ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් III (Electronics) - 18

PIN diode

පින් ඩයෝඩය යනු සාමාන්‍ය පීඑන් සන්ධියක් සහිත ඩයෝඩයක් නොවේ. එහි පී හා එන් ලෙස මාත්‍රණය කළ අර්ධසන්නායක කොටස් දෙක මැදින් මාත්‍රණය නොකරපු (හෙවත් නිසඟ හෙවත් intrinsic) හෝ ඉතාම ස්වල්ප වශයෙන් මාත්‍රණය කළ අර්ධසන්නායක කොටසක්ද ඇත. PIN යන නම සෑදී තිබෙන්නේ P – Intrinsic – N යන්න කෙටි කරලාය.

අමුතුවෙන් සංඛේතයක් පින් ඩයෝඩයට නොමැති අතර සාමාන්‍ය ඩයෝඩ සංඛේතයම මේ සඳහා යොදනවා. එහෙත් සමහරුන් පින් ඩයෝඩයට පහත සංඛේතය පාවිච්චි කරනවා (ඇත්තටම වෙනස් වෙනස් ඩයෝඩවලට වෙනස් වෙනස් සංඛේත තිබීම ප්‍රයෝජනවත්ය).

පී හා එන් අර්ධසන්නායක කොටස් දෙක අධික මාත්‍රණයට ලක් කර ඇත. ඉන්ට්‍රින්සික් අර්ධසන්නායක කොටස නිසා පින් ඩයෝඩයට සුවිශේෂි ලක්ෂණ කිහිපයක් ලැබී තිබේ. අධික මාත්‍රණය නිසා පී හා එන් අර්ධසන්නායක කොටස්වල සන්නායකතාව අධික වුවත්, ඉන්ට්‍රින්සික් කොටසේ සන්නායකතාව ඉතාම අල්පයි (මාත්‍රණය නොකරපු අර්ධසන්නායකවල සන්නායකතාව ඉතා අඩු බව ඔබ ඉගෙන තිබෙනවා). දළ වශයෙන් එමනිසා මෙම ඉන්ට්‍රින්සික් කොටස පරිවාරක කොටසක් මෙන් ක්‍රියා කරනවා.

බයස් කර නොමැති විට හා පසු නැඹුරු කර ඇති විට, හායිත පෙදෙස සාමාන්‍ය පීඑන් ඩයෝඩයකට වඩා ඉතා පුලුල්ය (මුලු I කොටසම හායිත පෙදෙසක් බවට පත් වේ). එහෙත් පෙර නැඹුරු කරන විට, පී පැත්තෙන් සිඳුරුද එන් පැත්තෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝනද මෙම ඉන්ට්‍රින්සික් කොටසට ඇතුලු වේ. මෙවිට I කොටසේ stored charge (ගබඩා වෙච්ච ආරෝපණ) තිබෙනවා යැයි පවසනවා. එවිට මෙතෙක් "හොඳ පරිවාරකයක්" සේ සිටි ඉන්ට්‍රින්සික් කොටස "හොඳ සන්නායකයක්" බවට පත් වෙනවා (යම් තැනක ආරෝපණ වාහක තිබෙනවා නම් එය සන්නායකයක්නෙ). පෙර නැඹුරුවේදී ක්‍රමයෙන් හා ඉක්මනින් හායිත පෙදෙස ඉවත්ව යනවා (සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකත් මෙය සිදු වන නමුත් පින් ඩයෝඩයේදී වැඩිපුර සිදු වේ).

සාමාන්‍ය පීඑන් සන්ධියකදි හමුවන හායිත පෙදෙසට වඩා පින් ඩයෝඩයක හායිත පෙදෙස විශාලය. එනිසාම සන්ධි ධාරිතාව ඉතාම කුඩාය (ධාරිත්‍රකයක ආරෝපිත තහඩු දෙක අතර දුර වැඩි වන විට ධාරිතාව අඩුවේ). එනිසා මෙවැනි ඩයෝඩයක් පසු නැඹුරු කර ඇති විටක ඒ හරහා අධිසංඛ්‍යාත සංඥා යෑමේදී, එම සංඥා අවුට්පුට් එකට "කාන්දු වෙන්නේ" නැත. ඩයෝඩ් ස්විචිං යටතේ ඔබ ඉගෙන ගත්තා සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකදී සන්ධි ධාරිතාව වැඩි නිසා, ඩයෝඩය පෙර නැඹුරු කර නැති විටදීත් (එනම් ඩයෝඩය ඕෆ් විටදීත්) ඉන්පුට් සංඥාව අවුට්පුට් වුණා (දුර්වල සංඥාවක් ලෙස). එනිසා සන්ධි ධාරිතාව ඉතාම අඩු නිසා අධිසංඛ්‍යාත සංඥා සමග මෙවැනි ඩයෝඩ යෙදිය හැකියි.

