ్ p- రకానికి బ్యాటరీ ధన ధ్రువాన్ని మరియు n- రకానికి బ్యాటరీ రుణ ధ్రువాన్ని కలిపితే ఆ డయోడ్ పురోబయాస్లో ఉందని అంటారు.
- p-n సంధి డయోడ్లో p- రకానికి బ్యాటరీ రుణ ధ్రువాన్ని మరియు n- రకానికి బ్యాటరీ ధన ధ్రువాన్ని కలిపితే ఆ డయోడ్ తిరోబయాస్లో ఉందని’ అంటారు.
ప్రశ్న 6.
అర్ధ తరంగ, పూర్ణ తరంగ ధిక్కరణులలో గరిష్ఠ ధిక్కరణ శాతం ఎంత?
జవాబు:
- అర్ధతరంగ ఏకధిక్కారిలో దక్షత శాతం 40.6 %
- పూర్ణతరంగ ఏకధిక్కారిలో దక్షత శాతం 81.2 %
ప్రశ్న 7.
జీనర్ వోల్టేజి (Vz) అంటే ఏమిటి? వలయాలలో సాధారణంగా జీనర్ డయోడ్ను ఏవిధంగా కలుపుతారు?
జవాబు:
- జీనర్ డయోడ్ తిరోబయాస్లో ఉన్నప్పుడు, ఒక నిర్దిష్ట వోల్టేజి వద్ద విద్యుత్ ప్రవాహము ఆకస్మికంగా పెరుగుతుంది. దానిని జీనర్ వోల్టేజి (లేదా) భంజన వోల్టేజి అంటారు.
- జీనర్ డయోడ్ను ఎల్లప్పుడూ, తిరోబయాస్లో లోనే కలపాలి.
ప్రశ్న 8.
అర్ధ తరంగ, పూర్ణ తరంగ ధిక్కరణుల
జవాబు:
ప్రశ్న 9.
p-n సంధి డయోడ్లోని లేమి పొర వెడల్పుకు i) పురోశక్మం, ii) తిరోశక్మంలలో ఏమి జరుగుతుంది?
జవాబు:
- p-n సంధి డయోడ్ పురోబయాస్లో ఉన్నప్పుడు లేమి పొర మందం పలుచగా ఉంటుంది.
- తిరోబయాస్లో ఉన్నప్పుడు లేమి పొర మందం అధికంగా ఉంటుంది.
ప్రశ్న 10.
p-n-p, n-p-n ట్రాన్సిస్టర్ల వలయ సంకేతాలను గీయండి. [TS. Mar. 16; Mar. ’14]
జవాబు:
ప్రశ్న 11.
వర్ధకం, వర్ధన కారకం పదాలను నిర్వచించండి.
జవాబు:
- బలహీన సంకేత బలాన్ని పెంచే ప్రక్రియను వర్ధనం అంటారు. అందుకు వాడే పరికరాన్ని వర్ధకం అంటారు.
- నిర్గమ వోల్టేజికి, నివేశ వోల్టేజికి గల నిష్పత్తిని వర్ధక గుణకం అంటారు. A = \(\frac{V_0}{V_i}\)
ప్రశ్న 12.
జీనర్ డయోడ్ను వోల్టేజి నియంత్రణకారిగా వాడాలంటే ఏ బయాస్లో వాడాలి?
జవాబు:
తిరోబయాస్లో జీనర్ డయోడ్ను వోల్టేజి నియంత్రకంగా వాడతారు.
ప్రశ్న 13.
ఏ తర్క ద్వారాలను సార్వత్రిక ద్వారాలు అంటారు?
జవాబు:
NAND ద్వారం మరియు NOR ద్వారా లను సార్వత్రిక ద్వారాలంటారు.
ప్రశ్న 14.
NAND ద్వారం నిజపట్టికను వ్రాయండి. AND ద్వారంతో ఇది ఏవిధంగా విభేదిస్తుంది?
జవాబు:
స్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు
ప్రశ్న 1.
n-రకం, p-రకం అర్ధవాహకాలు అంటే ఏమిటి? అర్ధవాహక సంధి ఏవిధంగా ఏర్పడుతుంది?
జవాబు:
n- రకం అర్ధవాహకాలు :
స్వచ్ఛమైన అర్ధవాహకానికి, పంచ సంయోజక మాలిన్యాలు ఆర్సనిక్, ఆంటిమోని, బిస్మత్ మొదలగువాటిని కలిపితే n-రకం అర్ధవాహకాలు అంటారు.
p-రకం అర్ధవాహకాలు :
స్వచ్ఛమైన అర్ధవాహకానికి, త్రిసంయోజక మాలిన్యాలు ఇండియమ్, గాలియమ్, అల్యూమినియమ్ మొదలగు వాటిని కలిపితే p-రకం అర్ధవాహకాలు ఏర్పడతాయి.
p-n సంధి ఏర్పడుట :
ఒక p-n సంధి ఏర్పడినప్పుడు, n – ప్రాంతంలోని ఎలక్ట్రాన్లు p-ప్రాంతం వైపుగా విసరణ చెంది, అక్కడ. ఉండే రంధ్రాలతో సంయోగం చెంది తటస్థీకృతం అవుతాయి. అదే విధంగా p- ప్రాంతంలోని రంధ్రాలు n ప్రాంతం వైపు విసరణ చెంది, అక్కడి ఎలక్ట్రాన్లతో సంయోగం చెంది తటస్థీకృతం అవుతాయి.
దీని ఫలితంగా సంధికి ఇరువైపులా ఎలాంటి ఆవేశ వాహకాలు లేని ఒక సన్నని ప్రదేశం ఏర్పడుతుంది. దీనిని లేమి పొర అంటారు.
సంధికి దగ్గరగా ఉన్న n- రకంవైపు ధనావేశం, p- వైపు రుణావేశం ఏర్పడుతుంది. అందువల్ల p-n సంధివద్ద పొటెన్షియల్ అవరోధం ఏర్పడుతుంది. ఈ పొటెన్షియల్ అవరోధం ఆవేశ వాహకాలు సంధి వద్ద విసరణ చెందకుండా నిరోధిస్తుంది.
ప్రశ్న 2.
p-n సంధి ప్రవర్తనను చర్చించండి. సంధి వద్ద అవరోధ శక్మం ఎలా వృద్ధిచెందుతుంది?
జవాబు:
ఒక p-n సంధి ఏర్పడినప్పుడు n – ప్రాంతంలోని ఎలక్ట్రాన్లు p- ప్రాంతం వైపుగా విసరణ చెంది, అక్కడి రంధ్రాలతో సంయోగం చెంది తటస్థీకృతం అవుతాయి. ఇదే విధంగా p- ప్రాంతంలోని రంధ్రాలు, n- ప్రాంతం వైపుగా విసరణ చెంది, అక్కడి ఎలక్ట్రాన్లతో సంయోగం చెంది తటస్థీకృతం అవుతాయి. ఫలితంగా సంధికి ఇరువైపులా ఎలాంటి ఆవేశ వాహకాలు లేని సన్నని పొర ఏర్పడుతుంది. దీనిని లేమి పొర అంటారు.
సంధి వద్ద n – ప్రాంతం వైపు ధనావేశం, p-ప్రాంతం వైపు రుణావేశం ఏర్పడతాయి. అందువల్ల సంధి వద్ద ఒక విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది. దీనిని పొటెన్షియల్ అవరోధం అంటారు.
సంధికి ఒక వైపు నుంచి రెండవ వైపుగా రంధ్రాలు గాని, ఎలక్ట్రాన్లు గాని విసరణ చెందకుండా ఈ అవరోధ పొటెన్షియల్ నిరోధిస్తుంది.
ప్రశ్న 3.
పురోశక్మం, తిరోశక్మంలలో సంధి డయోడ్ (I-V) అభిలక్షణాలను గీసి, వివరించండి.
జవాబు:
అనువర్తిత వోల్టేజి (V) మరియు డయోడ్ గుండా ప్రవహించే విద్యుత్ ప్రవాహం (1) గీసిన గ్రాఫ్ను డయోడ్ యొక్క అభిలక్షణ వక్రం అంటారు.
పురోబయాస్ వోల్టేజి (V) పెరిగిన కొద్దీ అవరోధ పొటెన్షియల్ తగ్గుతూ వస్తుంది. కాని మొట్టమొదట్లో (OA ప్రాంతం) విద్యుత్ ప్రవాహంలో వృద్ధి ఏమీ కనిపించదు. దీనికి కారణం అవరోధ పొటెన్షియల్ ఒకానొక పురోవోల్టేజి వద్ద విద్యుత్ ప్రవాహం చెప్పుకోదగినంతగా పెరగడం మొదలవుతుంది ఈ పురోవోల్టేజిని విచ్ఛేదన వోల్టేజి (లేదా) జాను వోల్టేజి అంటారు.
తిరోబయాస్లో స్వల్ప విద్యుత్ ప్రవాహానికి కారణం అల్పసంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు. అనువర్తిత తిరోవోల్టేజి, ఈ అల్ప సంఖ్యాక వాహకాలకు మాత్రం పురోబయాస్లో గా ఉంటుంది. అందువల్ల వ్యతిరేక దిశలో అతి స్వల్ప విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. తిరోవోల్టేజిని ఇంకా పెంచుకుంటూపోతే ఒకానొక వోల్టేజి వద్ద విద్యుత్ ప్రవాహంలో హఠాత్తుగా విపరీతమైన పెరుగుదల కనిపిస్తుంది. ఈ ప్రాంతాన్ని విచ్ఛేదన ప్రాంతం అంటారు.
ప్రశ్న 4.
అర్ధవాహక డయోడ్ను అర్ధ తరంగ ఏకధిక్కారిగా ఏవిధంగా ఉపయోగిస్తారో వర్ణించండి. [AP & TS. Mar.’16; Mar. ’14]
జవాబు:
- ఒకే ఒక డయోడ్ అర్ధతరంగ ఏకధిక్కరణిని నిర్మిస్తారు. ఏకధిక్కరణం చేయవలసిన a.cని పరివర్తకం ప్రాథమిక తీగచుట్టకు, భారనిరోధం R ను గౌణ తీగచుట్టకు కలుపుతారు. భారనిరోధం R వద్ద నిర్గమనాన్ని తీసుకుంటారు.
- ధన అర్ధచక్రానికి డయోడ్ పురోబయాస్లో వుండి, దాని గుండా విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది.
- రుణ అర్ధచక్రానికి డయోడ్ తిరోబయాస్లో వుండి, భారనిరోధం గుండా విద్యుత్ ప్రవహించదు.
- కాబట్టి డయోడ్ గుండా ధనాత్మక అర్ధచక్రంలో మాత్రమే విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. రుణాత్మక అర్ధచక్రంలోని విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని డయోడ్ నిరోధిస్తుంది. అందువలన కేవలం ధన అర్ధ తరంగం మాత్రమే నిర్గమనం చెందుతాయి.
- నిర్గమన d.c సామర్ధ్యానికి, నివేశ a.c సామర్థ్యానికి గల నిష్పత్తిని ఏకధిక్కరణి దక్షత అంటారు.
ప్రశ్న 5.
ఏకధిక్కరణం అంటే ఏమిటి? పూర్ణతరంగ ఏకధిక్కరణి పనిచేసే విధానాన్ని వివరించండి. [AP & TS. Mar: ’15]
జవాబు:
ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఏకముఖ విద్యుత్ ప్రవాహంగా మార్చే ప్రక్రియనే ఏకధిక్కరణం అంటారు. ఇందుకు వాడే పరికరాన్ని ఏకధిక్కరణి అంటారు.
- పూర్ణ తరంగ ఏకధిక్కరణిని రెండు డయోడ్లు D, మరియు D లతో నిర్మిస్తారు.
- పరివర్తకం గౌణ తీగచుట్ట C వద్ద సెంటర్ ట్యాప్ చేయబడి, దాని చివరలకు D మరియు D డయోడ్ల _p-ప్రాంతాలు కలపబడతాయి.
- భారనిరోధం RL వద్ద నిర్గమన వోల్టేజిని తీసుకుంటాం.
- ధన అర్ధచక్రానికి, D1 పురోబయాస్లో పనిచేసి భారనిరోధం RL గుండా విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. అదే కాలంలో డయోడ్ D2 తిరోబయాస్లో పనిచేసి అది స్విచ్ ఆఫ్ అవుతుంది.
- నివేశిత a.c యొక్క రుణ అర్ధచక్రాలకు డయోడ్ D2 పురోబయాస్లో లో పనిచేసి, RL, గుండా విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. అదే కాలంలో D1 తిరోబయాస్లో ఉండి స్విచ్ ఆఫ్ అవుతుంది.
- అందువల్ల నివేశిత యొక్క రెండు అర్ధ చక్రాలలోను కూడా, భారనిరోధం RL గుండా ప్రవహించే విద్యుత్ ప్రవాహం ఒకే దిశలో మాత్రమే ఉంటుంది.
- నిర్గమ d.c సామర్ధ్యానికి, నివేశ a.c సామర్థ్యానికి గల నిష్పత్తిని ఏకధిక్కరణి దక్షత అంటారు.
పూర్ణ తరంగ ఏకధిక్కరణి దక్షత 81.2 %
ప్రశ్న 6.
