টানেল ডায়োড (এসাকি): সংজ্ঞা, পরিচালনা এবং উদাহরণ যেমন 1N3716

আপনি কি কখনও ভেবে দেখেছেন যে উচ্চ-গতির ডিভাইসগুলিকে মিলিসেকেন্ডে কাজ সম্পাদন করতে সাহায্য করে এমন ইলেকট্রনিক উপাদানগুলি কীভাবে কাজ করে? এর উত্তর আধুনিক ইলেকট্রনিক্সের সবচেয়ে অদ্ভুত এবং আকর্ষণীয় উপাদানগুলির মধ্যে একটিতে থাকতে পারে: টানেল ডায়োড, হিসাবে পরিচিত এছাড়াও এসাকি ডায়োডএই ডিভাইসটি, যদিও প্রচলিত ইলেকট্রনিক্সে কম দেখা যায়, এর অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা এটিকে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-গতির অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

এই প্রবন্ধে, আমরা টানেল ডায়োডের জগত, তাদের উৎপত্তি, তাদের কোয়ান্টাম অপারেশন, তারা যে উপকরণ দিয়ে তৈরি, তাদের স্বতন্ত্র বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য, সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতা এবং বর্তমান প্রয়োগ সম্পর্কে গভীরভাবে আলোচনা করব। আমরা নির্দিষ্ট মডেলগুলিও পর্যালোচনা করব যেমন 1N3716 বা 1N3755এই ক্ষুদ্র উপাদানটি কেন শিল্পে বিপ্লব ঘটিয়েছে এবং কীভাবে, এর সীমাবদ্ধতা সত্ত্বেও, এটি অত্যাধুনিক প্রযুক্তিতে অপরিহার্য তা আবিষ্কার করার জন্য প্রস্তুত হন।

টানেল বা এসাকি ডায়োড কী?

El টানেল ডায়োড, বলা এসাকি ডায়োড এর উদ্ভাবক লিও এসাকির নামানুসারে নামকরণ করা হয়েছে, যিনি ১৯৭৩ সালে পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরষ্কার পেয়েছিলেন, এটি একটি বিশেষ ধরণের সেমিকন্ডাক্টর ডায়োড যা এর বৈশিষ্ট্য দ্বারা চিহ্নিত ভারী ডোপযুক্ত পিএন জংশন এবং সংকীর্ণ। এই তীব্র ডোপিং একটি কোয়ান্টাম যান্ত্রিক ঘটনাকে অনুমোদন করে যা নামে পরিচিত টানেল প্রভাব, যার ফলে চার্জ বাহকগুলি সম্ভাব্য বাধা অতিক্রম করে, এমনকি যখন শাস্ত্রীয় আইন অনুসারে, তাদের তা করা উচিত নয়।

স্ট্যান্ডার্ড সিগন্যাল ডায়োডের তুলনায়, যার পিএন জংশনে অপরিষ্কারতার ঘনত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে কম (প্রায় 1 অংশে 10 অংশ)⁸), টানেল ডায়োড ডোপিংকে চরম স্তরে নিয়ে যায়, প্রায় ১০-এর ১টি অংশ³। এটি একটি উৎপন্ন করে অবক্ষয় বা দারিদ্র্যের অত্যন্ত সংকীর্ণ অঞ্চল, যা টানেলের প্রভাব প্রকাশের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।

পরিচালনা নীতি: কোয়ান্টাম টানেলিং প্রভাব

একটি অপারেশন টানেল ডায়োড এটি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের উপর ভিত্তি করে তৈরি, যেখানে একটি সীমিত সম্ভাবনা রয়েছে যে ইলেকট্রনগুলি, যদিও শাস্ত্রীয় দৃষ্টিকোণ থেকে একটি সম্ভাব্য বাধা অতিক্রম করার জন্য পর্যাপ্ত শক্তি রাখে না, তবুও তারা এটির মধ্য দিয়ে যেতে পারে যেন তারা এটির মধ্য দিয়ে "সুড়ঙ্গ" করছে। টানেলিং সম্ভাবনা বাধা যত কম হবে, ততই তা বৃদ্ধি পাবে, যা ডায়োডের পিএন জংশনে ডোপান্টের উচ্চ ঘনত্বের সাথে সঠিকভাবে অর্জন করা হয়।