තවද, හායිත පෙදෙස විශාල නිසාම පසු නැඹුරුවේදී බිඳවැටීම සිදු කිරීමට වැඩිපුර වෝල්ට් ගණනක් අවශ්‍ය වේ. ඒ කියන්නේ පසු නැඹුරු බිඳවැටුම් වෝල්ටියතාව සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකට වඩා විශාලය. මේ නිසා මෙවැනි පින් ඩයෝඩ අධිවෝල්ටියතා ඒසී විදුලියන් ඍජුකරණය කිරීමට යොදා ගත හැකියි (high voltage rectifier – HV rectifier).

ප්‍රකාශ ඩයෝඩයකදී පිටින් පතිත වන ආලෝකය මඟින් ඉලෙක්ට්‍රෝන-සිඳුරු යුගල ඇති වෙනවානෙ. මෙම සිදුවීම සිදු වන්නේ ඩයෝඩ සන්ධියේය; එනම් සන්ධියේ තිබෙන හායිත පෙදෙසේය. මෙම හායිත පෙදෙස පින් ඩයෝඩයකදී විශාලය. ඒ කියන්නේ ආලෝකය නිසා ඉලෙක්ට්‍රෝන-සිඳුරු සාදන ක්‍රියාව අධික වේගයෙන් සිදු වේ. පින් ප්‍රකාශ ඩයෝඩ සාමාන්‍ය පීඑන් ප්‍රකාශ ඩයෝඩවලට වඩා රෙස්පොන්සිවිටි එක වැඩි මේ නිසාය.

බහුලවම භාවිතා වන ප්‍රකාශ ඩයෝඩ වර්ගය පින් ප්‍රකාශ ඩයෝඩයයි. සාමාන්‍ය ආලෝකයට වගේම වෙනත් විකිරණයන්ට සංවේදී වන සේ මෙවැනි ප්‍රකාශ පින් ඩයෝඩ නිපදවනවා. ඒ අනුව, අධෝරක්ත, සාමාන්‍ය දෘෂ්‍යාලෝකය, පාරජම්බූල, එක්ස් රේ, ගැමා කිරණ, මෙන්ම වෙනත් න්‍යෂ්ඨික විකිරණයන් (ඇල්ෆා හා බීටා) හඳුනාගත හැකි ප්‍රකාශ පින් ඩයෝඩ නිපදවා ඇත. විකිරණයන් හඳුනා ගැනීමට භාවිතා කෙරෙන සරල ගයිගර් කවුන්ටර් (Geiger Counter) නම් උපකරණ මේ ක්‍රමයෙන් සෑදිය හැකියි.

තවද, ඉහතදී පැවසූ ලෙසම, පෙර නැඹුරු කළ විට, පී කොටසින් සිඳුරුද එන් කොටසින් ඉලෙක්ට්‍රෝනද නිසඟ අර්ධසන්නායක කොටසට රොක් වෙනවා. එවිට එම කොටසේ අධික ආරෝපණ ප්‍රමාණයක් (stored charge) පවතිනවා. ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සිඳුරු එකිනෙකට විරුද්ධ නිසා සාමාන්‍යයෙන් මේ දෙක එකිනෙකට රිකම්බයින් වී උදාසීන වෙනවා. මෙම ආරෝපණ එක ළඟින් තිබෙන විට පහසුවෙන් රිකම්බයින් වෙනවා. එහෙත් මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සිඳුරු වේගයෙන් දෙපැත්තට ගමන් කරන විට රිකම්බයින් වීමට තිබෙන අවස්ථාව අඩු වෙනවා (පාරේදී හදිසියේ දෙපැත්තට යන දෙදෙනෙකු මුන ගැසුණත් හදිසිය නිසා ඒ දෙදෙනාට කතා කිරීමට අවස්ථාවක් නැහැ වගේ). සෙමින් ගමන් කරන විට රිකම්බයින් වීමට අවස්ථාව වැඩි වෙනවා. ඒ කියන්නේ සංඛ්‍යාතය වැඩි වන තරමට රිකම්බයින් වීම අඩු වෙනවා (සංඛ්‍යාතය වැඩි වීම වේගය වැඩි වීමක් බඳුයි).