అర్ధ, పూర్ణ తరంగ ఏకధిక్కరణుల మధ్య భేదాలను తెల్పండి. [AP. Mar. ’17]
జవాబు:
అర్ధ తరంగ ఏకధిక్కరణి | పూర్ణ తరంగ ఏకధిక్కరణి |
1. ఒక డయోడు మాత్రమే ఉపయోగిస్తారు. | 1. రెండు డయోడ్లను ఉపయోగిస్తారు. |
2. కేవలం అర్ధ తరంగం మాత్రమే ఏకధిక్కరణ చెందుతుంది. | 2. పూర్ణ తరంగం ఏకధిక్కరణ చెందుతుంది. |
3. ఏకధిక్కరణి దక్షత η = \(\frac{0.406 \mathrm{R}_{\mathrm{L}}}{\mathrm{r}_{\mathrm{f}}+\mathrm{R}_{\mathrm{L}}}\) | 3. ఏకధిక్కరణి దక్షత η = \(\frac{0.812 \mathrm{R}_{\mathrm{L}}}{\mathrm{r}_{\mathrm{f}}+\mathrm{R}_{\mathrm{L}}}\) |
4. అర్ధంతరంగా ఏకధిక్కరణి దక్షత 40.6%. | 4. పూర్ణతరంగ ఏకధిక్కరణి దక్షత 81.2 %. |
5. నిర్గమనం విచ్ఛిన్నంగాను, స్పందనాత్మకంగా ఉంటుంది. | 5. నిర్గమనం అవిచ్ఛిన్నంగాను, స్పందనాత్మకంగా ఉంటుంది. |
ప్రశ్న 7.
జీనర్ భంజన వోల్టేజి, అవలాంచి (avalanche) భంజన వోల్టేజి మధ్య భేదాలను తెల్పండి.
జవాబు:
జీనర్ భంజన వోల్టేజి | అవలాంచి (avalanche) భంజన వోల్టేజి |
1. అధికంగా మాదీకరణం చెందిన డయోడ్లలో జీనర్ భంజన వోల్టేజి ఉంటుంది. | 1. అల్పంగా మాదీకరణం చెందిన డయోడ్లలో అవలాంచి భంజన వోల్టేజి ఉంటుంది. |
2. ఇది అల్ప తిరోబయాస్ వోల్టేజి వద్ద ఉంటుంది. | 2. ఇది అధిక తిరోబయాస్ వోల్టేజి వద్ద ఉంటుంది. |
3. క్షేత్ర ఉద్గారం వల్ల ఇది వస్తుంది. | 3. అభిఘాతాల వల్ల అయనీకరణచెంది ఇది వస్తుంది. |
4. లేమి పొర మందం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. | 4. లేమి పొర మందం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. |
ప్రశ్న 8.
స్వభావజ అర్ధవాహకాలలో రంధ్రాల వహనాన్ని వివరించండి.
జవాబు:
స్వచ్ఛమైన అర్ధవాహకాలను స్వభావజ అర్ధవాహకాలు అంటారు. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద సంయోజక పట్టీ ఎలక్ట్రాన్లతోను నిండి మరియు వహన పట్టీ ఖాళీగా ఉంటుంది. కాబట్టి అల్ప ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఇది బంధకంలాగా పనిచేస్తుంది.
ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొలది సంయోజక పట్టీలో ఎలక్ట్రాన్లు శక్తిని పొంది శక్తి అంతరాన్ని దాటి వహన పట్టీలోకి దూకుతాయి. సంయోజక పట్టీలో వాటిస్థానంలో ఖాళీ ఏర్పడుతుంది.
సంయోజక పట్టీలో ఖాళీని రంధ్రాలు (holes) అంటారు. రంధ్రాలు ధనావేశం కలిగి ఉంటాయి మరియు సంయోజక పట్టీలోనే చలిస్తాయి. దీని వల్ల రంధ్రాల విద్యుత్ ప్రవాహం ఏర్పడుతుంది.
దీనిలో ఫెరీశక్తిస్థాయి నిషిద్ధ శక్తి పట్టికి మధ్యలో ఉంటుంది.
ప్రశ్న 9.
ఫోటో డయోడ్ అంటే ఏమిటి? అది పనిచేసే విధానాన్ని వలయ సహాయంతో వివరించి, దాని I-V అభిలక్షణాలను గీయండి.
జవాబు:
ఫోటో డయోడ్ :
ఫోటో డయోడ్ ఆప్టో ఎలక్ట్రానిక్స్ పరికరం. దీనిలో ఫోటాన్లు ఉత్తేజితం చెందినప్పుడు విద్యుత్ వాహకాలు జనిస్తాయి.
పనిచేయువిధానం :
పారదర్శక కిటికీ ద్వారా డయోడ్పై కాంతి పడే విధంగా దీన్ని తయారుచేస్తారు. ఈ డయోడ్ను తిరోశక్మంలో పనిచేయిస్తారు. ఫోటో డయాడ్ను ఫోటానులతో ప్రదీపనం చేసినప్పుడు ఎలక్ట్రాను – రంధ్రాల జంటలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. సంధి వద్ద ఉన్న విద్యుత్ క్షేత్రం వల్ల ఎలక్ట్రాన్- రంధ్రాల పునఃసంయోగం కంటే ముందుగానే అవి వేరవుతాయి. అందువల్ల సంధి వల్ల తిరో విద్యుత్ ప్రవాహం ఉత్పత్తి అవుతుంది.
తిరోశక్యాన్ని అనువర్తించినట్లైతే పతన కాంతి తీవ్రతతో విద్యుత్ ప్రవాహంలో వచ్చే మార్పును చాలా సులభంగా గమనించవచ్చు. ఫోటో విద్యుత్ ప్రవాహంలో పెరుగుదల పతన కాంతి తీవ్రత పెరుగుదలపై ఆధారపడుతుంది.
ఫోటో డయోడ్ IV అభిలక్షణాలను పటం (b) లో చూడండి. ఫోటో విద్యుత్ ప్రవాహం పతన కాంతి తీవ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
ఉపయోగాలు :
- వీటిని కాంతి సంకేతాల శోధనకు ఫోటో శోధకంలాగా వాడవచ్చు.
- దృశా సంకేతాలను డీమాడ్యులేషన్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.
ప్రశ్న 10.
LED పనిచేసే విధానాన్ని వివరించండి. తక్కువ సామర్థ్యం ఉన్న సంప్రదాయ ఉష్ణదీప్త బల్బు (incandescent lamp) తో పోలిస్తే దీని లాభాలు ఏమిటి?
జవాబు:
కాంతి ఉద్గార డయోడ్:
విద్యుత్ శక్తిని, కాంతిశక్తిగా మార్చే కాంతి విద్యుత్ పరికరంను కాంతి ఉద్గార డయోడ్ అంటారు.
ఇది అధికంగా మాదీకరణం చెందిన p-n సంధి డయోడ్. దీనిలో స్వచ్ఛందంగా కాంతి ఉద్గారమవుతుంది. ఈ డయోడ్ పై పారదర్శక పొర ఉండుటచే ఉద్గార కాంతి బయటకు వస్తుంది.
పనిచేయు విధానం :
p-n సంధి డయోడ్ పురోబయాస్లో ఉన్నప్పుడు, సంధి వద్ద అధిక సంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలలో కదలిక వస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్లు n ప్రాంతం నుండి p- ప్రాంతానికి మరియు రంధ్రాలు p- ప్రాంతం నుండి n- ప్రాంతానికి పంపబడతాయి.
దీని ఫలితంగా సంధి వద్ద అధిక ఆవేశ వాహకాల గాఢత పెరుగుతుంది. సంధి వద్ద బయాస్ లేదు కాబట్టి అల్పసంఖ్యాక వాహకాలు సంధికి దగ్గరలో ఉన్న అధిక సంఖ్యాక వాహకాలతో పునఃసంయోగం చెందుతాయి. పునఃసంయోగం వల్ల శక్తి ఫోటాన్ల రూపంలో విడుదలవుతుంది.
ఉష్ణదీప్త కాంతి జనకాల కన్నా LED ల వల్ల లాభాలు :
- LED లు చాలా చవకైనవి మరియు దృఢమైనవి.
- అల్ప పనిచేసే వోల్టేజి, తక్కువ సామర్థ్యం.
- వేగవంతమైన చర్య, వేడెక్కడానికి సమయం అవసరం లేదు.
- వీటిని బల్గర్ అలారమ్లలో వాడతారు.
ప్రశ్న 11.
సౌర ఘటం పనిచేసే విధానాన్ని తెలిపి దాని I-V అభిలక్షణాలను గీయండి.
జవాబు:
సౌర ఘటం ప్రాథమికంగా ఒక p-n సంధి, సౌరశక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే పరికరాన్ని సౌరఘటం అంటారు.
దీనిలో సిలికాన్ (లేదా) జర్మేనియమ్ – ఆర్సెనిక్ p-n సంధి డయోడ్ను, పైన గాజు మూత గల క్యాన్లో అమర్చుతారు. పై పొరలో p-రకం అర్ధవాహకం ఉంటుంది. ఇది బాగా పలుచగా ఉంటుంది. కాబట్టి పతన కాంతి ఫోటాన్లు తేలికగా p-n సంధిని చేరతాయి.
పనిచేయు విధానం :
కాంతి సంధి వద్ద పతనం చెందినప్పుడు, అక్కడ ఎలక్ట్రాన్ రంధ్రాల (e-h) జంటలు జనిస్తాయి. సంధి వద్ద విద్యుత్ క్షేత్రం వల్ల ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు వ్యతిరేక దిశలలో చలిస్తాయి. తద్వారా p – వైపు ధనాత్మకం, n – వైపు రుణాత్మకం అయ్యి ఫోటో వోల్టేజిని ఇస్తాయి.
పై లోహపు ఎలక్ట్రోడ్ ధనాత్మకంగాను, అడుగున ఉన్న లోహపు ఎలక్ట్రోడ్ రుణాత్మకం అవుతాయి. ఈ లోహ ఎలక్ట్రోమ్లలకు భారనిరోధాన్ని కలిపితే ఫోటో విద్యుత్ భారం ద్వారా ప్రవహిస్తుంది.
I-V అభిలక్షణాలు:
సౌరఘటం విలక్షణ IV అభిలక్షణాలను చూపుతుంది. నిరూపక అక్షాల నాల్గవ భాగంలో ఘటం అభిలక్షణాలు గీస్తారు. ఎందుకంటే సౌరఘటం విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని నిరోధానికి సరఫరా చేస్తుందే గాని అది తీసుకోదు.
ఉపయోగాలు :
సౌరఘటాలను కాలిక్యులేటర్స్, చేతిగడియారాలలో కృత్రిమ ఉపగ్రహాలలోను ఉపయోగిస్తారు.
ప్రశ్న 12.
వివిధ రకాల ట్రాన్సిస్టర్ విన్యాసాలను పటాల సహాయంతో వివరించండి.
జవాబు:
ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క మూడు విన్యాసాలు
- ఉమ్మడి ఆధార విన్యాసం
- ఉమ్మడి ఉద్గార విన్యాసం
- ఉమ్మడి సేకరణి విన్యాసం
1) ఉమ్మడి ఆధార విన్యాసం :
ఉమ్మడి ఆధార విన్యాసంలో ఆధారంను భూమికి కలపబడుతుంది. ఆధారం నివేశ, నిర్గమనాలకు ఉమ్మడిగా ఉంటుంది. ఆధారం – ఉద్గారకం మధ్య నివేశనాన్ని ఇచ్చి ఆధారం – సేకరణి మధ్య నిర్గమనాన్ని తీసుకుంటారు.
2) ఉమ్మడి ఉద్గార విన్యాసం :
ఈ రకం విన్యాసంలో ఉద్గారకంను భూమికి కలుపుతారు. ఆధారం – ఉద్గారకంల మధ్య నివేశనాన్ని ఇచ్చి ఉద్గారకం సేకరణి మధ్య నిర్గమనాన్ని తీసుకుంటారు. ఉద్గారకం నివేశ, నిర్గమనాలకు ఉమ్మడిగా ఉంటుంది.
3) ఉమ్మడి సేకరణి విన్యాసం :
ఈ రకం విన్యాసంలో సేకరణిని భూమికి కలుపుతారు. సేకరణి నివేశ, నిర్గమనాలకు ఉమ్మడిగా ఉంటుంది. సేకరణి – ఆధారం మధ్య నివేశనాన్ని ఇచ్చి సేకరణి – ఉద్గారకం మధ్య నిర్గమనాన్ని తీసుకుంటారు.
ప్రశ్న 13.
ట్రాన్సిస్టర్ మీటగా ఎలా పనిచేస్తుందో వివరించండి.
జవాబు:
ట్రాన్సిస్టర్ స్విచ్ వలె పనిచేయడాన్ని అర్థం చేసుకుందాం.
i) మొత్తానికి Vi తక్కువైతే, ట్రాన్సిస్టర్ పురోబయాస్లో ఉండదు. Vcc వద్ద V0 అధికం.
ii) Vi అధికంగా ఉంటే, ట్రాన్సిస్టర్ సంతృప్త స్థితికి మారి, V0 తక్కువగా ఉంటుంది. అనగా సున్నాకు దగ్గరగా ఉంటుంది.
iii) ట్రాన్సిస్టర్ పనిచేయకపోతే అది స్విచ్ ఆఫ్గను మరియు సంతృప్త స్థితిని చేరితే స్విచ్ ఆన్ అంటారు.
iv) నివేశం తక్కువైతే నిర్గమనం ఎక్కువగాను, నివేశం ఎక్కువైతే, నిర్గమనం తక్కువగా ఉంటుందని చెప్పవచ్చు.
v) ట్రాన్సిస్టర్ను సంతృప్త స్థితిలో స్విచ్గా ఉపయోగించవచ్చు.
