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ट्रांजिस्टर और लॉजिक गेट्स

ट्रांजिस्टर और लॉजिक गेट्स इलेक्ट्रॉनिक्स में मौलिक घटक हैं, खासकर संचार प्रणालियों में। ये तत्व सभी डिजिटल सर्किट्स के केंद्र में होते हैं, जो कंप्यूटरों और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को जटिल कार्य करने की अनुमति देने के लिए निर्माण खंड के रूप में कार्य करते हैं।

ट्रांजिस्टर क्या है?

एक ट्रांजिस्टर एक छोटा इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जो एक स्विच या एक प्रवर्धक के रूप में कार्य कर सकता है। यह एक अर्धचालक सामग्री से बना होता है, आमतौर पर सिलिकॉन, और इसे सर्किट में विद्युत धारा के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है। ट्रांजिस्टर अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के प्रमुख घटक होते हैं, जो उन्हें संकेतों को संसाधित करने और कार्य करने में सक्षम बनाते हैं।

ट्रांजिस्टर की संरचना

ट्रांजिस्टर में तीन मुख्य भाग होते हैं जिन्हें टर्मिनल कहा जाता है:

इमिटर: ट्रांजिस्टर का वह भाग जो इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है (या भेजता है)।
बेस: टर्मिनल जो ट्रांजिस्टर के संचालन को नियंत्रित करता है।
कलेक्टर: वह भाग जो इमिटर द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को एकत्र करता है।

मुख्य रूप से दो प्रकार के ट्रांजिस्टर होते हैं:

बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT): इसमें अर्धचालक सामग्री की तीन परतें होती हैं। यह NPN या PNP हो सकता है। अक्षर प्रयुक्त अर्धचालक के प्रकार को दर्शाते हैं।
फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET): विद्युत धाराओं को नियंत्रित करने के लिए विद्युत क्षेत्र का उपयोग करता है। सामान्य प्रकारों में MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सोमीकंडक्टर FET) शामिल हैं।

ट्रांजिस्टर कैसे काम करते हैं

ट्रांजिस्टर एक बड़ी वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए एक छोटी वर्तमान का उपयोग करके काम करते हैं। चलिए BJT कैसे काम करते हैं इसे देखते हैं:

NPN ट्रांजिस्टर: इस प्रकार का ट्रांजिस्टर तब चालू होता है जब बेस पर सकारात्मक करेंट लागू किया जाता है। करंट कलेक्टर से इमिटर तक बहता है।

PNP ट्रांजिस्टर: यह प्रकार तब चालू होता है जब बेस पर नकारात्मक करंट लागू किया जाता है। करंट इमिटर से कलेक्टर तक बहता है।

सरल शब्दों में, दोनों प्रकारों में बेस करंट कलेक्टर और इमिटर के बीच बहुत सारे करंट को प्रवाहित करने की अनुमति देता है। यह क्षमता ट्रांजिस्टर को संकेत को प्रवर्धित करने की अनुमति देती है।

स्विच के रूप में ट्रांजिस्टर

ट्रांजिस्टर का एक प्रमुख उपयोग स्विच के रूप में होता है। जब इस तरह से उपयोग किया जाता है, तो वे करंट को या तो संचालक कर सकते हैं या अवरोधित कर सकते हैं, बहुत हद तक एक पानी के पाइप में एक वाल्व खोलने और बंद करने जैसा।

        यदि बेस करंट > 0: ट्रांजिस्टर चालू है (बंद स्विच की तरह कार्य करता है) अन्यथा: ट्रांजिस्टर बंद (खुला स्विच की तरह कार्य करता है)

यह सिद्धांत कंप्यूटरों और अन्य डिजिटल प्रणालियों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जहाँ बाइनरी सिग्नल (0 और 1) ट्रांजिस्टर को चालू और बंद करके संसाधित किया जाता है।

ट्रांजिस्टर संचालन का दृश्य उदाहरण

एक स्विच, बैटरी, और एक लाइट बल्ब वाली एक साधारण सर्किट पर विचार करें:

जब स्विच बंद होता है, तो सर्किट पूरा होता है, और लाइट बल्ब जल उठता है। इसी तरह, "चालू" स्थिति में एक ट्रांजिस्टर करंट को प्रवाहित करने की अनुमति देता है, जिससे सर्किट पूरा होता है।