එහෙත් ඉහත හේතුව නිසා තවත් ප්‍රශ්නයක් ඇති වෙනවා. එනම් පින් ඩයෝඩයේ සන්ධිය දෙපස බොහෝ ආරෝපණ (stored charge) පවතිනවා. මේ නිසා රිවර්ස් රිකවරි ඩිලේ ප්‍රශ්නය ඇති වෙනවා (රිවර්ස් රිකවරි ඩිලේ ගැන මීට කලින් කතා කර තිබෙනවා). වෙනත් ඩයෝඩවලට වඩා පින් ඩයෝඩයකදී මෙම රිකවරි ප්‍රශ්නය බරපතල ලෙස පවතිනවා. මෙය බැලූ බැල්මට අධිසංඛ්‍යාත සංඥා යෑමට බාධාවක් ඇති කරනවා නේද? එක් අතකින් සන්ධි ධාරිතාව නිසා අධිසංඛ්‍යාතවලට හොඳ තත්වයක් ඇති වූ අතරම, රිකවරි ප්‍රශ්නය නිසා අධිසංඛ්‍යාතයන්ට නරක තත්වයක්ද ඇති කරනවා. එහෙත් මීට විසඳුමද ඉබේම ලැබෙනවා.

සංඥා සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට, ආරෝපණ රිකම්බයින් වීම අවම වේ. ඒ කියන්නේ සන්ධියේ (එනම් I කොටසේ) තිබෙන ආරෝපණ ඉක්මනින් උදාසීන නොවේ. මේ නිසා අධිසංඛ්‍යාත සංඥා ගමන් කරන විට සුපුරුදු ඩයෝඩ සන්ධි ක්‍රියාකාරිත්වය නැති වී ගොස්, I (අයි) කොටස සාමාන්‍ය සන්නායක කැබැල්ලක් සේ ක්‍රියා කරන්නට ගන්නවා. ඒ කියන්නේ අධිසංඛ්‍යාත සංඥාවලට කිසිදු බාධාවකින් තොරව නිකංම වයර් එකක් තුලින් යනවා වැනි තත්වයක් ඇති වෙනවා.

ඉහත ප්‍රකාශය තවත් ආකාරයකින් මේ අයුරින්ද පැවසිය හැකියි. අඩු සංඛ්‍යාතවලදී පින් ඩයෝඩය දළ වශයෙන් සාමාන්‍ය ඩයෝඩයක් සේ ක්‍රියා කරනවා. එහෙත් සංඛ්‍යාතය ක්‍රමයෙන් වැඩි වන විට, පින් ඩයෝඩයේ පෙර නැඹුරු කළ විට දක්වන සාමාන්‍ය හැසිරීමෙන් ඉවත්ව, ධාරාවෙන් පාලනය වන රෙසිස්ටරයක් (current-controlled resistor) බවට පත් වෙනවා. එක් එක් පින් ඩයෝඩයේ මෙම වෙනස සිදු වන සංඛ්‍යාතය වෙනස්ය (සාමාන්‍යයෙන් මෙගාහර්ට්ස් පරාසයේ මෙම සංඛ්‍යාතය පවතී). පින් ඩයෝඩයේ ඉන්ට්‍රින්සික් කොටසේ ගනකම වැඩි වන විට, මෙම සංක්‍රාන්ති සංඛ්‍යාත අගය අඩු වේ.

සටහන

Controlled Resistors

රෙසිස්ටරයක් යනු ඕම් නියමය පිළිපදින ඉතා සරල හා රේඛීය ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයක් බව ඔබ දන්නවා. සාමාන්‍ය රෙසිස්ටරයක් හරහා ධාරාවක් ගලා ගිය විට, එය දෙපස යම් නිශ්චිත වෝල්ටියතාවක් ඩ්‍රොප් වෙන බවද ඔබ දන්නවා. රෙසිස්ටරය සාමාන්‍ය එකක් වුවත්, විශේෂිත ආකාරයේ එකක් වුවත් ඒ ආකාරයට වෝල්ටියතාවක් ඩ්‍රොප් වීම අනිවාර්යෙන්ම සිදු වෙනවා.

විශේෂිත ආකාරයේ රෙසිස්ටර් දෙකක් ගැන අපට කතා කළ හැකියි. ඉන් එකක් නම්, උපාංගය හරහා යවන ධාරා ප්‍රමාණය විසින් ඕම් අගය වෙනස් කරන ජාතියේ රෙසිස්ටරයකි. ඒ කියන්නේ උපාංගය හරහා යන ධාරාව තීරණය කරනවා එම උපාංගයේ තිබිය යුතු ඕම් ගණන කොච්චරද කියා. විදුලි ධාරාව විසින් ප්‍රතිරෝධය පාලනය කරන නිසා, මෙවැනි රෙසිස්ටර් ධාරාවෙන් පාලනය වන රෙසිස්ටර් (current-controlled resistor) ලෙස හැඳින්වෙනවා.

මෙලෙසම යම් උපාංගයක දෙපස තිබෙන වෝල්ටියතාව වෙනස් කිරීමෙන් එම උපාංගයේ ඕම් අගය වෙනස් කළ හැකියි. වෝල්ටියතාව මඟින් ප්‍රතිරෝධය තීරණය කරන නිසා, එවැනි උපාංග විභවය විසින් පාලනය කරන රෙසිස්ටර් (voltage-controlled resistor) ලෙස හැඳින්වෙනවා.