গাণিতিকভাবে, একটি কণার বাধা অতিক্রম করার সম্ভাব্যতা P সূচকীয়ভাবে উভয়ের উপর নির্ভর করে বাধা শক্তি (Eb) তার হিসাবে প্রস্থ (W):
P α এক্সপ্রেস (-A × Eb × W)
যেখানে A হল পদার্থের বৈশিষ্ট্যের সাথে সম্পর্কিত একটি ধ্রুবক। মূল কথা হল, টানেল ডায়োডে, এই বাধা এতটাই পাতলা যে তত্ত্বের চেয়ে কম শক্তিও ইলেকট্রনের জন্য এটি অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট।

নির্মাণ এবং উপকরণ: সিলিকনের বাইরে

প্রচলিত সিলিকন ডায়োডের বিপরীতে, টানেল ডায়োড এগুলি সাধারণত তৈরি করা হয় জার্মেনিয়াম, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড o গ্যালিয়াম অ্যান্টিমোনাইডসিলিকন ব্যবহার না করার কারণ হল, উপরে উল্লিখিত উপকরণগুলি সর্বোচ্চ কারেন্ট (পিক কারেন্ট) এবং সর্বনিম্ন কারেন্ট (ভ্যালি কারেন্ট) এর মধ্যে একটি ভাল অনুপাত তৈরি করে, যা উপাদানটির ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য অপরিহার্য। একটি সাধারণ পিএন জংশনে যথেষ্ট পুরুত্বের একটি অবক্ষয় অঞ্চল থাকে; টানেল ডায়োডে, এই অঞ্চলটি প্রায় 100 গুণ সংকীর্ণ হয়, প্রায় 10 ন্যানোমিটার।

La অমেধ্যের উচ্চ ঘনত্ব পিএন জংশনের উভয় পাশে থাকার অর্থ হল বেশিরভাগ চার্জ বাহক (ইলেকট্রন এবং গর্ত) প্রচুর পরিমাণে উপস্থিত থাকে, যা খুব কম সম্ভাব্য পার্থক্যেও টানেলিং প্রভাবকে সমর্থন করে। ফলস্বরূপ, এটি একটি অত্যন্ত সংবেদনশীল ডিভাইস হয়ে ওঠে, যা অতি-দ্রুত স্যুইচিংয়ের জন্য উপযুক্ত।

বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য: ঋণাত্মক প্রতিরোধ এবং VI বক্ররেখা

এক সবচেয়ে আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য টানেল ডায়োডের মূল বৈশিষ্ট্য হলো এটি দেখায় নেতিবাচক প্রতিরোধ এর ভোল্টেজ-কারেন্ট (VI) বৈশিষ্ট্যগত বক্ররেখার একটি অংশে। এর অর্থ হল, ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ বৃদ্ধির সাথে সাথে, কারেন্ট প্রথমে দ্রুত বৃদ্ধি পায় যতক্ষণ না এটি সর্বোচ্চ (শিখর বিন্দু) পৌঁছায়, কিন্তু তারপর, যদি ভোল্টেজ আরও বৃদ্ধি পায়, তাহলে কারেন্ট সর্বনিম্ন (ভ্যালি পয়েন্ট) এ কমে যায় এবং তারপর আবার একটি প্রচলিত ডায়োডের মতো বৃদ্ধি পায়।

এই ঘটনাটি, নেতিবাচক প্রতিরোধ অঞ্চল, অনেক টানেল ডায়োড অ্যাপ্লিকেশনের ভিত্তি, যেমন উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি দোলন তৈরি করা। বৈশিষ্ট্যগত বক্ররেখাটি নিম্নলিখিত মূল বিষয়গুলিতে সংক্ষিপ্ত করা যেতে পারে:

• প্রাথমিক পরিবাহী অঞ্চল: ক্রমবর্ধমান প্রত্যক্ষ ভোল্টেজের সাথে সাথে কারেন্ট বৃদ্ধি পায়।
• সর্বোচ্চ বিন্দু: সর্বোচ্চ কারেন্ট (Ip) যার সাথে একটি সংশ্লিষ্ট ভোল্টেজ (Vp) থাকে।
• নেতিবাচক প্রতিরোধ অঞ্চল: ভোল্টেজ বৃদ্ধি পেলেও কারেন্ট হ্রাস পায়, যতক্ষণ না এটি উপত্যকা বিন্দুতে পৌঁছায়।
• ভ্যালি পয়েন্ট: ভ্যালি ভোল্টেজ (Vv) সহ সর্বনিম্ন কারেন্ট (Iv)।
• এখান থেকে, আচরণটি একটি সাধারণ ডায়োডের মতোই।