ప్రశ్న 14.
డోలకంగా ట్రాన్సిస్టర్ ఏ విధంగా పనిచేస్తుందో వివరించండి.
జవాబు:
i) డోలకంలో బాహ్య నివేశ సంకేతం లేకుండా a.c నిర్గమనాన్ని పొందవచ్చు.
ii) ట్రాన్సిస్టర్ VBB బ్యాటరీతో పురోబయాస్లో ఉన్నప్పుడు ఉద్గార – ఆధార వలయంలో L – C వలయాన్ని చేర్చాలి.
iii) L1 తీగచుట్టను సేకరణి – ఉద్గార వలయంలో చేర్చాలి. ఇది L లో సంయుగ్మంగా ఉంటుంది.
పనిచేయు విధానం:
- కీ (K) ని మూస్తే, L1 ప్రేరకం వల్ల బలహీన సేకరణి విద్యుత్ ప్రవాహం కాలంతో పాటు పెరుగుతుంది. ఫలితంగా L1 మరియు L లో అయస్కాంత అభివాహం పెరుగుతుంది.
- అన్యోన్య ప్రేరణ వల్ల, L లో విద్యుచ్ఛాలక బలం ప్రేరితమై C కెపాసిటర్ యొక్క పై పలకలో మారుతుంది. పర్యవసానంగా ఉద్గార – ఆధార వలయంను బలపరుస్తుంది.
- దీని ఫలితంగా ఉద్గార ప్రవాహం పెరుగుతుంది మరియు సేకరణి ప్రవాహం కూడా పెరుగుతుంది.
- దీని వలన, L1 మరియు L లలో అయస్కాంత అభివాహం అధికంగా పెరుగుతుంది.
- పై ప్రక్రియ కొనసాగుతూ సేకరణి ప్రవాహం గరిష్ఠ (లేదా) సంతృప్త స్థితిని చేరుతుంది.
- డోలకంలో ట్యూనింగ్ వలయం యొక్క అనునాద పౌనఃపున్యము
ν = \(\frac{1}{2 \pi \sqrt{L C}}\)
ప్రశ్న 15.
NAND, NOR ద్వారాలను నిర్వచించి వాటి నిజ పట్టికలను ఇవ్వండి. [TS. Mar.’17]
జవాబు:
NAND ద్వారం :
AND ద్వారం యొక్క నిర్గమనానికి NOT ద్వారంను కలిపితే NAND ద్వారంను పొందవచ్చు. NAND ద్వారంను సార్వత్రిక ద్వారం అంటారు.
- రెండు నివేశాలు అల్పమైతే, నిర్గమనం అధికం
A = 0, B = 0, X = 1 - ఏ నివేశనం అయినా అల్పమైతే, నిర్గమనం అధికం
A = 0, B = 1, X = 1
A = 1, B = 0, X = 1 - రెండు నివేశాలు అధికమైతే, నిర్గమనం అల్పం
A = 1, B = 1, X = 1
NOR ద్వారం :
OR ద్వారం యొక్క నిర్గమనానికి NOT ద్వారంను కలిపితే NOR ద్వారం ఏర్పడుతుంది. దీనిలో రెండు (లేదా) ఎక్కువ నివేశాలు మరియు ఒక నిర్గమనం ఉంటాయి.
- రెండు నివేశాలు అల్పమైతే, నిర్గమనం అధికం.
A = 0, B = 0, X = 1 - ఏ నివేశ నిర్గమనం అయినా అధికమైతే, నిర్గమనం అల్పం.
A = 0, B = 1, X = 0
A = 1, B = 0, X = 0 - రెండు నివేశాలు అధికమైతే, నిర్గమనం అల్పం.
A = 1, B = 1, X = 0
NOR ద్వారంను సార్వత్రిక ద్వారం అంటారు.
ప్రశ్న 16.
NOT ద్వారం పనితీరును వివరించి దాని నిజ పట్టికను ఇవ్వండి.
జవాబు:
NOT ద్వారం :
NOT ద్వారం ఆధార ద్వారం. దీనిలో ఒక నివేశం మరియు ఒక నిర్గమనం ఉంటాయి. NOT ద్వారంను ఇన్వర్టర్ అంటారు. NOT ద్వారం వలయ సంకేతాన్ని పటంలో చూడండి.
i) నివేశం అల్పమైతే నిర్గమనం అధికం
A = 0, X = \(\overline{\mathrm{0}}\) = 1
ii) నివేశం అధికమైతే నిర్గమనం అల్పం
A = 1, X = T = 0
దీర్ఘ సమాధాన ప్రశ్నలు
ప్రశ్న 1.
సంధి డయోడ్ అంటే ఏమిటి? సంధి వద్ద లేమి పొర ఎలా ఏర్పడుతుందో వివరించండి. వాలు, బయాస్, ఎదురు బయాస్లలో లేమి పొరలో వచ్చే మార్పులను వివరించండి.
జవాబు:
p-n సంధి డయోడ్ :
p- రకం అర్ధవాహకాన్ని, n- రకం అర్ధవాహకంతో తగిన విధంగా జతపరిస్తే p-n సంధి డయోడ్ ఏర్పడుతుంది.
p-n సంధి డయోడ్ వలయం సంకేతాన్ని పటంలో చూడండి.
సంధి వద్ద లేమి పొర ఏర్పదుట:
ఒక p-n సంధి ఏర్పడినప్పుడు n ప్రాంతంలోని స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్లు p- ప్రాంతంవైపుగా విసరణచెంది అక్కడ ఉండే రంధ్రాలలో తటస్థీకృతం అవుతాయి. ఇదే విధంగా p ప్రాంతంలోని రంధ్రాలు, n- ప్రాంతంవైపుగా విసరణచెంది, అక్కడి ఎలక్ట్రాన్లతో సంయోగం చెంది తటస్థీకృతం అవుతాయి. దీని ఫలితంగా సంధికి ఇరువైపులా, ఎలాంటి ఆవేశవాహకాలు లేని ఒక పలుచని పొర ఏర్పడుతుంది. దీనిని లేమిపొర అంటారు.
సంధికి దగ్గరగా ఉన్న n – రకం ధనావేశితం కావడం, p రకం రుణావేశితం కావడం జరుగుతుంది. దీని ఫలితంగా సంధి వద్ద విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది. దీనినే పొటెన్షియల్ అవరోధం అంటారు. సంధికి ఒక వైపునుండి రెండవ వైపుగా రంధ్రాలుగాని, ఎలక్ట్రాన్లుగాని విసరణ చెందకుండా ఈ అవరోధ పొటెన్షియల్ నిరోధిస్తుంది.
అవరోధ పొటెన్షియల్ విలువ (1) స్ఫటిక స్వభావం మీద (2) ఉష్ణోగ్రత మీద (3) మాదీకరణం పరిమాణం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది.
పురోబయాస్ :
“ఒక బ్యాటరీ ధన ధ్రువాన్ని p- ప్రాంతానికి, రుణధ్రువాన్ని n- ప్రాంతానికి కలిపితే, ఆ డయోడ్ పురోబయాస్లో ఉందని అంటారు”.
p – ప్రాంతంలోని రంధ్రాలు బ్యాటరీ ధనధ్రువం చేత వికర్షింపబడి, సంధివైపుగా ప్రయాణిస్తాయి. అదేవిధంగా n – ప్రాంతంలోని ఎలక్ట్రాన్లు బ్యాటరీ రుణ ధ్రువం చేత వికర్షింపబడి, సంధివైపుగా ప్రయాణిస్తాయి.
దీని ఫలితంగా లేమి పొర మందం తగ్గుతుంది. ఆవేశ వాహకాలు సంధిని దాటుట వల్ల వలయంలో విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది.
పురోబయాస్లో ఉన్నప్పుడు డయోడ్ నిరోధం చాలా తక్కువ. దీనిని స్విచ్ ఆన్ స్థితి అంటారు.
తిరోబయాస్ :
“ఒక బ్యాటరీ రుణ ధ్రువాన్ని p-ప్రాంతానికి, ధనధ్రువాన్ని an-ప్రాంతానికి కలిపితే ఆ డయోడ్ తిరోబయాస్లో ఉందని అంటారు.
p- ప్రాంతంలోని రంధ్రాలు బ్యాటరీ రుణ ధ్రువంచేత ఆకర్షింపబడి సంధి నుండి దూరంగా జరుగుతాయి. అదేవిధంగా n ప్రాంతంలోని ఎలక్ట్రాన్లు బ్యాటరీ ధన ధ్రువం వైపు ఆకర్షింపబడి సంధి నుండి దూరంగా జరుగుతాయి. దీని ఫలితంగా సంధి వద్ద లేమి పొర మందం పెరుగుతుంది. మరియు అవరోధ పొటెన్షియల్ కూడా పెరుగుతుంది. కాబట్టి p – n సంధి డయోడ్ నిరోధం పెరుగుతుంది. డయోడ్ తిరోబయాస్లో ఉంటే దానిని స్విచ్ ఆఫ్ స్థితి అంటారు.
ప్రశ్న 2.
ఏకధిక్కరణి అంటే ఏమిటి? పటాల సహాయంతో అర్ధ, పూర్ణ తరంగ ఏకధిక్కరణుల పనివిధానాన్ని వివరించండి.
జవాబు:
- ఒకే ఒక డయోడ్తో అర్ధతరంగ ఏకధిక్కరణిని నిర్మిస్తారు. ఏకధిక్కరణం చేయవలసిన a.c ని పరివర్తకం ప్రాథమిక తీగచుట్టకు, భారనిరోధం R ను గౌణ తీగచుట్టకు కలుపుతారు. భారనిరోధం R. వద్ద నిర్గమనాన్ని తీసుకుంటారు.
- ధన అర్ధచక్రానికి డయోడ్ పురోబయాస్లో వుండి, దాని గుండా విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది.
- రుణ అర్ధచక్రానికి డయోడ్ తిరోబయాస్లో వుండి, భారనిరోధం గుండా విద్యుత్ ప్రవహించదు.
- కాబట్టి డయోడ్ గుండా ధనాత్మక అర్ధచక్రంలో మాత్రమే విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. రుణాత్మక అర్ధచక్రంలోని విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని డయోడ్ నిరోధిస్తుంది. అందువలన కేవలం ధన అర్ధ తరంగం మాత్రమే నిర్గమనం చెందుతాయి.
- నిర్గమని d.c సామర్ధ్యానికి, నివేశ a.c సామర్థ్యానికి గల నిష్పత్తిని ఏకధిక్కరణి దక్షత అంటారు.
ఇక్కడ rf = డయోడ్ పురోనిరోధం, RL = భార నిరోధం
ఏకధిక్కరణి దక్షత 40.6%.
ఏకాంతర విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఏకముఖ విద్యుత్ ప్రవాహంగా మార్చే ప్రక్రియనే ఏకధిక్కరణ అంటారు. ఇందుకు వాడే పరికరాన్ని ఏకధిక్కరణి అంటారు.
- పూర్ణ తరంగ ఏకధిక్కరణిని రెండు డయోడ్లు D1 మరియు D2 లతో నిర్మిస్తారు.
- పరివర్తకం గౌణ తీగచుట్ట C వద్ద సెంటర్ ట్యాప్ చేయబడి, దాని చివరలకు D1 మరియు D2 డయోడ్ల p- ప్రాంతాలు కలపబడతాయి.
- భారనిరోధం RL వద్ద నిర్గమన వోల్టేజిని తీసుకుంటాం.
- ధన అర్ధచక్రానికి, D1 పురోబయాస్ లో పనిచేసి భారనిరోధం RL గుండా విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. అదే కాలంలో డయోడ్ D2 తిరోబయాస్లో పనిచేసి అది స్విచ్ ఆఫ్ అవుతుంది.
- నివేశిత a.c యొక్క రుణ అర్ధచక్రాలకు డయోడ్ D2 పురోబయాస్లో పనిచేసి, RL గుండా విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. అదే కాలంలో D1 తిరోబయాస్లో ఉండి స్విచ్ ఆఫ్ అవుతుంది.
- అందువల్ల నివేశిత యొక్క రెండు అర్ధ చక్రాలలోను కూడా, భారనిరోధం RL గుండా ప్రవహించే విద్యుత్ ప్రవాహం ఒకే దిశలో మాత్రమే ఉంటుంది.
- నిర్గమ d.c సామర్ధ్యానికి, నివేశ a.c సామర్థ్యానికి గల నిష్పత్తిని ఏకధిక్కరణి దక్షత అంటారు.
పూర్ణ తరంగ ఏకధిక్కరణి దక్షత 81.2 %
ప్రశ్న 3.
జీనర్ డయోడ్ అంటే ఏమిటి? దాన్ని వోల్టేజి నియంత్రణిగా ఎలా ఉపయోగిస్తారో వివరించండి.