ඇත්තටම, මෙවැනි රෙසිස්ටර් සාමාන්‍ය රෙසිස්ටර් මෙන් කඩෙන් විවිධ අගයන්ගෙන් මිලදී ගත නොහැකියි. මෙම විශේෂිත රෙසිස්ටර් දෙක වැදගත් වන්නේ සංකල්පීය වශයෙනි. එනම්, "අහවල් උපාංගයේ ප්‍රතිරෝධය ඒ හරහා යන ධාරාව අනුව වෙනස් වෙනවා" යනුවෙන් පැවසූ විට, ඉන් කියවෙන්නේ එම උපාංගය කරන්ට්-කන්ට්‍රෝල්ඩ් රෙසිස්ටරයක් බවයි.

සමහරවිට ඔබ නිර්මාණය කරන්නට යන පරිපථයකට මෙවැනි ගති ගුණයක් අවශ්‍ය වීමට පුලුවන්. එවිට එවැනි විශේෂ හැසිරීම් දක්වන උපාංගයක් (හෝ කුඩා පරිපථ කොටසක්) යොදා ගත හැකියි. එම උපාංගය (හෝ පරිපථ කොටස) සත්‍ය වශයෙන්ම රෙසිස්ටරයක් නොවූවත් ඔබට අවශ්‍ය හැසිරීම (එනම් ගලන ධාරාව හෝ වෝල්ටියතාව විසින් ප්‍රතිරෝධය වෙනස් කිරීම) ඉන් ලබා ගත හැකියි. උදාහරණයක් ලෙස අධිසංඛ්‍යාතයන් සඳහා පින් ඩයෝඩය ධාරාවෙන් පාලනය වන ප්‍රතිරෝධකයකි.

ඉහත කතා කළේ මූලික කන්ට්‍රෝල්ඩ් රෙසිස්ටර් (පාලිත ප්‍රතිරෝධක) වර්ග දෙක ගැනයි. මීට අමතරව, උෂ්ණත්වය විසින් පාලනය කරන ප්‍රතිරෝධක සෑදිය හැකියි. එනම් උෂ්ණත්වය අඩු වැඩි වන විට ප්‍රතිරෝධය අඩු වැඩි වේ. එවිට ඒවා temperature-controlled resistor ලෙස හැඳින්විය හැකියි. ඔබ විසින් අතින් වෙනස් කරන සාමාන්‍ය විචල්‍ය ප්‍රතිරෝධක පවා කන්ට්‍රෝල්ඩ් රෙසිස්ටර් යටතට ගත හැකියි. එවිට, ප්‍රතිරෝධ අගය වෙනස් වන්නේ යාන්ත්‍රික ගුණයකටයි (එනම් "අතින් කරකැවීම"). මෙය manually-controlled resistor ලෙස අවශ්‍ය නම් කෙනෙකුට නම් කළ හැකියි. මේ ආකාරයට විවිධ ගතිගුණයන්ට සංවේදීව තමන්ගේ ප්‍රතිරෝධ අගය වෙනස් කර ගන්නා ඕනෑම උපාංගයක් කන්ට්‍රෝල්ඩ් රෙසිස්ටරයකි. යම් ගුණයකට සංවේදී වන නිසාම, කන්ට්‍රෝල්ඩ් රෙසිස්ටර් සංවේදක උපාංගයක් ලෙසද සැලකිය හැකියි නේද?

මේ අනුව, පින් ඩයෝඩයකදී අධිසංඛ්‍යාතවලදී ඩයෝඩය හරහා යන ධාරාවට ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතිකව (එනම් රේඛීයව) ඩයෝඩයේ ප්‍රතිරෝධය වෙනස් වේ. ධාරාව වැඩි වන විට, ප්‍රතිරෝධය අඩු වේ.

ඉතිං පින් ඩයෝඩය හැසිරෙන්නේ සාමාන්‍ය ඩයෝඩය ලෙසද නැතහොත් රෙසිස්ටරයක් ලෙසද යන්න තීරණය වන්නේ සාධක දෙකක් මතය. එකක් නම් ඒ හරහා යන සංඥාවේ සංඛ්‍යාතයයි. අනෙක පින් ඩයෝඩය හරහා යන ධාරා ප්‍රමාණයයි. සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට රිකම්බයින් වීමට අවස්ථාවක්/විවේකයක් නැති වීම නිසා ඉහත සංසිද්ධිය සිදු වන හැටි ඉහත විස්තර කළා. එහෙත් ඩයෝඩය හරහා යන ධාරාව කෙසේ බලපායිද?