বিপরীত পক্ষপাতের ক্ষেত্রে, টানেল ডায়োড টানেল এফেক্টের জন্য এর উল্লেখযোগ্য পরিবাহিতাও রয়েছে, যা কম ভোল্টেজেও উচ্চ বিপরীত কারেন্ট সঞ্চালন করতে দেয়।

বৈদ্যুতিক প্রতীক এবং সমতুল্য বর্তনী

El symbology বৈদ্যুতিক স্কিম্যাটিক্সে টানেল ডায়োডের উপস্থাপনা সামান্য পরিবর্তিত হতে পারে, তবে মূলত এটি একটি স্বতন্ত্র আকৃতির PN জংশন দেখায় যা এর বিশেষ আচরণ চিহ্নিত করে। অ্যানোড (P) এবং ক্যাথোড (N) স্পষ্টভাবে পৃথক করা হয়েছে।

জন্য সার্কিট বিশ্লেষণ, একটি ছোট-সংকেত সমতুল্য মডেল ব্যবহার করা হয় যার মধ্যে রয়েছে:

• উনা ঋণাত্মক প্রতিরোধ (-R_o) নেতিবাচক প্রতিরোধ অঞ্চলের সাথে সম্পর্কিত।
• উনা সিরিজ ইন্ডাক্ট্যান্স (এল_s) ডায়োড টার্মিনাল জুড়ে।
• উনা জংশন ক্যাপাসিট্যান্স (C).

উপাদানগুলির এই সমন্বয় উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে টানেল ডায়োডের আচরণ প্রতিফলিত করে এবং বিভিন্ন পরিস্থিতিতে এর প্রতিক্রিয়া পূর্বাভাসের জন্য অপরিহার্য।

টানেল ডায়োডের প্রধান প্রয়োগ

তার কারণে দ্রুত নিজের চালিকা শক্তি পরিবর্তন করার অসাধারণ ক্ষমতা, টানেল ডায়োড বিশেষভাবে নিম্নলিখিত ক্ষেত্রে নির্দেশিত:

• মাইক্রোওয়েভ এবং উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি অসিলেটর: তারা টেলিযোগাযোগ, রাডার এবং ওয়্যারলেস সিস্টেমে অপরিহার্য স্থিতিশীল বৈদ্যুতিক দোলন তৈরি এবং বজায় রাখার জন্য নেতিবাচক প্রতিরোধ অঞ্চলের সুবিধা গ্রহণ করে।
• প্রতিফলন পরিবর্ধক: এমন কনফিগারেশনে ব্যবহৃত হয় যেখানে প্রচলিত ট্রানজিস্টরগুলি ভালভাবে কাজ করে না এমন ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে পরিবর্ধনের প্রয়োজন হয়।
• উচ্চ-গতির সুইচ: ড্রাইভিং এবং নন-ড্রাইভিং অবস্থার মধ্যে প্রায় তাৎক্ষণিক পরিবর্তনের জন্য ধন্যবাদ।
• ফ্রিকোয়েন্সি কনভার্টার: এর ফরোয়ার্ড এবং রিভার্স বায়াস উভয় ক্ষেত্রেই কাজ করার ক্ষমতা সিগন্যাল মিক্সারগুলিতে এর ব্যবহারের অনুমতি দেয়।
• ডিজিটাল সার্কিটে লজিক্যাল স্মৃতি: নেতিবাচক প্রতিরোধ অঞ্চলে এর স্থায়িত্ব তথ্যের অস্থায়ী সঞ্চয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়।

যদিও তারা উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির জন্য সুবিধা প্রদান করে, প্রচলিত সংশোধনের জন্য উপযুক্ত নয় উল্লেখযোগ্য বিপরীত পক্ষপাত লিকেজ কারেন্টের কারণে, যা এর ব্যাপক ব্যবহার সীমিত করে।