జవాబు:
జీనర్ డయోడ్ :
ఇది అధికంగా మాదీకరణం చెందిన జర్మేనియం (లేదా) సిలికాన్ – సంధి డయోడ్. ఇది తిరోబయాస్లో విచ్ఛేదన ప్రాంతంలో పనిచేస్తుంది.
జీనర్ డయోడ్ వలయ సంకేతాన్ని పటంలో చూడండి.
జీనర్ డయోడ్ను వోల్టేజి నియంత్రకంగా వాడతారు. సాధారణంగా జీనర్ డయోడ్ను వలయాలలో తిరోబయాస్లో కలుపుతారు.
- ఒక నిరోధం R గుండా జీనర్ డయోడ్ని బ్యాటరీకి కలుపుతారు. జీనర్ డయోడ్ తిరోబయాస్లో ఉండేటట్లుగా బ్యాటరీ ధ్రువాలను డయోడ్కి కలుపుతాం.
- భారనిరోధం RL ను డయోడు సమాంతరంగా కలుపుతారు.
- భారనిరోధం RL లేనప్పుడు డయోడ్ కాలిపోకుండా, దాని గుండా ప్రవహించగలిగిన గరిష్ఠ విద్యుత్ ప్రవాహానికి, డయోడ్లోని ప్రవాహం పరిమితం అయ్యేటట్లుగా R విలువను ఎన్నుకుంటాం.
- ఇప్పుడు డయోడ్కు సమాంతరంగా కలిపిన భారనిరోధం తనగుండా ప్రవాహాన్ని లాగుకోంటుంది.
- అంటే మొత్తంలో విద్యుత్ ప్రవాహము డయోడ్లో తగ్గుతుంది. కాని భారనిరోధం వద్ద వోల్టేజి స్థిరంగా ఉంటుంది.
- నిర్గమన వోల్టేజిలోని హెచ్చు, తగ్గులను R నిరోధం సర్దుబాటు చేస్తుంది. భారనిరోధం వద్ద వోల్టేజి స్థిరంగా ఉంటుంది.
- భారనిరోధం RL మారుతున్నప్పుటికీ, జీనర్ డయోడికి సమాంతరంగా ఉండే వోల్టేజి స్థిరంగా ఉంటుంది. అందువల్ల జీనర్ డయోడ్ వోల్టేజి నియంత్రకంగా పనిచేస్తుంది.
- నివేశన ప్రవాహం I, జీనర్ ప్రవాహం IZ మరియు భార ప్రవాహం IL అయితే
I = IZ + IL ; Vనివేశ = IR + VZ
కాని Vనిర్గమ = VZ
∴ Vనిర్గమ = Vనివేశ – IR
ప్రశ్న 4.
ట్రాన్సిస్టర్ను వర్ణించి దాని పనితీరును వివరించండి.
జవాబు:
ట్రాన్సిస్టర్ :
ట్రాన్సిస్టర్ రెండు p- సంధులు ఒకదాని తర్వాత ఒకటి అమర్చినట్లు ఉండే పరికరం. ట్రాన్సిస్టర్ అనగా నిరోధం బదిలీ అని అర్ధం.
ట్రాన్సిస్టర్లో మూడు ప్రాంతాలు ఉంటాయి. అవి (1) ఉద్గారకం (2) ఆధారం (3) సేకరణి
(1) ఉద్గారకం (E) :
ట్రాన్సిస్టర్లో ఒక చివర ఉండే భాగాన్ని ఉద్గారకం అంటారు. ఇది అత్యధికంగా మాదీకరణం చెందిన ప్రాంతం. ఇది ఆవేశ వాహకాలను సప్లై చేస్తుంది.
(2) ఆధారం (B) :
ఇది ట్రాన్సిస్టర్లో మధ్యభాగం. ఇది చాలా తక్కువగా మాదీకరణం చెంది ఉంటుంది. చాలా పల్చగా ఉంటుంది. దీనిలోకి ప్రవేశించిన ఆవేశ వాహకాలు తటస్థీకరణం చెందకుండా సేకరణిలోనికి ప్రవేశిస్తాయి.
(3) సేకరణి (C) :
ఇది ట్రాన్సిస్టర్ రెండవ చివరిభాగం. ఇది ఒక మాదిరిగా మాదీకరణం చెంది ఉంటుంది. భౌతికంగా ఇది పెద్దదిగా ఉంటుంది. ఆధారం నుండి వచ్చే ఆవేశ వాహకాలను సేకరిస్తుంది.
గమనిక :
సాధారణంగా ఉద్గార సంధి పురోబయాస్లోను, సేకరణిసంధి తిరోబయాస్లోను ఉంటుంది.
p-n-p ట్రాన్సిస్టర్ పనిచేయు విధానం :
ఇందులో ఆధారభాగం n- రకంతోను, ఉద్గార మరియు సేకరణి భాగాలు p-రకంతోను తయారవుతాయి. p-n-p ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క వలయ సంకేతాన్ని పటంలో చూడండి.
బ్యాటరీ ధనధ్రువాన్ని ఉద్గారకానికి, రుణధ్రువాన్ని ఆధారానికి కలిపి ఉద్గార సంధికి పురోబయాస్ని అనువర్తిస్తారు. అదే విధంగా రెండవ బ్యాటరీ రుణ ధ్రువాన్ని సేకరణికి, ధనధ్రువాన్ని ఆధారానికి కలిపి సేకరణి సంధికి తిరోబయాస్ ను అనువర్తిస్తారు.
ఉద్గారకం (p-ప్రాంతం) లోని రంధ్రాలు బ్యాటరీ ధన ధ్రువం చేత వికర్షింపబడి, ఉద్గారసంధిని దాటి ఆధారంలోకి ప్రవేశిస్తాయి. దీనివల్ల ఉద్గార విద్యుత్ (IE) జనిస్తుంది. ఆధారంలోకి చేరిన రంధ్రాలలో కొన్ని అక్కడి ఎలక్ట్రాన్లచే తటస్థీకృతం అవుతాయి. ఫలితంగా ఆధార విద్యుత్ ప్రవాహం (IB) జనిస్తుంది. ఆధారంలోకి ప్రవేశించిన రంధ్రాలలో అధికభాగం తటస్థం చెందకుండా సేకరణిలోకి ప్రవేశిస్తాయి. ఈ రంధ్రాలను బ్యాటరీరుణధ్రువం తనవైపుకు లాక్కుంటుంది. ఇందువల్ల సేకరణి విద్యుత్ ప్రవాహం (IC) జనిస్తుంది.
IE = IB + IC
p-n-p ట్రాన్సిస్టర్ లోపల ఆవేశ వాహకాలు రంధ్రాలు, కాని బాహ్యవలయంలో ఆవేశ వాహకాలు ఎలక్ట్రాన్లు.
n-p-n ట్రాన్సిస్టర్ :
దీనిలో ఆధారభాగం p-రకంతోను, ఉద్గారకం మరియు సేకరణి భాగాలు n-రకం అర్ధవాహకాలతో తయారవుతాయి. n-p-n ట్రాన్సిస్టర్ వలయ సంకేతాన్ని పటంలో చూడండి.
బ్యాటరీ రుణధ్రువాన్ని ఉద్గారానికి, ధనధ్రువాన్ని ఆధారానికి కలిపి ఉద్గారసంధి పురోబయాస్లో లో ఉండేటట్లు చేస్తారు. ఇదే విధంగా రెండవ బ్యాటరీ రుణధ్రువాన్ని ఆధారానికి, ధనధ్రువాన్ని సేకరణికి కలిపి సేకరణి సంధి తిరోబయాస్లో ఉండేట్లు చేస్తారు.
ఉద్గారకం (n-ప్రాంతం) లోని ఎలక్ట్రాన్లు బ్యాటరీ రుణ ధ్రువం చేత వికర్షింపబడి, ఉద్గార సంధిని దాటుతాయి. దీని వల్ల ఉద్గార విద్యుత్ ప్రవాహం (IE) ఏర్పడుతుంది. ఆధారంలోకి ప్రవేశించిన కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు అక్కడి రంధ్రాలతో సంయోగం చెంది తటస్థీకృతం అవుతాయి. దీనివల్ల ఆధారప్రవాహం (IB) జనిస్తుంది.
అధిక సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్లు సేకరణి సంధిని దాటి, సేకరణిలోకి ప్రవేశిస్తాయి. రెండవ బ్యాటరీ ధనధ్రువం, ఈ ఎలక్ట్రాన్లను తనవైపు లాక్కొని, సేకరణి విద్యుత్ ప్రవాహం (IC) కారణమవుతుంది.
IE = IB + IC
n-p-n ట్రాన్సిస్టర్ లోపల మరియు వెలుపల ఆవేశ వాహకాలు ఎలక్ట్రాన్లు.
ప్రశ్న 5.
వర్ధనం అంటే ఏమిటి? ఉమ్మడి ఉద్గారక వర్ధకం పనిచేసే విధానాన్ని అవసరమైన పటం సహాయంతో వివరించండి.
జవాబు:
వర్ధనం :
బలహీనమయిన ఒక సంకేత బలాన్ని పెంచే ప్రక్రియను వర్ధనం అంటారు. ఈ పనిచేసే పరికరాన్ని వర్ధకం అంటారు.
ఈ పద్ధకాలు రెండు (1) సామర్థ్య వర్ధకాలు (2) వోల్టేజి వర్ధకం
వర్ధన గుణకం :
నిర్గమ వోల్టేజికి, నివేశన వోల్టేజికి గల నిష్పత్తిని వర్ధన గుణకం అంటారు.
A = \(\frac{V_0}{V_i}\)
ఉమ్మడి ఉద్గార్ ట్రాన్సిస్టర్ వర్ధకం:
n-p-n ఉమ్మడి ఉద్గార వర్ధక వలయాన్ని పటంలో చూడండి. ఈ వలయంలో బ్యాటరీ VBB ద్వారా ఆధార ఉద్గార సంధికి అవసరమైన బయాస్ వోల్టేజి VBE సమకూరుతుంది. బ్యాటరీ VCC ద్వారా సేకరణి ఉద్గారకాల మధ్య VCE పొటెన్షియల్ భేదం ఏర్పడుతుంది. ఉద్గార సంధి పురోబయాస్లోను, సేకరణిసంధి తిరోబయాస్లోను ఉన్నాయి. ఉద్గారకం నుండి వెలువడే ఎలక్ట్రాన్లు దాదాపు అన్నీ ఆధారప్రాంతాన్ని దాటి సేకరణిలోకి ప్రవేశిస్తాయి.
వర్ధనం చెందవలసిన నివేశన సంకేతం ఆధార వలయంలో బ్యాటరీ VBB తో శ్రేణిలో కలపబడి ఉంటుంది. భారనిరోధం RL ని సేకరణి వలయంలో కలిపి ఉంచుతాయి. నిర్గమన వోల్టేజిని RL కు సమాంతరంగా తీసుకుంటారు.
నివేశ సంకేతం కారణంగా, ఆధారం – ఉద్గారకం వోల్టేజి VBE మారుతుంది. దానికి అనురూపంగా ఆధార ప్రవాహం (IB) కూడా మారుతూ ఉంటుంది. దీనివల్ల సేకరణి ప్రవాహం (∆IC) లో పెద్దగా మార్పు వస్తుంది. RL వద్ద సేకరణి, ఉద్గారకంలోని వోల్టేజిలో మార్పు (∆VCE) ను తీసుకుంటారు. ఈ విధంగా RL వద్ద వర్ధనం చెందిన వోల్టేజిని పొందవచ్చు.
ప్రవాహ లాభం (β) :
సేకరణి ప్రవాహంలో మార్పుకు మరియు ఆధార ప్రవాహంలో మార్పుకు గల నిష్పత్తిని ప్రవాహ లాభం అంటారు. β = \(\frac{\Delta \mathrm{I}_{\mathrm{C}}}{\Delta \mathrm{I}_{\mathrm{B}}}\)
వోల్టేజి లాభం (AV) :
నిర్గమన వోల్టేజిలో మార్పుకు (∆VCE) మరియు నివేశ వోల్టేజిలో మార్పుకు గల నిష్పత్తిని వోల్టేజి లాభం అంటారు.
సామర్ధ్య లాభం :
ప్రవాహ లాభం, వోల్టేజి లాభాల నిష్పత్తిని సామర్ధ్య లాభం అంటారు.
సామర్ధ్య లాభం (Ap) = ప్రవాహ లాభం × వోల్టేజి లాభం.
ప్రశ్న 6.
రెండు డయోడ్లను ఉపయోగించి OR ద్వారాన్ని గీసి దాని పనితీరును వివరించండి. OR ద్వారం నిజ పట్టికను, తర్క సంకేతాన్ని వ్రాయండి.
జవాబు:
OR ద్వారం :
ఈ ద్వారం రెండు నివేశిత టెర్మినల్లు, ఒక నిర్గమన టెర్మినల్ కలిగి ఉంటుంది. రెండు నివేశాలు తక్కువైతే, నిర్గమనం కూడా తక్కువ అవుతుంది. ఒక నివేశిత టెర్మినల్ ఎక్కువ (లేదా) రెండు నివేశాలు ఎక్కువైతే, నిర్గమనం కూడా ఎక్కువ. OR ద్వారం సత్యపట్టికను పటంలో చూడండి.