प्रवर्धक के रूप में ट्रांजिस्टर

स्विच के रूप में कार्य करने के अलावा, ट्रांजिस्टर एक प्रवर्धक के रूप में भी कार्य कर सकते हैं, कमजोर संकेतों को अधिक शक्तिशाली बना सकते हैं। यह ऑडियो प्रणालियों जैसे अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है, जहाँ एक छोटा ऑडियो इनपुट सिग्नल एक लाउडस्पीकर को चलाने के लिए प्रवर्धित होना चाहिए।

प्रवर्धन कैसे काम करता है

जब बीजेटी के बेस में एक छोटी इनपुट करंट लागू की जाती है, तो यह इमिटर और कलेक्टर के बीच प्रवाहित होने वाले एक बड़ी करंट को नियंत्रित करती है। यह प्रक्रिया आउटपुट संकेत की शक्ति को बढ़ा देती है।

        इनपुट सिग्नल -> बेस बड़ी आउटपुट -> कलेक्टर से इमिटर प्रवर्धन = आउटपुट सिग्नल / इनपुट सिग्नल

ट्रांजिस्टर के साथ प्रवर्धन का दृश्य उदाहरण

यहां एक ऑडियो प्रवर्धक के काम करने का एक वैचारिक चित्रण प्रस्तुत है:

यह प्रवर्धक एक छोटी इनपुट वेवफॉर्म लेता है और एक बड़ी वेवफॉर्म आउटपुट करता है, जो प्रवर्धन प्रक्रिया को प्रदर्शित करता है।

लॉजिक गेट्स की समझ

लॉजिक गेट्स डिजिटल घटक होते हैं जो बाइनरी संकेतों को संसाधित करते हैं। वे एक या अधिक बाइनरी इनपुट्स पर तार्किक संचालन करके एकल बाइनरी आउटपुट उत्पन्न करते हैं।

लॉजिक गेट्स के मूल प्रकार

AND गेट: तभी सही (1) आउटपुट उत्पन्न करता है जब इसके सभी इनपुट सही हों।
OR गेट: तब सही (1) आउटपुट देता है जब कम से कम इसका एक इनपुट सही हो।
NOT गेट (इनवर्टर): अपने इनपुट का विपरीत आउटपुट देता है।
NAND गेट: तभी गलत (0) आउटपुट देता है जब इसके सभी इनपुट सही हों।
NOR गेट: तभी सही (0) आउटपुट देता है जब इसके सभी इनपुट गलत हों।
XOR गेट: जब इसके इनपुट भिन्न हों तो सही (1) आउटपुट देता है।
XNOR गेट: जब इसके इनपुट समान हों तो सही (1) आउटपुट देता है।

प्रत्येक प्रकार के गेट को एक सत्य-सारणी द्वारा दर्शाया जा सकता है, जो दिखाता है कि आउटपुट इनपुट पर कैसे निर्भर करता है। लॉजिक गेंट्स को मिलाकर कंप्यूटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे जटिल डिजिटल सर्किट बनाए जा सकते हैं।

एंड गेट

        इनपुट्स | आउटपुट एबी | वाई ======= 0 0 | 0 0 1 | 0 1 0 | 0 1 1 | 1

OR गेट

        इनपुट्स | आउटपुट एबी | वाई ======= 0 0 | 0 0 1 | 1 1 0 | 1 1 1 | 1

नो गेट

        इनपुट | आउटपुट ए | वाई ====== 0 | 1 1 | 0

लॉजिक गेट्स का दृश्य उदाहरण

यहां बताया गया है कि एक AND गेट कैसे काम करता है:

जब दोनों इनपुट ए और बी 1 होते हैं, तो आउटपुट वाई भी 1 होगा। अगर या तो ए या बी 0 है, तो आउटपुट 0 होगा।

लॉजिक गेट्स का संयोजन

लॉजिक गेंट्स को मिलाकर जटिल डिजिटल सर्किट बनाए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, XOR और AND गेंट्स के संयोजन का उपयोग करके एक साधारण जोड़ संचालन किया जा सकता है।

        योग = ए XOR बी कैरी = ए AND बी

ये संचालन कंप्यूटरों में अंकगणितीय लॉजिक यूनिट्स (ALUs) का आधार बनाते हैं, जो गणितीय गणनाएं और लॉजिक संचालन करते हैं।