ग्रेड 10 → इलेक्ट्रॉनिक्स और संचार → सेमीकंडक्टर्स ↓
डायोड और उनके अनुप्रयोग
डायोड इलेक्ट्रॉनिक्स और संचार के क्षेत्रों में मौलिक घटक होते हैं। वे सबसे सरल सेमीकंडक्टर उपकरणों में से एक हैं, लेकिन उनकी अद्वितीय क्षमता के कारण वे बेहद महत्वपूर्ण हैं जो केवल एक दिशा में वर्तमान को प्रवाहित करने की अनुमति देती हैं। इस अन्वेषण में, हम यह देखेंगे कि डायोड क्या होते हैं, वे कैसे काम करते हैं और उनके विभिन्न अनुप्रयोग।
अर्धचालकों की समझ
डायोड को समझने के लिए, पहले सेमीकंडक्टरों को समझना महत्वपूर्ण है। सेमीकंडक्टर वे पदार्थ हैं जिनकी विद्युत चालकता तांबे जैसे चालक और कांच जैसे इंसुलेटर के बीच होती है। यह विशेषता उन्हें इलेक्ट्रॉनिक घटकों में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती है।
सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सेमीकंडक्टर सामग्री सिलिकॉन है। सेमीकंडक्टर विशेष होते हैं क्योंकि उनकी चालकता को "डोपिंग" नामक प्रक्रिया में अशुद्धियों को जोड़कर बदला जा सकता है। इस तरह, डायोड और अन्य सेमीकंडक्टर उपकरण बनाए जाते हैं।
डायोड क्या है?
डायोड एक सेमीकंडक्टर उपकरण है जो केवल एक दिशा में वर्तमान को बहने की अनुमति देता है। इसमें दो टर्मिनल होते हैं: एनोड और कैथोड। डायोड का प्रतीक एक त्रिकोण होता है जिसके ऊपर एक रेखा दर्शाई गई है:
इस प्रतीक में, त्रिकोण एनोड को और रेखा कैथोड को दर्शाती है। वर्तमान एनोड से कैथोड की ओर बहता है, लेकिन विपरीत दिशा में नहीं। यह एक दिशा वाली विशेषता डायोड को एसी (वैकल्पिक धारा) को डीसी (प्रत्यक्ष धारा) में बदलने जैसे अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाती है।
डायोड कैसे काम करते हैं?
पीएन जंक्शन
डायोड का मुख्य सिद्धांत पीएन जंक्शन होता है। पीएन जंक्शन तब बनता है जब पी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर सामग्री को जोड़ा जाता है।
- पी-टाइप: इस सेमीकंडक्टर सामग्री में "होल्स" या सकारात्मक चार्ज कैरियर्स का प्रचुरता होती है। यह सामग्री को उध्दरण जैसे तत्वों से डोपिंग करके बनाया जाता है।
- एन-टाइप: इसमें इलेक्ट्रॉन्स या नकारात्मक चार्ज कैरियर्स की प्रचुरता होती है। इसे फॉस्फोरस जैसे तत्वों को जोड़कर बनाया जाता है।
डिप्लेशन क्षेत्र का निर्माण
जब पी-टाइप और एन-टाइप सामग्री को एक साथ रखा जाता है, तो एन-टाइप क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन्स पी-टाइप क्षेत्र में फैल जाते हैं और होल्स के साथ पुनः संचारित होते हैं। यह उस जंक्शन के चारों ओर एक क्षेत्र बनाता है जहां कोई चार्ज कैरियर नहीं होते हैं, जिसे डिप्लेशन क्षेत्र कहा जाता है।
इस क्षेत्र का निर्माण एक विद्युत क्षेत्र बनाता है जो इलेक्ट्रॉन्स के अग्र प्रवाह का विरोध करता है, एक संतुलन बिंदु बनाता है। केवल निश्चित परिस्थितियों में (जैसे कि बाहरी वोल्टेज का प्रयोग करना), इलेक्ट्रॉन्स और होल्स इस जंक्शन के पार बहते हैं।
फॉरवर्ड बायस और रिवर्स बायस
डायोड का संचालन काफी हद तक इस बात पर निर्भर करता है कि इसमें वोल्टेज कैसे लागू होता है। इससे दो परिदृश्य उत्पन्न होते हैं:
- फॉरवर्ड बायस: इस स्थिति में, एनोड पर एक सकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, और कैथोड पर एक नकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है। यह डिप्लेशन क्षेत्र की प्रतिरोधता को कम करता है, जिससे डायोड के माध्यम से करंट बहने देता है। डायोड एक कंडक्टर है।
- रिवर्स बायस: यहां, कैथोड पर एक सकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, और एनोड पर एक नकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है। इससे डिप्लेशन क्षेत्र की प्रतिरोधता बढ़ती है, डायोड के माध्यम से करंट को बहने से रोकती है। डायोड एक नॉन-कंडक्टर है।
डायोड के अनुप्रयोग
परहेज
डायोड का एक मुख्य अनुप्रयोग एसी को डीसी में बदलना है, जिसे रेक्टिफिकेशन कहा जाता है। इसे एक रेक्टिफायर सर्किट का उपयोग करके किया जाता है।