ධාරාවක් යනු ආරෝපණ ගමන් කිරීමයි. යම් සන්නායකයක් ඔස්සේ වැඩිපුර ධාරාවක් ගලනවා යනු එම සන්නායකය පුරාම ආරෝපණ වැඩි වශයෙන් ගැවසෙනවා යන්නයි. ඒ අනුව පින් ඩයෝඩය හරහා වැඩි ධාරාවක් යනවා යනු මුලු ඩයෝඩය දිගේම වැඩි ආරෝපණ ප්‍රමාණයක් පවතිනවා යන්නයි. ඒ කියන්නේ I කොටසේද වැඩිපුර ආරෝපණ පවතිනවා. ඉතිං එම කොටසේ ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සිඳුරු රිකම්බයින් වුවත්, වැඩි වැඩියෙන් තවත් ආරෝපණ එකතු වන විට, එම කොටසේ ස්ටෝර්ඩ් චාජ් එක අඩුවක් නොවී දිගින් දිගටම පවතිනවා. එවිට පින් ඩයෝඩය නිකංම සන්නායක කොටසක් ලෙස දිගටම පවතිනවා.

ඉහත සාධක දෙකම බලපාන අයුරු තනි ගණිතමය සම්බන්ධතාවක්/සූත්‍රයක් ආකාරයට පහත ලියා ඇත. මෙහි Q යනු stored charge වන අතර, I_FD යනු පින් ඩයෝඩය හරහා ගලය පෙර නැඹුරු ධාරාවයි. f යනු ඩයෝඩය හරහා ගලා යන සංඥාවේ සංඛ්‍යාතයයි. >> යනු ඉතා විශාලයි යන තේරුම ලබා ගෙන ගණිතමය සංඛේතයයි (අඩුම වශයෙන් දස ගුණයක් වැඩියි). මෙම ගණිතමය ප්‍රකාශයේ දළ තේරුම නම්, ධාරාව කුමක් වුවත්, සංඛ්‍යාතය කුමක් වුවත් ඒ දෙකේම බලපෑම නොදැනෙන තරමේ විශාල ආරෝපණ ප්‍රමාණයක් තිබේය යන්නයි. (මෙය වඩාත් වැදගත් වන්නේ ලාජ් සිග්නල් සඳහායි.)

Q >> I_FD/2πf

දැන් ඉහත සාධක දෙකම එකට බලපාන අයුරු බලමු. සිතන්න පින් ඩයෝඩය හරහා කුඩා ධාරාවක් ගලනවා කියා. දැන් ඒ සමගම අඩු සංඛ්‍යාත සංඥාවක් ගමන් කරනවා. මෙවිට ධාරාව අඩු නිසා අයි කොටසේ තිබෙන්නේ අඩු ආරෝපණ ප්‍රමාණයකි. තවද සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය අඩු නිසා (එනම් මන්දගාමි නිසා) එම අඩුවෙන් පවතින ආරෝපණ පහසුවෙන් රිකම්බයින් වීමේ ක්‍රියාවද සිදු වෙනවා. ඒ කියන්නේ දැන් සාමාන්‍ය ඩයෝඩයක් ලෙසයි පින් ඩයෝඩය වැඩ කරන්නේ (සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකදී සංඥාවේ වෝල්ටියතාවෙන් ඩයෝඩය පෙර නැඹුරු වූ විට එම සංඥා අර්ධය අවුට්පුට වන අතර, සංඥා වෝල්ටියතාවෙන් ඩයෝඩය පසු නැඹුරු වූ විට එම සංඥාව අවුට්පුට් නොවේ; ඒ කියන්නේ තරංග ඍජුකරණය සිදු වේ).

එහෙත් දැන් සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය වැඩි කරගෙන යන්න. එවිට රිකම්බයින් වීම ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. එවිට ක්‍රමයෙන් ඩයෝඩය සාමාන්‍ය ඩයෝඩ ක්‍රියාවෙන් ඈත්වී සාමාන්‍ය සන්නායකයක් බවට පත් වේ (එවිට ඩයෝඩය ඍජුකරණය සිදු නොකරයි). සම්පූර්ණයෙන්ම සාමාන්‍ය සන්නායකයක් බවට පත් වීම තෙක්ම රිවර්ස් රිකවරි ඩිලේ එක නිසා සංඥාව විකෘති වේ. එහෙත් යම් සංඛ්‍යාතයකදී මෙම විකෘතිය ඉවත්ව යයි (මෙවිටයි සාමාන්‍ය සන්නායකයක් බවට පත් වූවා යැයි සලකන්නේ).

සංඛ්‍යාතය වැඩි නොකර, එහෙත් ඩයෝඩය හරහා යන ධාරාව ක්‍රමයෙන් වැඩි කරන්න. එවිට අයි කොටසේ ස්ටෝර්ඩ් චාජ් එක වැඩි වේ. සංඛ්‍යාතය අඩු නිසා වැඩිපුර රිකම්බයින් වුවත්, ධාරාව විසින් තව තවත් ආරෝපණ එතැනට ගෙනෙන නිසා පින් ඩයෝඩය සාමාන්‍ය සන්නායකයක් ලෙස ක්‍රියා කරනවා. දැන් සංඛ්‍යාතයත් වැඩි කළොත් තවත් හොඳින් එය සිදු වෙනවා.