A | B | Q = A + B |
తక్కువ | తక్కువ | తక్కువ |
ఎక్కువ | తక్కువ | ఎక్కువ |
తక్కువ | ఎక్కువ | ఎక్కువ |
ఎక్కువ | ఎక్కువ | ఎక్కువ |
నివేశాలు | నిర్గమనం | |
A | B | Q = A + B |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 1 | 1 |
సత్యపట్టికలో ఇచ్చిన లాజిక్ ప్రమేయాన్ని A OR B ద్వారా రాయాలి. ‘OR’ లాజిక్ ప్రమేయాన్ని కూడిక ద్వారాచూపాలి. Q = A + B
డయోడ్లను ఉపయోగించి OR ద్వారాన్ని పొందుట :
D1, D2 లు రెండు డయోడ్లు, పొటెన్షియల్ 5V విలువను ఒకటిగాను IV పొటెన్షియల్ను సున్నాగాను గుర్తించాలి.
A = 0, B = 0 అయితే రెండు డయోడ్లు తిరోబయాస్లో ఉండి, వాటి గుండా విద్యుత్ ప్రవహించదు. అందువల్ల Q వద్ద పొటెన్షియల్ సున్నా అవుతుంది. i. e., Q = 0.
A = 1, B = 0 అయినప్పుడు D1 పురోబయాస్ చెంది, A = 0, B = 1 అయినప్పుడు D, పురోబయాస్ల్చెంది, A = 1, B = 1 అయినప్పుడు రెండు డయోడ్లు D1 మరియు పురోబయాస్ చెంది, R గుండా విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది. దీని వల్ల నిర్గమనంలో Q = 1 అవుతుంది. నిర్గమన విలువలు OR ద్వారానికి సమానంగా ఉండటం గుర్తించవచ్చు.
ప్రశ్న 7.
రెండు డయోడ్లతో ప్రాథమిక AND వలయాన్ని గీసి దాని పనితీరును వివరించండి.
జవాబు:
AND ద్వారం :
AND ద్వారం రెండు నివేశిత టెర్మినల్లు ఒక నిర్గమ టెర్మినల్ కలిగి ఉంటుంది.
రెండు నివేశాలు తక్కువ (లేదా) ఏ ఒక్క నివేశిత విలువ తక్కువైనా నిర్గమనం తక్కువ.
రెండు నివేశాలు ఎక్కువ అయినప్పుడు మాత్రమే నిర్గమనం ఎక్కువ.
లాజిక్ ప్రమేయాన్ని AND అనేది చుక్క (Dot) ద్వారా సూచించినట్లయితే Q = A.B గా గుర్తించాలి.
వలయంలో వాడే AND ద్వారాన్ని పటంలో చూడండి. AND లాజిక్ ప్రమేయాన్ని గుణింతంలో పోల్చవచ్చు.
నివేశాలు | నిర్గమనం | |
A | B | Q = A.B |
తక్కువ | తక్కువ | తక్కువ |
ఎక్కువ | తక్కువ | తక్కువ |
తక్కువ | ఎక్కువ | తక్కువ |
ఎక్కువ | ఎక్కువ | ఎక్కువ |
నివేశాలు | నిర్గమనం | |
A | B | Q = A.B |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 1 | 1 |
డయోడ్ ద్వారా AND ద్వారాన్ని పొందడం :
D1 మరియు D2 లు డయోడ్లు. 5 V గల పొటెన్షియల్ను లాజిక్ ఒకటిగాను, V గల పొటెన్షియల్ను లాజిక్ సున్నాగాను గుర్తించాలి.
A = 0, B = 0 విలువలు డయోడ్లు D1, D2 లకు ఇచ్చినప్పుడు అవి పురోబయాస్ చెంది, మూయబడిన స్విచ్లుగా పనిచేస్తాయి. కాబట్టి నిర్గమనంలో విలువ సున్నా (Q = 0) వస్తుంది.
ఎప్పుడైనా A = 0 (లేదా) B = 0 అయితే D1 (లేదా) D2 డయోడ్లు పురోబయాస్ చెంది నిర్గమనం (Q = 0) సున్నా అవుతుంది.
A = 1, B = 1 అయినప్పుడు రెండు డయోడ్లు తిరోబయాస్లో ఉండి తెరచిన స్విచ్లు వలె పనిచేస్తాయి. అప్పుడు నిర్గమనం Q = 1 అవుతుంది. దీని నిర్గమనం AND ద్వారం నిర్గమనం వలె ఉంది.
మాదీకరణం చేయడం వల్ల అర్ధవాహక వాహకత్వంలోని మార్పు :
ఒక పరిశుద్ధమైన చతుస్సంయోజక అర్ధవాహకానికి, పంచసంయోజక మాలిన్యాన్ని (ఆర్సెనిక్) కలిపితే n రకం అర్ధవాహకం ఏర్పడుతుంది. ఆర్సెనిక్ పరమాణువులో ఐదు సంయోజక ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి. కాని ప్రక్కనే ఉన్న జెర్మేనియం పరమాణువుతో సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరచడానికి నాలుగు ఎలక్ట్రాన్లు సరిపోతాయి. అందువల్ల ఐదవ, ఎలక్ట్రాన్, కేంద్రంతో బలహీనమైన బంధం కలిగి స్వేచ్ఛగా ఉంటుంది. అందువల్ల విద్యుద్వహనానికి, అదనంగా ఒక ఎలక్ట్రాను లభిస్తోంది. ఫలితంగా అర్ధవాహకం వాహకత పెరుగుతుంది.
అదే విధంగా జెర్మేనియంకు ఇండియమ్ వంటి త్రిసంయోజక మాలిన్యాలను కలిపినప్పుడు p- రకం అర్ధవాహకం ఏర్పడుతుంది. ఇండియమ్ పరమాణువు సంయోజనీయ పట్టీలో రంధ్రం విద్యుద్వహనానికి తోడ్పడుతుంది. అందువల్ల అర్ధవాహకం వాహకత పెరుగుతుంది.
ప్రశ్న 8.
మాదీకరణం అర్ధవాహకాలలో వాహకత్వాన్ని ఎలా పెంచుతుందో వివరించండి?
జవాబు:
శుద్ధమైన అర్ధవాహకానికి కొద్ది మోతాదులో మాలిన్యాలను కలపడం ద్వారా వాహకతను చాలా రెట్లు పెంచవచ్చు. అటువంటి పదార్థాలను అస్వభావజ అర్ధవాహకాలు అంటారు.
ఎంపికచేసిన మాలిన్యాలను ఉద్దేశపూర్వకంగా కలపడాన్ని మాదీకరణం అంటారు. మాలిన్యపదార్థ పరమాణువులు స్ఫటికంలోని మౌలిక అర్ధవాహక పరమాణువుల స్థానాల్లో చాలా కొన్ని స్థానాలను మాత్రమే ఆక్రమిస్తాయి.
జర్మేనియం, సిలికాన్ ను మాదీకరణం చేయడంలో రెండు రకాల మాలిన్యాలను ఉపయోగిస్తారు. (i) పంచసంయోజక మాలిన్యాలు ఆర్సెనిక్ (AS), ఆంటిమొని (Sb), ఫాస్పరస్ (P) మొదలైనవి (ii) త్రిసంయోజక మాలిన్యాలు ఇండియమ్ (In), బోరాన్ (B), అల్యూమినియమ్ (A/I) మొదలగునవి.
పంచ మరియు త్రిసంయోజనీయ మాలిన్యాలను Si (లేదా) Geకు కలిపినప్పుడు (i).n-రకం మరియు (ii) p-రకం అర్ధవాహకాలు ఏర్పడతాయి.
(i) n- రకం అర్ధవాహకం :
సిలికాన్ (లేదా) జర్మేనియమ్క పంచసంయోజక మాలిన్యాలను చేర్చామనుకొనుము. 5 సంయోజకత ఉన్న పరమాణువు (Si), స్ఫటిక జాలకంలో పరమాణుస్థానాన్ని ఆక్రమించినప్పుడు, దాని నాలుగు ఎలక్ట్రాన్లు నాలుగు పరిసరసిలికాన్ పరమాణువులతో బంధాలను ఏర్పరచుకోగా, మిగిలిన ఐదో ఎలక్ట్రాను మలిన పదార్ధపు పరమాణువుతో బలహీనంగా బంధితమై ఉంటుంది.
ఫలితంగా ఐదవ ఎలక్ట్రానును స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రానుగా చేయడానికి కావలసిన అయనీకరణ శక్తి చాలా స్వల్పంగా ఉంటుంది. గది ఉష్ణోగ్రత వద్దే ఎలక్ట్రాను స్వేచ్ఛగా అర్ధవాహక జాలకంలో చలించగలుగుతుంది.
తగినస్థాయిలో మాదీకరణం చేయడం వల్ల వాహక ఎలక్ట్రానుల సంఖ్యను (n) రంధ్రాసంఖ్య (n) కంటే అధికంగా చేయవచ్చు. అందువలన దీనిలో ఎలక్ట్రాన్లు అల్పసంఖ్యాక ఆవేశవాహకాలు, రంధ్రాలు అల్పసంఖ్యాక వాహకాలుగా ఉంటాయి.
(i) p- రకం అర్ధవాహకం :
సిలికాన్ (లేదా) జర్మేనియమ్క త్రిసంయోజక మాలిన్యాలైన అల్యూమినియమ్ (AI), ఇండియమ్ (In), బోరాన్(B), మొదలైన వాటితో మాదీకరణంచేస్తే p- రకం అర్ధవాహకాలు ఏర్పడతాయి.
Si (లేదా) Ge కంటే మాలిన్య పదార్ధంలో ఒక సంయోజక ఎలక్ట్రాన్ తక్కువ కాబట్టి మాలిన్య పరమాణువు చుట్టూ ఉన్న మూడు Si పరమాణువులతో సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరుస్తుంది.
ప్రక్కన ఉన్న నాల్గవ Si పరమాణువుతో బంధం ఏర్పాటుకు దీని వద్ద మరొక ఎలక్ట్రాను ఉండదు. కాబట్టి నాల్గవ Si పరమాణువుకు, త్రిసంయోజక పరమాణువుకు ఉన్న బంధంలో ఖాళీ (లేదా) రంధ్రం ఏర్పడుతుంది. దగ్గరలో ఉన్న పరమాణువులోని బాహ్య కక్ష్యలో ఉన్న ఎలక్ట్రాను ఈ ఖాళీని భర్తీ చేయడానికి దూకవచ్చు. ఈ క్రమంలో దూకిన ఎలక్ట్రాను స్థానంలో ఖాళీ (లేదా) రంధ్రం ఏర్పడుతుంది. అంటే వహనానికి రంధ్రం అందుబాటులో కలదు. ఈ రంధ్రాలు స్వభావజంగా ఉత్పత్తి అయిన రంధ్రాలకు అదనం. అందువల్ల ఈ రకం పదార్థాలలో రంధ్రాలు అధిక సంఖ్యాక వాహకాలుగా, ఎలక్ట్రానులు అల్పసంఖ్యాక వాహకాలుగా ఉంటాయి.
అర్ధవాహకాల శక్తి పట్టీ నిర్మాణం మాదీకరణ వల్ల ప్రభావితం అవుతుంది. అస్వభావజ అర్ధవాహకాలలో దాతమాలిన్యాలు (ED), గ్రహీత మాలిన్యాలు (EA) కారణంగా అదనపు శక్తిస్థాయిలు కూడా వ్యవస్థితమవుతాయి.
లెక్కలు Problems
ప్రశ్న 1.
ఒక అర్థంతరంగ ఏకాధిక్కరణిలో 20 ఓమ్ల అంతరనిరోధం ఉన్న p-n సంధి డయోడ్ను ఉపయోగించారు. ఆ వలయంలో 2 ఓమ్ల భార నిరోధాన్ని వాడితే, ఆ అర్ధ తరంగ ఏకధిక్కరణి దక్షతను కనుక్కోండి.
సాధన:
అంతర నిరోధం (rf) = 20Ω
RL = 2kΩ = 2000Ω
ప్రశ్న 2.
పూర్ణతరంగ p-n సంధి డయోడ్ ఏకధిక్కరణి 1300 ఓమ్ భారనిరోధాన్ని ఉపయోగించుకొంటుంది. ప్రతీ డయోడ్ అంతరనిరోధం 9 ఓమ్లు. ఈ పూర్ణతరంగ ఏకధిక్కరణి దక్షతను కనుక్కోండి.
సాధన:
ఇచ్చినది RL = 1300Ω
rf = 9Ω
ప్రశ్న 3.
సేకరిణి విద్యుత్ ప్రవాహంలో మార్పు 1mA, ఆధారం ప్రవాహంలో మార్పు 20µA ఉన్నప్పుడు ప్రవాహ వర్ధన కారం β (beta) ను కనుక్కోండి.
సాధన:
సేకరిణి విద్యుత్ ప్రవాహంలో మార్పు (∆IC) = 1mA = 10-3 A
ఆధారం ప్రవాహంలో మార్పు (∆IB) = 20 µA = 20 × 10-6
ప్రశ్న 4.
ఒక ట్రాన్సిస్టర్ వర్ధకానికి సేకరిణి భారనిరోధం R = 2k ohm, నివేశ నిరోధం R = 1 K ohm గా ఉన్నాయి. ప్రవాహవృద్ధి 50 అయితే వర్ధకం వోల్టేజి వృద్ధిని గణించండి.