हाफ-वेव रेक्टिफायर
हाफ-वेव रेक्टिफायर में, एक एसी इनपुट को एक डायोड पर लागू किया जाता है, जो एसी वेवफॉर्म के केवल एक भाग को पार करने की अनुमति देता है, दूसरे भाग को ब्लॉक करता है। इससे एक धड़कन वाली डीसी आउटपुट उत्पन्न होती है।
एक अकेला डायोड का उपयोग करके, यह सरल सर्किट बनाया जा सकता है, जहां इनपुट एसी साइनुसॉइडल वेव को केवल सकारात्मक वेव्स की एक श्रृंखला में परिवर्तित किया जाता है। हालांकि, ब्लॉक किए गए नकारात्मक आधे के कारण होने वाला पावर नुकसान इसका एक नुकसान है।
एसी इनपुट ----|>|---- लोड (-) डायोड
एसी इनपुट ----|>|---- लोड (-) डायोड
फुल-वेव रेक्टिफायर
एक फुल-वेव रेक्टिफायर अधिक डायोड का उपयोग करके पूरे एसी वेव को डीसी में परिवर्तित करता है। इसे इस प्रकार किया जा सकता है:
- सेंटर-टैप्ड फुल-वेव रेक्टिफायर: एक सेंटर-टैप्ड ट्रांसफार्मर और दो डायोड का उपयोग करता है।
- ब्रिज रेक्टिफायर: चार डायोड का उपयोग एक ब्रिज विन्यास में न्याय करने में पूर्ण-वेव रेक्टिफिकेशन करता है।
ब्रिज रेक्टिफायर का कार्य
एक ब्रिज रेक्टिफायर में, चार डायोड नीचे दिखाए गए अनुसार जुड़े होते हैं ताकि एसी को अधिक प्रभावी ढंग से डीसी में परिवर्तित किया जा सके:
एसी चक्र के सकारात्मक आधे के दौरान, दो डायोड प्रवाहित होते हैं, और नकारात्मक आधे के दौरान, अन्य दो प्रवाहित होते हैं, जिससे लोड के माध्यम से करंट केवल एक दिशा में गुजरता है। यह एक चिकनी डीसी आउटपुट उत्पन्न करता है।
सिग्नल डीमोडुलेशन
डायोड एएम सिग्नल के डीमोडुलेशन में भी उपयोग किए जाते हैं। एएम का मतलब एम्प्लीट्यूड मॉड्यूलेशन है, जो एक तकनीक है जिसका उपयोग रेडियो तरंगों के माध्यम से सूचनाओं के प्रेषण के लिए किया जाता है। रिसीवर पर, डायोड डीमोडुलेटर मॉड्यूलेटेड कैरियर वेव से ऑडियो या मूल सूचना सिग्नल को निकालता है।
वोल्टेज रेगुलेशन
डायोड जिन्हें जेनर डायोड के रूप में जाना जाता है, एक स्थिर वोल्टेज स्तर बनाए रखने के लिए उपयोग किए जाते हैं। जब वे रिवर्स बायस में ऑपरेट करते हैं, जेनर डायोड जेनर ब्रेकडाउन वोल्टेज तक पहुंचने पर पीछे की दिशा में करंट प्रवाहित कर सकते हैं, इस प्रकार अन्य घटकों को आपूर्ति किए गए वोल्टेज को स्थिर करते हैं।
जेनर डायोड
जेनर डायोड विशेष प्रकार के डायोड होते हैं जिन्हें एक निश्चित रिवर्स वोल्टेज (जिसे जेनर वोल्टेज कहा जाता है) के पहुंचने पर "पीछे" की दिशा में करंट प्रवाहित करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है। यह उन्हें बिजली आपूर्ति सर्किट में वोल्टेज नियमन के लिए अत्यधिक उपयोगी बनाता है।
अन्य अनुप्रयोग
- क्लैंपिंग सर्किट: डायोड का उपयोग वेव के स्तर को वांछित मान तक शिफ्ट करने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग टीवी और अन्य सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट में किया जाता है।
- क्लिपिंग सर्किट: डायोड संकेत वोल्टेज के कुछ हिस्सों को निश्चित स्तरों के ऊपर और नीचे क्लिप कर सकते हैं, जिससे संकेत विकृतियों को ठीक किया जा सकता है।
- स्विचिंग: डिजिटल लॉजिक गेट्स में स्विच के रूप में उपयोग किए जाते हैं जो बाइनरी संकेतों (0 और 1) के प्रवाह की अनुमति या प्रतिबंध लगाते हैं।
- सुरक्षा सर्किट: डायोड को रिवर्स पोलारिटी वोल्टेज के कारण सर्किट को हुए नुकसान से बचाने के लिए किया जाता है, जो बिजली के लिए एक दिशा वाली वाल्व के रूप में काम करता है।
निष्कर्ष
डायोड आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में एक बहुमुखी और आवश्यक घटक हैं, जो रेक्टिफिकेशन से वोल्टेज नियमन और संकेत डिमोडुलेशन तक कई प्रयोजनों की सेवा करते हैं। उनकी करंट के प्रवाह की दिशा को नियंत्रित करने की क्षमता उन्हें जटिल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की डिजाइन में एक आवश्यक बिल्डिंग ब्लॉक बनाती है। उनके कार्य और अनुप्रयोगों को समझना हमें यह समझने में मदद करता है कि वे कैसे हमारे विश्व के ऊर्जा स्रोत के रूप में हर दिन काम करते हैं।
टिप्पणियाँ