මින් කිව හැක්කේ සංඛ්‍යාතය අඩු අවස්ථාවලදී ඩයෝඩය හරහා යන ධාරාව වැඩි කර පින් ඩයෝඩයේ අපූරු ක්‍රියාකාරිත්වය (එනම් සාමාන්‍ය ඩයෝඩ ක්‍රියාවෙන් ඈත්ව සන්නායකයක් (රෙසිස්ටරයක්) බවට පත් වීම) ලබා ගත හැකි බවයි. සංඛ්‍යාතය වැඩි වීම හා ධාරාව වැඩි වීම එකිනෙකට උදව් කරගන්නා බව පේනවා නේද?

ඩයෝඩ ස්විච ගැන අප මුලින් ඉගෙන ගත්තා. සාමාන්‍ය ඩයෝඩ හෝ ස්විචිං ඩයෝඩ යොදාගෙන අපට සාදා ගත හැකි වූයේ ස්මෝල් සිග්නල් (කුඩා සංඥා) සඳහා ස්විචයකි. ලාජ් සිග්නල් සඳහා එම පරිපථයම අපට සකසා ගන්නට පුලුවන් පින් ඩයෝඩ එහි යෙදුවොත්. එවිට, පින් ඩයෝඩය හරහා ඇම්පියර් ගණන් විශාල සංඥා වුවත් යැවිය හැකියි. සාමාන්‍ය සන්නායකයක්/වයරයක් දිගේ කුඩා හෝ ලොකු සංඥා යැවිය හැකියිනෙ කිසිදු විකෘතියක් නොමැතිව. ඉතිං පින් ඩයෝඩයේ ඉහත අපූර්ව ක්‍රියාකාරිත්වයේ ප්‍රතිඵලය (අධිසංඛ්‍යාත සඳහා) සාමාන්‍ය සන්නායකයක් (වයර් කැබැල්ලක්) වගේ ඩයෝඩය ක්‍රියා කිරීමයි. මීට පෙර ඩයෝඩ ස්විචිං යටතේ තිබූ පරිපථවල තිබූ සාමාන්‍ය හෝ ස්විචිං ඩයෝඩය වෙනුවට පින් ඩයෝඩයක් ආදේශ කළ විට මෙවැනි පරිපථ ලැබේ. පහත දැක්වෙන්නේ එවැනි පරිපථ දෙකකි.

 
ඉහත පරිපථ දෙකෙහි V_G යනු ඉන්පුට් කරන සංඥාවයි. එහි පළමු පරිපථය SPST switch ලෙස නම් කර ඇත. ඊට හේතුව මෙයයි. විවිධාකාරයේ ස්විච ඇත. ඒවායේ ක්‍රියාකාරිත්වයන් එකිනෙකට වෙනස්ය. ඉතිං එම විවිධත්වයන් සලකා ස්විචයන් වර්ග කිහිපයකට වර්ග කොට ඇත. SPST, SPDT යනු එම වර්ග අතුරින් දෙකකි. SPST (single pole single throw) ස්විචය සාමාන්‍ය ස්විචයයි. එනම් එය එක් පැත්තකට "කැඩූ" (දැමූ) විට ඔන් වේ; අනෙක් පැත්තට ස්විචය කැඩූ විට ඕෆ් වේ. ඉහත A වලින් දැක්වෙන ස්විචයත් එබඳුයිනෙ. බයස් වෝල්ටියතාව ලබා දී ඩයෝඩය පෙර නැඹුරු කළ විට, සංඥාව අවුට්පුට් වේ (ඔන් වේ). බයස් වෝල්ටියතාව 0 කළ විට හෝ ඍණ කළ විට, සංඥාව අවුට්පුට් වන්නේ නැත (එනම් ඕෆ් වේ). එලෙසම SPDT (single pole double throw) ස්විචය යනු දෙපැත්තකට කැඩිය හැකි ස්විචයකි. එක් පැත්තකට කැඩූ විට එම පැත්තේ පරිපථ කොටස ඔන් වන අතර, අනෙක් පසට කැඩූ විට එම පැත්තේ පරිපථ කොටස ඔන් වේ. ඉහත රූප දෙකෙහි ඇත්තේ ඩයෝඩ ශ්‍රේණිගතව සම්බන්ධ කර ඇති ස්විචයි; සමාන්තරගතව සම්බන්ධ කරද එම ස්විච සෑදිය හැකි බව ඔබ ඉගෙන තිබෙනවා (ෂන්ට් ස්විචිං). ඩයෝඩ ස්විච පාඩමේදී මෙම spst, spdt යන වචන යොදා නැති වුවත්, එම ස්විචද මෙවැනි නම්වලින් හැඳින්විය හැකි බව මතක තබා ගන්න. (පොදුවේ ස්විච ගැන වෙනමම පාඩමක් පසුවට ඇත.)