సాధన:
RL = 2kΩ = 2 × 10³Ω
Ri = 1kΩ = 1 × 10³Ω
β = 50.
అభ్యాసాలు Textual Exercises
ప్రశ్న 1.
n- రకం సిలికాన్కు సంబంధించి కింది ప్రవచనాలలో ఏది ఒప్పు?
(a) ఎలక్ట్రానులు అధికసంఖ్యాక వాహకాలు, త్రిసంయోజక పరమాణువులు మాలిన్యాలు.
(b) ఎలక్ట్రానులు అధికసంఖ్యాక వాహకాలు, పంచ సంయోజక పరమాణువులు మాలిన్యాలు.
(c) రంధ్రాలు అల్పసంఖ్యాక వాహకాలు పంచ సంయోజక పరమాణువులు మాలిన్యాలు.
(d) రంధ్రాలు అధికసంఖ్యాక వాహకాలు, త్రిసంయోజక పరమాణువులు మాలిన్యాలు.
సాధన:
(c). n- రకం అర్ధవాహకాలను పొందుటకు Ge (లేదా) Si కు పంచసంయోజక మాలిన్యాలను కలపాలి. n- రకం 3 అర్ధవాహకాలలో ఎలక్ట్రాన్లు అధిక సంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు మరియు రంధ్రాలు అల్పసంఖ్యాక వాహకాలు.
ప్రశ్న 2.
p-రకం అర్ధవాహకాలకు 1 ప్రశ్నలో ఇచ్చిన ప్రవచనాలలో ఏ ప్రవచనం సరైనది?
సాధన:
Ge (లేదా) Si కు త్రిసంయోజక మాలిన్యాలను కలిపితే p- రకం అర్ధవాహకాలను పొందవచ్చు. P రకంలో రంధ్రాలు అధిక సంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు మరియు ఎలక్ట్రాన్లు అల్పసంఖ్యాక ఆవేశ వాహకాలు.
ప్రశ్న 3.
కార్బన్, సిలికాన్, జర్మేనియంలలో ప్రతిదాని సంయోజక ఎలక్ట్రానుల సంఖ్య నాలుగు. వాటి సంయోజక, వాహక పట్టీల మధ్య శక్తి అంతరం వరసగా (Eg)C, (Eg)Si, (Eg)Ge గా ఉన్నాయి. ఈ శక్తి అంతరాలతో వీటి లక్షణాలను చెప్పవచ్చు. కింద ఇచ్చిన ప్రవచనాలలో ఏది సరైనది?
(a) (Eg)Si < (Eg)Ge < (Eg)C
(b) (Eg)C < (Eg)Ge > (Eg)Si
(c) (Eg)C > (Eg)Si > (Eg)Ge
(d) (Eg)C = (Eg)Si = (Eg)Ge
సాధన:
(c). శక్తి అంతర పట్టీ కార్బను అధికంగా ఉంటుంది. సిలికాన్కు తక్కువగా ఉంటుంది. జెర్మేనియమ్కు కనిష్ఠంగా ఉంటుంది.
ప్రశ్న 4.
బయాస్ చేయని (unbiased) p-n సంధిలో, రంధ్రాలు p-ప్రాంతం నుంచి n-ప్రాంతం వైపు విసరణ చెందడానికి కారణం
(a) n- ప్రాంతంలోని స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రానులు వాటిని ఆకర్షిస్తాయి.
(b) పొటెన్షియల్ భేదం కారణంగా అవి సంధి గుండా చలిస్తాయి.
(c) p- ప్రాంతంలో రంధ్రాల గాఢత n- ప్రాంతంతో పోలిస్తే ఎక్కువ.
(d) పైవి అన్నీ.
సాధన:
(c). బయాస్ లేని p-n సంధి వద్ద, ఆవేశ వాహకాలు అధిక సాంద్రత ఉన్న ప్రాంతంనుండి అల్పసాంద్రత ఉన్న వైపుకు విసరణ చెందుతాయి. p-ప్రాంతంలో రంధ్రాల సాంద్రత, n-ప్రాంతంలో ఎలక్ట్రాన్ల సాంద్రత కన్నా అధికం.
ప్రశ్న 5.
p- సంధికి పురోశక్మం అనువర్తించినపుడు, అది
(a) అవరోధ శక్మాన్ని పెంచుతుంది.
(c) అవరోధ శక్మాన్ని తగ్గిస్తోంది.
(b) అధిక సంఖ్యాక వాహకాల ప్రవాహాన్ని శూన్యానికి తగ్గిస్తోంది.
(d) పైన పేర్కొన్నవి ఏవీ కావు.
సాధన:
(c). p–n సంధి పురోబయాస్లో ఉన్నప్పుడు, అనువర్తిత వోల్టేజి, అవరోధ వోల్టేజిని వ్యతిరేకిస్తుంది. అందువలన పొటెన్షియల్ అవరోధము సంధి వద్ద తగ్గుతుంది.
ప్రశ్న 6.
ట్రాన్సిస్టర్ చర్యకు క్రింది ఇచ్చిన ప్రవచనాలలో ఏది సరైనది?
(a) ఆధారం, ఉద్గారకం, సేకరిణి ప్రాంతాలు ఒకే విధమైన పరిమాణం, మాదీకరణ గాఢత కలిగి ఉండాలి.
(b) ఆధారం ప్రాంతం చాలా పలుచగా, ‘తక్కువ మాదీకరణతో ఉండాలి.
(c) ఉద్గారకం సంధి పురోశక్మంలో, సేకరిణి సంధి తిరోశక్మంలో ఉండాలి.
(d) ఉద్గారకం, సేకరిణి సంధులు రెండూ పురోశక్మంలోనే ఉండాలి.
సాధన:
నివేశ నిరోధము, సేకరణి ప్రవాహంనకు విలోమానుపాతంలో ఉండును. సేకరణి ప్రవాహం అధికంగా ఉంటే, Rనివేశ తక్కువగా ఉంటుంది. ఆధార ప్రాంతం పలుచగా ఉండి, తక్కువగా మాదీకరణం చెంది ఉంటుంది. ట్రాన్సిస్టర్లో ఉద్గారసంధి పురోబయాస్లో ను సేకరణి సంధి తిరోబయాస్లోను ఉంటుంది.
ప్రశ్న 7.
ట్రాన్సిస్టర్ వర్ధకానికి, వోల్టేజి వృద్ధి
(a) అన్ని పౌనఃపున్యాలకు స్థిరంగా ఉంటుంది.
(b) అధిక, అల్ప పౌనఃపున్యాల వద్ద ఎక్కువగా ఉండి మధ్యస్థ పౌనఃపున్యాల వద్ద స్థిరంగా ఉంటుంది.
(c) అధిక, అల్ప పౌనఃపున్యాల వద్ద తక్కువగా ఉండి మధ్యస్థ పౌనఃపున్యాల వద్ద స్థిరంగా ఉంటుంది.
(d) పైవి ఏవీ కావు.
సాధన:
(c). అధిక మరియు అల్ప పౌనఃపున్యాల వద్ద వోల్టేజి లాభం తక్కువ మరియు మధ్య పౌనఃపున్యాల వద్ద స్థిరంగా ఉంటుంది.
ప్రశ్న 8.
అర్ధ తరంగ ఏకధిక్కరణంలో నివేశ పౌనఃపున్యం 50 Hz అయితే నిర్గమ పౌనఃపున్యం ఎంత ? ఇంతే నివేశ పౌనఃపున్యం ఉన్నప్పుడు పూర్ణతరంగ ఏకధిక్కరణి ఎంత నిర్గమ పౌనఃపున్యాన్ని ఇస్తుంది?
సాధన:
అర్ధతరంగ ఏకధిక్కారిలో నిర్గమ a.c లో అర్ధ తరంగం మాత్రమే ఏకధిక్కరణ జరుగుతుంది. కాని పూర్ణ తరంగ ఏక ధిక్కారిలో నివేశ a.c యొక్క రెండు అర్ధ తరంగాలు ఏకధిక్కరణ చెందుతాయి. ఒక పూర్తి భ్రమణానికి రెండు సార్లు పనిచేస్తుంది.
∴ అర్ధతరంగ ఏకధిక్కారి నిర్గమ పౌనఃపున్యము = 50Hz.
పూర్ణ తరంగ ఏకధికారి నిర్గమ పౌనఃపున్యము = 2 × 50 = 100Hz.
ప్రశ్న 9.
CE- ట్రాన్సిస్టర్ వర్ధకంలో సేకరిణి వద్ద కలిపిన 2 kΩ నిరోధకం కొనల మధ్య ఒక ఆడియో సంకేతం వోల్టేజి 2. ట్రాన్సిస్టర్ ప్రవాహ వర్ధక కారకం 100 అయితే, ఆధారం నిరోధకం 1 kΩ ఉన్నప్పుడు నివేశ సంకేతం వోల్టేజిని, ఆధారం ప్రవాహాన్ని కనుక్కోండి.
సాధన:
సేకరణి నిరోధము (Rనిర్గమ) = 2KΩ = 2000Ω.
ట్రాన్సిస్టర్ ప్రవాహ లాభం (βAC) = 100.
నిర్గమ వోల్టేజి (Vనిర్గమ) = 2V
ఆధార నిరోధము (Rనివేశ) = 1KΩ = 1000Ω
ప్రశ్న 10.
రెండు వర్ధకాలను ఒకదాని వెనుక ఒకటి శ్రేణిలో కలిపారు. (అంచెలుగా). మొదటి వర్ధకం, వోల్టేజి వృద్ధి 10 కాగా రెండవ వర్ధకం వోల్టేజి వృద్ధి 20. నివేశ సంకేతం 0.01 volt అయితే నిర్గమ ac సంకేతాన్ని లెక్కకట్టండి.
సాధన:
మొదటి వర్ధకం వోల్టేజి లాభం (Av1) = 10
రెండవ వర్ధకం వోల్టేజి లాభం (Av2) = 20
నివేశ వోల్టేజి (Vi) = 0.01V
మొత్తం వోల్టేజి లాభం (AV) = \(\frac{V_0}{V_i}\) = Av1 × Av2
\(\frac{V_0}{0.01}\) = 10 × 20; V0 = 2V.
ప్రశ్న 11.
ఒక p-n ఫోటోడయోడ్ను 2.8 eV శక్తి అంతరం గల అర్ధవాహకంతో తయారుచేసారు. అది 6000 nm తరంగదైర్ఘ్యాన్ని శోధించగలదా (గుర్తించగలదా)?
సాధన:
శక్తి అంతరం 2.8 eV మరియు శక్తి E విలువ శక్తి అంతరం కన్నా తక్కువ (E < Eg). కావున p–n సంధి తో | 6000nm తరంగదైర్ఘ్యంను కనుక్కోవడం సాధ్యం కాదు.
అదనపు అభ్యాసాలు Additional Exercises
ప్రశ్న 12.
ఘనపు మీటరు (md) లో ఉండే సిలికాన్ పరమాణువుల సంఖ్య 5 × 1028. దీన్ని ఏకకాలంలో ఘనపు మీటరుకు 5 × 1022 పరమాణువులు గల ఆర్సెనిక్ తోనూ, ఘనపు మీటరు 5 × 1020 పరమాణువులు గల ఇండియంతోనూ మాదీకరణ చేసారు. ఎలక్ట్రానులు, రంధ్రాల సంఖ్యను లెక్కించండి. దత్తాంశం ni = 1.5 × 1016 m-3. ఈ విధంగా తయారైన పదార్ధం n- రకమా లేదా P- రకమా?
సాధన:
ప్రతి ఆర్సెనిక్ పరమాణువు మాదీకరణం చెందినప్పుడు ఒక స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రానన్ను కలిగి ఉంటుంది. అదే విధంగా ఇండియమ్ మాదీః రణ చెందినప్పుడు ఒక ఖాళీ ఏర్పడుతుంది.
కాబట్టి పంచసంయోజక మాలిన్యాలను కలుపుట వల్ల చేరిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య
(ni) = NAs = 5 × 1022 m³ ———– (1)
పంచసంయోజక మాలిన్యాలను కలుపుట వల్ల చేరిన రంధ్రాల సంఖ్య
ne – nh = 5 × 1022 – 5 × 1020.
ne – nh = 4.95 × 1022 ———– (2)
ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య ne (4.95 × 1022), రంధ్రాల సంఖ్య nh (4.5 × 109)
కన్నా ఎక్కువ. కావున ఇది n- రకం అర్ధవాహకం.
ప్రశ్న 13.
ఒక స్వభావజ అర్ధవాహకంలో శక్తి అంతరం Eg 1.2 eV. దానిలో రంధ్రాల చలనశీలత (mobility) ఎలక్ట్రానుల కంటే చాలా తక్కువ మరియు ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడదు. 600K, 300K ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉండే వాహకత్వాల నిష్పత్తి ఎంత? స్వభావజ వాహకాల గాఢత ni ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడే సంబంధం కింది విధంగా ఇవ్వబడింది.
ni = n0 exp(\(\frac{E_g}{2K_{B}T}\)) ఇక్కడ nn0 స్థిరాంకం.
సాధన:
స్వభావజ వాహక సాంద్రత (ni) = nn0e-Eg2kBT మరియు శక్తి సాంద్రత Eg = 1.2 eV.