টানেল ডায়োডের সুবিধা এবং অসুবিধা

El টানেল ডায়োড এর অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যার সুবিধা এবং অসুবিধাগুলি বিবেচনায় নেওয়া উচিত। এর সুবিধাগুলির মধ্যে একটি হল অতি দ্রুত অপারেটিং গতি y কম শব্দতবে, এরও সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যেমন একটি সর্বনিম্ন সর্বোচ্চ শক্তি এবং অপারেটিং ভোল্টেজের উপর সীমাবদ্ধতা।

• সুবিধা:
  • অতি-উচ্চ অপারেটিং গতি, মাইক্রোওয়েভ ব্যান্ডে স্যুইচিং এবং সিগন্যাল জেনারেশনের জন্য উপযুক্ত।
  • কম উৎপাদন খরচ এবং অন্যান্য উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ডিভাইসের তুলনায় গঠনমূলক সরলতা।
  • কম শব্দ স্তর অপারেশনের সময়।
  • ভালো পরিবেশগত রোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং দীর্ঘ সেবা জীবন এর শক্তিশালী নির্মাণের জন্য ধন্যবাদ।
• অসুবিধেও:
  • সর্বনিম্ন সর্বোচ্চ শক্তি, এটিকে শক্তি-নিবিড় অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অনুপযুক্ত করে তোলে।
  • সীমিত ভোল্টেজ আউটপুট এবং আউটপুট সিগন্যালের ওঠানামা।
  • ইনপুট এবং আউটপুটের মধ্যে কোনও বিচ্ছিন্নতা নেই একটি দুই-টার্মিনাল ডিভাইস।
  • বৃহৎ পরিসরে উৎপাদনে অসুবিধা এবং কিছু স্ট্যান্ডার্ড অ্যাপ্লিকেশনের সীমাবদ্ধতা।

মডেল এবং উদাহরণ: টানেল ডায়োড 1N3716 এবং 1N3755

ঐতিহাসিক এবং সর্বাধিক ব্যবহৃত মডেলগুলির মধ্যে টানেল ডায়োড দাঁড়ানো 1N3716 y 1N3755, মাইক্রোওয়েভ ল্যাবরেটরি, টেলিযোগাযোগ স্টেশন এবং প্রোটোটাইপ ডিজাইনে জনপ্রিয়। উভয়ই খুব উচ্চ অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি অনুমোদন করে এবং নেতিবাচক প্রতিরোধের অঞ্চলে কার্যকরভাবে প্রতিক্রিয়া দেখায়। স্কটকি ডায়োডের মতো নির্দিষ্ট ধরণের জ্ঞান নির্দিষ্ট প্রেক্ষাপটে এই ডিভাইসগুলির বোঝার পরিপূরক হতে পারে।

El 1N3716 এটি টানেল ডায়োডের বৈশিষ্ট্যগত একটি বক্ররেখা উপস্থাপন করে, তুলনামূলকভাবে কম পিক ভোল্টেজ এবং মাইক্রোওয়েভ অ্যাপ্লিকেশন এবং দ্রুত স্যুইচিংয়ের জন্য সর্বোত্তম প্রতিক্রিয়া গতি সহ। এর অংশ হিসাবে, 1N3755 এটি একই রকম স্পেসিফিকেশন প্রদান করে কিন্তু অপারেটিং ভোল্টেজ এবং কারেন্ট রেঞ্জের মতো বিশদে ভিন্নতা রয়েছে, যা নির্দিষ্ট উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ইলেকট্রনিক্স কনফিগারেশনে এর ব্যবহারের অনুমতি দেয়।

অন্যান্য ধরণের ডায়োডের সাথে তুলনা

ডায়োডের জগতে বিভিন্ন ধরণের বৈচিত্র্য রয়েছে, যেমন সিগন্যাল ডায়োড, জেনার ডায়োড, স্কটকি ডায়োড বা রেক্টিফায়ার ডায়োড। টানেল ডায়োড এটি প্রধানত এর দ্বারা পৃথক করা হয়:

• সংশোধনের জন্য কার্যকর হবে না উচ্চ বিপরীত পক্ষপাত লিকেজ কারেন্টের কারণে।
• অনেক দ্রুত অবস্থা পরিবর্তন করতে সক্ষম হওয়া স্কটকি বা অন্যান্য উচ্চ গতির ডায়োডের চেয়ে।
• এর একটি অঞ্চল দেখান অত্যন্ত স্পষ্ট নেতিবাচক প্রতিরোধ ক্ষমতা (অন্যান্য সাধারণ ডায়োডগুলিতে অস্তিত্বহীন)।
• প্রয়োজন নির্দিষ্ট উপকরণ এবং ডোপিং স্বাভাবিক ডায়োডের সিলিকনের বিপরীতে, এর সর্বোত্তম কার্যকারিতার জন্য।

এই বৈশিষ্ট্যগুলি টানেল ডায়োডকে এমন কুলুঙ্গিতে বিশেষায়িত করে তোলে যেখানে অন্যান্য ডিভাইস প্রতিযোগিতা করতে পারে না, যদিও ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সে এর ব্যবহার সীমিত।

বিস্তারিত ক্রিয়াকলাপ: চক্র VI এর পর্যায়গুলি

এর আচরণ বোঝার জন্য, এর বৈশিষ্ট্যগত বক্ররেখার প্রতিটি পর্যায় বিশ্লেষণ করা অপরিহার্য:

• একটি ছোট সরাসরি ভোল্টেজ প্রয়োগ করে, টানেলের প্রভাবের জন্য চার্জ বাহকগুলি জংশনের মধ্য দিয়ে যায়, যার ফলে কম কারেন্ট উৎপন্ন হয়।
• উত্তেজনা বৃদ্ধির সাথে সাথে, ভ্যালেন্স এবং পরিবাহী ব্যান্ডগুলি ওভারল্যাপ করে, যার ফলে সর্বোচ্চ বিন্দুতে পৌঁছানো পর্যন্ত কারেন্ট দ্রুত বৃদ্ধি পায়।
• শিখরের পরে, ব্যান্ডগুলির ভুল সারিবদ্ধকরণ টানেলিং হ্রাস করে, উপত্যকা বিন্দুতে স্রোত হ্রাস করে।
• উত্তেজনা বাড়তে থাকায়, আচরণটি একটি প্রচলিত সংযোগস্থলের মতো, এবং স্রোত আবার বেড়ে যায়।
• বিপরীত পক্ষপাতের অধীনে, টানেলের প্রভাব এখনও উল্লেখযোগ্য কারেন্টের অনুমতি দেয়, যদিও সর্বাধিক বিপরীত ভোল্টেজ সাধারণত কম থাকে।

ব্যবহারের শর্তাবলী এবং পরিচালনার সীমা

El টানেল ডায়োড তুলনামূলকভাবে উচ্চ সরাসরি ভোল্টেজ সহ্য করতে পারে, কিছু মডেল 500 V পর্যন্ত পৌঁছায়, কিন্তু এর সর্বোচ্চ বিপরীত ভোল্টেজ (PIV) এটি সাধারণত কম থাকে, সবচেয়ে সাধারণ উদাহরণগুলিতে প্রায় 40 V। ক্ষতি এড়াতে এই সীমাবদ্ধতাটি মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ।

মধ্যকার সম্পর্ক সর্বোচ্চ স্রোত এবং উপত্যকা স্রোত এটি সঠিক মডেল নির্বাচনের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ পরামিতি, বিশেষ করে অসিলেটর এবং অ্যামপ্লিফায়ার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে যেখানে নেতিবাচক প্রতিরোধের অঞ্চলে স্থিতিশীলতা এবং সংকেত প্রশস্ততা প্রয়োজন।

প্রতিদিনের পরিস্থিতি যেখানে টানেল ডায়োড ব্যবহার করা হয়

সীমিত ব্যবহার সত্ত্বেও, টানেল ডায়োড অবস্থিত:

• মাইক্রোওয়েভ যোগাযোগ সরঞ্জাম।
• উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি মিটার।
• ইলেকট্রনিক পদার্থবিদ্যা পরীক্ষাগারে সংকেত উৎস।
• রাডার সিস্টেম যার জন্য ন্যানোসেকেন্ড প্রতিক্রিয়া প্রয়োজন।

নতুন প্রযুক্তি এবং উপকরণের প্রবর্তন সত্ত্বেও, তাদের গতি এবং নির্ভরযোগ্যতা নির্দিষ্ট কিছু বিশেষ ক্ষেত্রে তাদের প্রাসঙ্গিক রাখে।