මෙලෙස කළ හැකි වූයේ පින් ඩයෝඩයේ ඉහතදී පැහැදිලි කළ සංසිද්ධිය නිසාය. එනම් ධාරාව හා සංඛ්‍යාතය වැඩි කළ විට පින් ඩයෝඩය රෙසිස්ටරයක් (සන්නායකයක්) බවට පත් වීමයි. මෙවැනි පරිපථයකදී අධිසංඛ්‍යාත නම් යවන්නේ බයස් කරන ධාරාව කුඩා වූවාට ගැටලුවක් නැත. එහෙත් සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය එතරම් විශාල නැතිනම් බයස් කරන ධාරාව වැඩි කිරීමට වග බලා ගන්න.

සටහන
  ඉහත පැහැදිලි කිරීම්වලදී පින් ඩයෝඩය රෙසිස්ටරයක් ලෙස ක්‍රියා කරන බව පැවසුවා. එයම තවත් අවස්ථාවක මා දක්වා තිබෙන්නේ පින් ඩයෝඩය සන්නායකයක් ලෙස ක්‍රියා කරන බවයි. ඇත්තටම මේ ප්‍රකාශ දෙකෙන්ම කියන්නෙ එකම දෙයයි. ඊට හේතුව, ඕනෑම සන්නායකයක ප්‍රතිරෝධයක් ඇත.

ඕනෑම ඩයෝඩ ස්විචිං පරිපථයක් හරහා සංඥා ගමන් කරන විට වැදගත් කරුණු දෙකක් සැලකීමට සිදු වේ (isolation හා insertion loss).

1. Isolation යනු ඩයෝඩ ස්විචය ඕෆ් කළ විට ඉන්පුට් සිග්නල් එක අවුට්පුට් නොවන බවට වග බලා ගැනීමයි (isolation යන ඉංග්‍රිසි වචනයේ සාමාන්‍ය තේරුම “වෙන් කිරීම” යන්නයි). ඔබ සිතුවාට ඩයෝඩ ස්විචයක් ඕෆ් කළ පසු, ඉන්පුට් කරන සිග්නල් එක පොඩ්ඩක්වත් අවුට්පුට් වන්නේ නැත කියා, ප්‍රායෝගික තලයේදී සමහරවිට ඉතාම කුඩා ප්‍රමාණයකින් එය අවුට්පුට් විය හැකියි (ඉතාම දුර්වල සංඥාවක් ලෙස). ඩයෝඩය ඕෆ් විටත් එහි කුඩා හෝ ප්‍රමාණයක් අවුට්පුට් වෙනවා නම් එය දෝෂයක් නේද? උදාහරණයක් ලෙස, ඔබේ නිවසේ විදුලි ස්විචයක් ඕෆ් කළ පසුවත් ඊට සම්බන්ධ කර ඇති උපකරණය වැඩ කරනවා නම් එම ස්විචය නරක් වෙච්ච ස්විචයක් ලෙස සලකනවා නේද? ඩයෝඩ ස්විච පාඩමේදී පෙන්වා දුන්නා සන්ධි ධාරිතාව නිසා ඩයෝඩය ඕෆ් විටත් යම් කොටසක් අවුට්පුට් වෙනවා කියා. සාමාන්‍ය ඩයෝඩයකදී මෙය වැඩි වශයෙන් සිදු වූවා. ස්විචිං ඩයෝඩයක් යෙදීමෙන් මෙය නැතිම තරමට අඩු වූවා. පින් ඩයෝඩ යෙදුවොත් එය තවත් අඩු වෙනවා.

ප්‍රශ්නය වන්නේ ඩයෝඩයක සන්ධි ධාරිතාව ශූන්‍ය කළ නොහැකියි. ඒ කියන්නේ හැමවිටම ඉන්පුට් සංඥාවෙන් යම් කොටසක් අවුට්පුට් වෙනවාමයි. හැබැයි එය අපට අවශ්‍ය ප්‍රමාණයට කරදරයක් නැති ප්‍රමාණය දක්වා අඩු කර ගත හැකියි සංඥාවේ සංඛ්‍යාතයට ගැලපෙන අඩු සන්ධි ධාරිතාවක් සහිත ඩයෝඩ යෙදීමෙන්.