ప్రశ్న 14.
p-n సంధి డయోడ్లో ప్రవాహం I ని కింది విధంగా వ్యక్తపరచవచ్చు.
I = I0, exp(\(\frac{1}{2}\) -1)
ఇక్కడ I0, అనేది ఉత్రమ సంతృప్త విద్యుత్ ప్రవాహం, డయోడ్ చివరల వోల్టేజి V. ఇది పురోశక్మంలో ధనాత్మకం, తిరోశక్మంలో రుణాత్మకం, డయోడ్ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం I, బోల్ట్ మన్ స్థిరాంకం kB (8.6 × 10-5 eV/K), T పరమ ఉష్ణోగ్రత. ఇచ్చిన డయోడు I0 = 5 × 10-12 A, T= 300 K అయితే,
(a) పురోశక్మ వోల్టేజి 0.6 V వద్ద పురోశక్మ విద్యుత్ ప్రవాహం ఎంత?
(b) డయోడ్ చివరల వోల్టేజిని 0.7 V కు పెంచితే ప్రవాహంలో వచ్చే పెరుగుదల ఎంత?
(c) గతిక నిరోధం ఎంత?
(d) తిరోశక్మం వోల్టేజి IV నుంచి 2 V కి మారినట్లైతే, విద్యుత్ ప్రవాహం ఎంత?
సాధన:
I0 = 5 × 10-12 A, T = 300K
kB = 8.6 × 10-5eV/K = 8.6 × 10-5 × 1.6 × 10-19 J/K
a) వోల్టేజి V = 0.6V వద్ద
d) వోల్టేజి 1V నుండి 2V కు మారితే, విద్యుత్ ప్రవాహము I దాదాపుగా
I0 = 5 × 10-12 A కు సమానము
ఈ కారణంచేత తిరోబయాస్లో డయోడ్ నిరోధము అనంతంగా ఉంటుంది.
ప్రశ్న 15.
పటంలో చూపిన రెండు వలయాలను మీకు ఇచ్చారు. వలయం (a) OR ద్వారం లాగా, వలయం (b) AND ద్వారంలాగా పనిచేస్తోందని చూపండి.
సాధన:
a) ద్వారంను విడదీస్తే
A మరియు B నివేశాలకు, OR – ద్వారం నిర్గమం C, NOT ద్వారం 1 యొక్క నివేశం, D అనునది NOT ద్వారం -1 నిర్గమం. ఇది NOT ద్వారం 2, యొక్క నివేశనం. తర్వాత Y నిర్గమనం
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
ఇది OR – ద్వారం. కావున వలయం OR ద్వారం లాగా పనిచేస్తుంది.
b)
A, B, C నివేశాలకు, A మరియు D లకు B మరియు E లు నిర్గమనాలు. ఇది OR ద్వారం యొక్క నిర్గమనం. ఇది . NOT ద్వారానికి నివేశనం అవుతుంది. Y నిర్గమనం అవుతుంది.
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 1 | 1 |
ఇది AND ద్వారం వలె ఉంది. కావున ఇచ్చిన వలయము AND ద్వారం.
ప్రశ్న 16.
పటంలో చూపిన విధంగా కలిపిన NAND ద్వారం నిజపట్టికను వ్రాయండి.
తద్వారా పై వలయం చేసే కచ్చితమైన తర్క పరిక్రియను (operation) ను గుర్తించండి.
సాధన:
యదార్థ పట్టిక
A | B | Y |
0 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
B అనునది AND ద్వారం నిర్గమనం మరియు NOT ద్వారానికి నివేశన
కావున A నివేశనం, Y నిర్గమనం
A | Y |
0 | 1 |
1 | 0 |
ఇది NOT ద్వారం వలె ఉన్నది. కావున పై వలయం NOT ద్వారం.
ప్రశ్న 17.
పటంలో చూపిన NAND ద్వారాలతో ఉన్న రెండు వలయాలను మీకు ఇచ్చారనుకోండి. రెండు వలయాలు చేసే తర్క పరిక్రియను గుర్తించండి.
సాధన:
a)
AND ద్వారం 1 యొక్క నిర్గమనం C, ఇది NOT ద్వారం నివేశనం. D దాని నిర్గమనం అవుతుంది. E అనునది AND ద్వారం 2 యొక్క నిర్గమనం. ఇది NOT ద్వారం 2 యొక్క నివేశనం. చివరిగా Y నిర్గమనం అవుతుంది.
యదార్థ పట్టిక
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
కావున ఇది AND ద్వారము.
b)
AND ద్వారం 1 నిర్గమనం C
AND ద్వారం 2 నిర్గమనం D
NOT ద్వారం 1 నిర్గమనం E
NOT ద్వారం 2 నిర్గమనం F
AND ద్వారం 3 నిర్గమనం G మరియు ఇది NOT ద్వారం 3 నివేశనం అవుతుంది.
కావున ఇది OR ద్వారం మాదిరిగా ఉన్నది. A, B లు నివేశాలు, Y నిర్గమనం.
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 1 | 1 |
కావున ఇది OR – ద్వారం.
ప్రశ్న 18.
పటంలో చూపిన NOR ద్వారాలతో గీసిన వలయానికి నిజ పట్టికను వ్రాసి ఈ వలయం ప్రదర్శించే తర్క పరిక్రియ (OR, AND, NOT) ను గుర్తించండి.
Hint: (A = 0, B = 1 అయినప్పుడు రెండవ NOR ద్వారం A, B నివేశాలు 0 అయ్యి, Y = 1 గా ఉంటుంది. ఇదే విధంగా A, B లకు ఇతర సంయోగాలను రాసి Y విలువలను పొందండి. వీటిని OR, AND, NOT ద్వారాల నిజ పట్టికలతో పోల్చి సరైనదాన్ని కనుక్కోండి.)
జవాబు:
C అనునది OR ద్వారం 1 నిర్గమనం.
D అనునది NOT ద్వారం నిర్గమనం.
E అనునది OR ద్వారం 2 యొక్క నిర్గమనం. ఇది NOT ద్వారం 2 నివేశనం అవుతుంది.
కావున ఇది OR ద్వారం వలె ఉంది. A మరియు B నివేశాలు, Y నిర్గమనం
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 1 | 1 |
కావున ఇది OR ద్వారం అవుతుంది.
ప్రశ్న 19.
NOR ద్వారాలను మాత్రమే కలిగి ఉన్న పటంలో చూపిన వలయానికి నిజ పట్టికను వ్రాయండి. ఈ రెండు వలయాలు చేసే తర్క పరిక్రియలను (OR, AND, NOT) గుర్తించండి.
జవాబు:
a)
B అనునది OR ద్వారం నిర్గమనం, ఇది NOT ద్వారానికి నివేశనం కావున ఇది NOT ద్వారం, A నివేశనం మరియు నిర్గమ.
A | Y |
0 | 1 |
1 | 0 |
b)
OR ద్వారం 1 నిర్గమనం C మరియు ఇది NOT ద్వారం 1 నివేశనం, OR ద్వారం 2 నిర్గమనం D మరియు ఇది NOT ద్వారం 2 నివేశనం, NOT ద్వారం 1 నిర్గమనం E మరియు NOT ద్వారం 2 నిర్గమనం F, OR ద్వారం 3 నిర్గమనం G మరియు ఇది NOT ద్వారం 3 నివేశనం కావున ఇది AND ద్వారం వలె ఉన్నది. A, B లు నివేశాలు మరియు Y నిర్గమనం.
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 1 | 1 |
సాధించిన సమస్యలు Textual Examples
ప్రశ్న 1.
C, Si, Ge లు ఒకే జాలక నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. అయితే Si, Ge లు స్వభావజ అర్ధవాహకాలు అయినప్పుడు C ఎందుకు బంధకంగా ఉంటుంది?
సాధన:
C, Si లేదా Ge లలోని 4 బంధక ఎలక్ట్రానులు వరసగా రెండు, మూడు, నాలుగవ కక్ష్యలలో ఉంటాయి. కాబట్టి ఈ పరమాణువుల నుంచి ఒక ఎలక్ట్రానును తీయడానికి అవసరమయ్యే శక్తి (అయనీకరణ శక్తి, Eg) Ge కి కనిష్ఠంగా, ఆ తరువాత Si కు ఉండి C కి అత్యధికంగా ఉంటుంది. దీని వల్ల Ge, Si ల వాహక పట్టీలో ఒక మోస్తరు సంఖ్యలో స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రానులు ఉంటే C లో పరిగణించనవసరం లేనంత తక్కువగా ఉంటాయి.
ప్రశ్న 2.
శుద్ధ Si స్ఫటికంలో 5 × 1028 atoms m-3 ఉన్నాయనుకొందాం. దీనిని పంచ సంయోజక As తో 1 ppm గాఢతతో మాదీకరణం చేసారు. దీనిలో ఎలక్ట్రాన్లు, రంధ్రాల సంఖ్యను లెక్కించండి. ni = 1.5 × 1016 m-3 అని ఇచ్చారు.
సాధన:
మాదీకరణం వల్ల ఉత్పత్తి అయిన ఎలక్ట్రానులతో పోలిస్తే ఉష్ట్రీయంగా జనించిన ఎలక్ట్రానులు (ni ~ 1016 m-3) ఉపేక్షించేంత స్వల్పంగా ఉంటాయి.
కాబట్టి, ne ≅ ND.
ne nh = ni² కాబట్టి, రంధ్రాల సంఖ్య, nh = (1.5 × 1016)² / 5 × 1028 × 10-6
nh = (2.25 × 1032)/(5 × 1022) ~ 4.5 × 109m-3
ప్రశ్న 3.
p- రకం అర్ధవాహక పలకను తీసుకొని దాన్ని మరొక n- రకం అర్ధవాహక పలకకు భౌతికంగా కలపడం వల్ల p-n సంధిని పొందగలమా?
సాధన:
పొందలేం ! ఎంత చదునుగా ఉన్నా ప్రతీ పలకపై ఉండే గరుకుతనం స్ఫటిక అంతర పరమాణు దూరం (~2 నుంచి 3 A°) కంటే చాలా ఎక్కువ. కాబట్టి పరమాణు స్థాయిలో అవిచ్ఛిన్న స్పర్శ (continuous contact) ను పొందడం ‘సాధ్యం కాదు. ఆవేశ వాహకాల ప్రవాహానికి సంధి విచ్ఛిన్నంగా (discontinuity) గా వ్యవహరిస్తోంది.
ప్రశ్న 4.
పటంలో సిలికాన్ డయోడ్ V-I అభిలక్షణాలను చూపారు. డయోడ్ నిరోధాన్ని (a) ID = 15 mA,
(b) VD = −10 V ల వద్ద కనుక్కోండి.
సాధన:
డయోడ్ అభిలక్షణాలను I = 10 mA నుంచి I = 20 mA మధ్య సరళరేఖీయంగా, ఆది బిందువు నుంచి వెళుతున్నట్లుగా భావిస్తే, ఓమ్ సూత్రం ఉపయోగించి నిరోధాన్ని కనుక్కోవచ్చు.
a) అభిలక్షణ వక్రం నుంచి, I = 20 mA వద్ద V = 0.8
V I = 10 mA వద్ద V = 0.7 V
rfb = ∆V/∆I = 0.1V/10mA – 102
b) వక్రం నుంచి, V = – 10 V వద్ద I = -1 µA.
కాబట్టి, rrb = 10V/1µA = 1.0 × 107 Ω
ప్రశ్న 5.
జీనర్ నియంత్రిత వోల్టేజి సరఫరా పరికరంలో నియంత్రణ కోసం Vz = 6.0 V ఉన్న జీనర్ డయోడ్ను వాడారు. నియంత్రణ కాని నివేశ వోల్టేజి 10.0V, భార నిరోధం ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహం 4.0 mA గా ఉంది. శ్రేణి నిరోధం Rs విలువ ఎంత ఉండాలి?
సాధన:
భార నిరోధం ద్వారా వెళ్ళే ప్రవాహం కంటే జీనర్లో ప్రవాహం ఎక్కువ ఉండే విధంగా Rs విలువ ఉండాలి. దీని వల్ల మంచి భార నియంత్రణ ఉంటుంది. భార విద్యుత్ ప్రవాహం (load current) కంటే జీనర్ ప్రవాహం సుమారు 5 రెట్లు ఎంచుకోండి, అంటే IZ = 20 mA. అప్పుడు RS ద్వారా మొత్తం విద్యుత్ ప్రవాహం 24 mA అవుతుంది. RS కొనల మధ్య వోల్టేజి పాతం 10.0 – 6.0 = 4.0 Vగా ఉంటుంది. దీని నుంచి RS = 4.0V/(24 × 10-3) A = 167Ω. దీనికి సమీపంగా ఉండే కార్బన్ నిరోధకం విలువ 150Ω. కాబట్టి 150Ω శ్రేణి నిరోధకం సరైనది. నిరోధకం విలువలో స్వల్ప తేడా పట్టించుకోవలసిన అంశం కాదు. ముఖ్యమైన అంశం ఏమిటంటే IZ విలువ IL కంటే తగినంత అధికంగా ఉండాలి.
ప్రశ్న 6.
పురోశక్మంలో విద్యుత్ ప్రవాహం (~mA) తిరోశక్మం (~ µA) లో కంటే ఎక్కువని తెలుసు. ఫోటో డయోడ్ను తిరోశక్మంలో పనిచేయించడానికి కారణం ఏమిటి?
సాధన:
n- రకం అర్ధవాహకం సందర్భాన్ని తీసుకోండి. అధిక సంఖ్యాక వాహకాల సాంద్రత (n), అల్పసంఖ్యాక వాహకాల సాంద్రత p కంటే చాలా అధికం అంటే, n>> p) గానే ఉంటుంది. ప్రదీపనంతో అదనంగా ఉత్పత్తి అయిన ఎలక్ట్రానులు, ‘రంధ్రాలు వరసగా ∆n, ∆p అనుకొందాం :
n’ = n + ∆n
p’ p + ∆p
ఇక్కడ n’, p’ లు ఏదైనా ప్రత్యేక ప్రదీపనం వద్ద ఎలక్ట్రానుల, రంధ్రాల గాఢతలు. ప్రదీపనం లేని సందర్భంలో వాహకాల గాఢతలు n, p. ఇక్కడ ∆n = ∆p, n >> p అని గుర్తుంచుకోండి. కాబట్టి అధిక సంఖ్యాక వాహకాలు అంశిక మార్పు (fractional change) (అంటే ∆n/n) అల్పసంఖ్యాక వాహకాల అంశిక మార్పు (అంటే ∆p/p) కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. సాధారణంగా, ఫోటో ప్రభావాల వల్ల అల్పసంఖ్యాక వాహకాల ఆధిపత్యం వహించే ఉత్రమ ప్రవాహంలో వచ్చే అంశిక మార్పును పురోశక్మం ప్రవాహంలో వచ్చే అంశిక మార్పు కంటే సులభంగా కొలవవచ్చు అని చెప్పవచ్చు. కాబట్టి, తిరోశక్మంలో ఉన్న ఫోటో డయోడ్ను కాంతి తీవ్రతను కొలవడానికి ప్రాధాన్యత ఇస్తారు.
ప్రశ్న 7.
Si, GaAs పదార్థాలను సౌర ఘటాలకు ఎందుకు ప్రాధాన్యత ఇస్తారు?
సాధన:
పటంలో మనం స్వీకరించే సౌర వికిరణ వర్ణపటాన్ని చూపిస్తోంది.
కాంతి ఉత్తేజనం hv > Eg కి గరిష్ట తీవ్రత సుమారు 1.5 eV దగ్గర ఉంటుంది. కాబట్టి శక్తి అంతరం 1.5 eV లేదా కొంచెం తక్కువ గల అర్ధవాహకం ఉత్తమ సౌరశక్తి మార్పిడి దక్షతను ఇస్తోంది. సిలికాన్కు Eg ~ 1.1 eV గా ఉంటే, GaAs కు~ 1.53 e ఉంటుంది. నిజానికి కంటే GaAs (శక్తి అంతరం ఎక్కువ అయినప్పటికీ) మెరుగైనది, ఎందుకంటే దీనికి సాపేక్షంగా అధిక శోషణ గుణకం ఉంటుంది. కాబట్టి. CdS లేదా CdSe (Eg – 2.4 eV) వంటి పదార్ధాలను ఎంచుకొంటే సౌరశక్తిలో అధిక శక్తి అంశాన్ని ఫోటో మార్పిడి (photo-conversion) కి ఉపయోగించు కోగలుగుతాం. చెప్పుకోదగిన శక్తి భాగం ఎటువంటి ఉపయోగం లేకుండా పోతుంది.
సౌర వికిరణ వర్ణపటంలో గరిష్ఠ పౌనఃపున్యం ν కి అనురూపంగా hν > Eg షరతు సంతృప్తిపరచే PbS (Eg ~ 0.4 eV) వంటి పదార్థాలను ఎందుకు ఉపయోగించం అనే ప్రశ్న తలెత్తుతుంది. ఇటువంటి పదార్థాలను ఉపయోగిస్తే సౌర వికిరణంలో చాలా భాగాన్ని సౌర ఘటం పై పొర శోషణం చేసుకోవడంతో లేమి ప్రాంతంలోకి లేదా దాని దగ్గరకు చేరదు. సంధి విద్యుత్ క్షేత్రం వల్ల ఎలక్ట్రాను – రంధ్రాల విభజన ప్రభావాత్మకంగా ఉండాలంటే సంధి ప్రాంతంలో కాంతి వల్ల ఆవేశాల ఉత్పత్తి జరగాలి.
ప్రశ్న 8.
ఈ క్రింది పటంలో చూపిన నిర్గమ అభిలక్షణాల నుంచి ట్రాన్సిస్టర్ βac, βdc విలువలను VCE = 10 V, IC = 4.0 o mA అయినప్పుడు లెక్కించండి.
సాధన:
ఇచ్చిన VCE, IC విలువల నుంచి βac, βdc విలువలను కింది విధంగా లెక్కించవచ్చు. ఇచ్చిన IC విలువకు పైనా, కింద ఉండే రెండు IB విలువలకు చెందిన రెండు అభిలక్షణ వక్రాలను తీసుకోండి. ఇక్కడ IC = 4.0 mA. (IB = 30, 20A గల వక్రాలను ఎంచుకోండి) VCE = 10V వద్ద గ్రాఫ్ నుంచి రెండు IC విలువలను తీసుకొందాం. అప్పుడు
∆IB = (30-20)μA = 10μA.
∆IC = (4.5 – 3.0) mA = 1.5mA
కాబట్టి, βac = 1.5 mA/ 10µA = 150
βdc ని నిర్ణయించడానికి VCE = 10V వద్ద IC = 4.0mA లకు అనురూపంగా ఉండే IB విలువను అంచనా వేయడం లేదా తీసుకొన్న రెండు అభిలక్షణ వక్రాల నుంచి βdc ని లెక్కించి వాటి సగటు విలువను కనుక్కోవడం.
కాబట్టి, IC = 4.5 mA, IB = 30 µA అయినప్పుడు
βdc = 4.5 mA/ 30 μA = 150
IC = 3.0 mA/ IB = 20 µA అయినప్పుడు
βdc = 3.0 mA/20 μA = 150
అందువల్ల βdc = (150 + 150)/2 = 150.
ప్రశ్న 9.
ఈ క్రింది పటంలో VBB సరఫరాను 0V నుంచి 5.0 V వరకూ మార్చవచ్చు. Si ట్రాన్సిస్టర్ βdc = 250, RB = 100 kΩ, RC = 1 KΩ, VCC = 5.0V లను కలిగి ఉంది. ట్రాన్సిస్టర్ సంతృప్త స్థితిలో ఉన్నప్పుడు VCE = 0V, VBE = 0.8Vగా ఊహించుకోండి. కింది వాటిని లెక్కించండి. (a) ట్రాన్సిస్టర్ సంతృప్త స్థితికి వెళ్ళడానికి కావలసిన కనిష్ఠ ఆధారం ప్రవాహం, తద్వారా (b) ట్రాన్సిస్టర్ స్విచ్ అన్ అయ్యే V1 ని కనుక్కోండి. (c) ఏ V1 అవధులలో ట్రాన్సిస్టర్ స్విచ్ ఆఫ్, స్విచ్ ఆన్ అవుతుందో కనుక్కోండి.
సాధన:
సంతృప్త స్థితి వద్ద VCE = 0V, VBE = 0.8V గా ఇచ్చారు.
VCE = VCC -ICRC
IC = VCC/RC = 5.0V/1.0kΩ = 5.0mA
కాబట్టి, IB. IC/β
= 5.0mA/250 = 20 µA
ట్రాన్సిస్టర్ సంతృప్త స్థితిలో వెళ్ళే నివేశ వోల్టేజిని కింది విధంగా వ్యక్తం చేయవచ్చు.
VIH = VBB = IBRB + VBE
= 20μА × 100 kΩ + 0.8V = 2.8V
ట్రాన్సిస్టర్ ఏ నివేశ వోల్టేజి విలువ కంటే దిగువన కటాఫ్ స్థితిలోకి వెళ్ళే వోల్టేజి విలువను ఇలా రాయవచ్చు.
VIL =0.6V, VIH = 2.8V
ట్రాన్సిస్టర్ 0.0V నుంచి 0.6V మధ్య స్విచ్ ఆఫ్ స్థితిలో ఉంటుంది. స్విచ్ ఆన్ స్థితిలో 2.8 నుంచి 5.0V మధ్య ఉంటుంది.
IB విలువ 0.0mA నుంచి 20mA మధ్య మారుతున్నప్పుడు ట్రాన్సిస్టర్ క్రియాశీల స్థితిలో ఉంఉందని గమనించండి. ఈ అవధిలో IC = βIB గా చెల్లుతుంది. సంతృప్త స్థితి వ్యాప్తిలో IC ≤ βIB.
ప్రశ్న 10.
CE ట్రాన్సిస్టర్ వర్ధకంలో 2.0 kΩ సేకరిణి నిరోధం వద్ద ఆడియో సంకేత వోల్టేజి 2.0 V. ట్రాన్సిస్టర్ ప్రవాహ వృద్ధి కారకం 100 అయితే, ఆధారం dc ప్రవాహం, సంకేత ప్రవాహం కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువగా ఉండాలంటే జనకం VBB. 2.0 V కి శ్రేణిలో కలిపే RB విలువ ఎంత ఉండాలి? సేకరిణి నిరోధం వద్ద dc పాతం కనుక్కోండి. ఈ క్రింది పటాన్ని చూడండి.
సాధన:
నిర్గమ ac వోల్టేజి 2.0 V. కాబట్టి, ac సేకరణి ప్రవాహం iC = 2.0/2000 = 1.0 mA. ఆధారం ద్వారా సంకేతం ప్రవాహాన్ని ఈవిధంగా రాయవచ్చు.
iB = iC/β = 1.0 mA/100 = 0.010 mA. ఆధారం dc ప్రవాహం 10 × 0.010 = 0.10 mA గా ఉండాలి.
సమీకరణం VBB = VBE + IB RB నుంచి RB = (VBB – VBE)/IB ; VBE = 0.6V అనుకొంటే,
RB – (2.0 – 0.6)/0.10 = 14kΩ.
dc సేకరణి ప్రవాహం IC = 100 × 0.10 = 10mA.
ప్రశ్న 11.
OR ద్వారానికి కింద ఇచ్చిన ఇన్పుట్ A, B లతో వచ్చే అవుట్పుట్ తరంగ రూపం (Y) ఈ క్రింది పటంలో చూపినట్లు ఉంటుందని నిరూపించండి.
సాధన:
క్రింది వాటిని గమనించండి:
- t < t1 వద్ద ; A = 0, B = 0; కాబట్టి Y = 0
- t1 నుంచి t2 వరకు; A = 1, B = 0; కాబట్టి Y = 1
- t2 నుంచి t3 వరకు ; A = 1, B = 1; కాబట్టి Y = 1
- t3 నుంచి t4 వరకు; A = 0, B = 1; కాబట్టి Y = 1
- t4 నుంచి t5 వరకు; A = 0, B = 0; కాబట్టి Y = 0
- t5 నుంచి t6 వరకు; A = 1, B = 0; కాబట్టి Y = 1
- t > t6 అయినప్పుడు; A = 0, B = 1; కాబట్టి Y = 1
అందువల్ల, తరంగ రూపం Y పటంలో చూపినట్లు ఉంటుంది.
ప్రశ్న 12.
A, B ఇన్పుట్ తరంగ రూపాలుగా 11 వ ఉదాహరణలో చూపిన వాటినే తీసుకోండి. AND ద్వారం ఇచ్చే అవుట్పుట్ తరంగ రూపాన్ని గీయండి.
సాధన:
- t ≤ t1 అయినప్పుడు; A = 0, B = 0; = కాబట్టి Y = 0
- t1 నుంచి t2 వరకు ; A = 1, B = 0; = కాబట్టి Y=0
- t2 నుంచి t3 వరకు ; A = 1, B = 1; = కాబట్టి Y = 1
- t3 నుంచి t4 వరకు ; A = 0, B = 1; = కాబట్టి Y = 0
- t4 నుంచి t5 వరకు; A = 0, B = 0; = కాబట్టి Y = 0
- t5 నుంచి t6 వరకు ; A = 1, B = 0; = కాబట్టి Y = 0
- t > t6 అయినప్పుడు; A = 0, B = 1 ; = కాబట్టి Y = 0
పై వివరణ బట్టి, AND ద్వారం అవుట్పుట్ తరంగ రూపాన్ని కింది విధంగా గీయవచ్చు.
ప్రశ్న 13.
NAND ద్వారానికి కింద ఇచ్చిన A, B ఇన్పుట్లకు అనుగుణంగా వచ్చే అవుట్పుట్ Y ని గీయండి.
సాధన:
- t ≤ t1 అయినప్పుడు ; A = 1, B = 1; కాబట్టి Y = 0
- t1 నుంచి t2 వరకు; A= 0, B = 0; కాబట్టి Y = 1
- t2 నుంచి t3 వరకు; A = 0, B = 1; కాబట్టి Y = 1
- t3 నుంచి t4 వరకు A = 1, B = 0; కాబట్టి Y = 1
- t4 నుంచి t5 వరకు; A = 1, B = 1; కాబట్టి Y = 0
- t5 నుంచి t6 వరకు; A = 0, B = 0; కాబట్టి Y = 1
- t > t6 అయినప్పుడు; A = 0, B = 1; కాబట్టి Y = 1