ඊට අමතරව එක් ඩයෝඩයක් වෙනුවට ඩයෝඩ දෙකක් හෝ කිහිපයක් එකම සංඥාව ඔන් ඕෆ් කිරීමට යොදා ගතහොත් එවිටද අයිසොලේෂන් එක තවත් හොඳ වේ. පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ එලෙස ඩයෝඩ දෙකක් යොදා ඇති අවස්ථාවකි (compound switch). මෙහි ඩයෝඩ දෙක ඉංග්‍රිසි L අකුරක් ආකාරයට පවතින නිසා L compound SPST switch ලෙස හැඳින්විය හැකියි.

මෙහි D3 ඩයෝඩය ශ්‍රේණිගත spst ස්විචයක් ලෙසද, D4 ඩයෝඩය ෂන්ට් spst ස්විචයක් ලෙසද සකසා එකට යොදා ඇත. මේ ආකාරයටම පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේද තවත් කම්පවුන්ඩ් ස්විචයකි. මෙහිද අයිසොලේෂන් අගය ඉතා ඉහලයි. මෙහි ඩයෝඩය 3 යොදා තිබෙන හැඩය නිසා, T compound SPST switch ලෙස හැඳින්වෙනවා.

අයිසොලේෂන් එක සංඛ්‍යාත්මකව ඩෙසිබල් ඒකකයෙන් මැනේ. උදාහරණයක් ලෙස, ඩෙසිබල් 10ක අයිසොලේෂන් එකක් ඇත් නම්, ඉන් කියන්නේ ඉන්පුට් සංඥාවෙන් 10%ක ප්‍රමාණයක් අවුට්පුට් වෙනවා කියන එකයි. එය ඉතාම දුර්වල අයිසොලේෂන් එකකි. එය ඩෙසියල් 60ක් වූවා නම්, ඉන් කියන්නේ ඉන්පුට් සංඥාවෙන් මිලියනයෙන් පංගුවක් තරම් ඉතාම කුඩා ප්‍රමාණයක් අවුට්පුට් වේ යන්නයි. එය නම් හොඳ අයිසොලේෂන් එකක්. පහත දැක්වෙන්නේ සන්ධි ධාරිතා අගයන් කිහිපයක් සඳහා අයිසොලේෂන් එක සංඛ්‍යාතය සමග වෙනස් වන හැටි පෙන්වන ප්‍රස්ථාරයකි. බලන්න ධාරිතාව වැඩි වන විටත්, සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විටත්, අයිසොලේෂන් එක අඩු වේ.

2. insertion loss යනු ඉන්පුට් කරපු සංඥාව අවුට්පුට් කරන විට එම සංඥාවෙන් කොච්චර ප්‍රමාණයක් පරිපථය තුළදී හානි වී ඇත්ද යන්නයි. මෙම අගය හැකි තරම් අඩු වීම හොඳයි. මෙයට බලපාන ප්‍රධානතම සාධකය වන්නේ ඩයෝඩයේ පෙර නැඹුරු ප්‍රතිරෝධයයි. ඔබ දන්නවා ඩයෝඩය හරහා යන ධාරාව වැඩි වන විට මෙම ප්‍රතිරෝධය අඩු වන බවත්. ඒ කියන්නේ ඉන්සර්ෂන් ලොස් එක තරමක් දුරට අපට පාලනය කළ හැකියි නේද? අඩු අගයක් ලබා ගැනීමට, ඩයෝඩය හැකි පමණ වැඩි පෙර නැඹුරු ධාරාවකින් බයස් කරන්න. ඊට අමතරව ලෝඩ් රෙසිස්ටන්ස් එකත් සාධකයකි. පහත දැක්වෙන්නේ පින් ඩයෝඩයක ඉන්සර්ෂන් ලොස් එක දක්වන ප්‍රස්ථාරයකි. එම ප්‍රස්ථාරයේම ඉන්සර්ෂන් ලොස් එක ගණනය කරන සූත්‍රයත් ලියා ඇත (ශ්‍රේණිගත SPST ස්විචයක් සඳහා). එයද ඩෙසිබල් අගයකින් දැක්වේ.

 
ඉහත ප්‍රස්ථාරවල හැඩය/වක්‍ර පොදුවේ ඕනෑම ඩයෝඩ ස්විචයකට අදාල කර ගත හැකියි. අධිසංඛ්‍යාත (HF) සංඥා සමග වැඩ කරන පරිපථවලදී පින් ඩයෝඩයේ ඉහත ගතිගුණය විවිධ ප්‍රයෝජන සඳහා යොදා ගත හැකියි. එවැනි යෙදවුම් කිහිපයක් දැන් සලකා බලමු.

ඩයෝඩයේ ප්‍රතිරෝධය එය බයස් කරන ධාරාව මත වෙනස් වීම (එනම් ධාරාව වැඩි කරන විට, ප්‍රතිරෝධය අඩු වීම) මඟින් විචල්‍ය හායන පරිපථ (variable attenuator) සෑදිය හැකියි. මෙවිට, රූපයේ ආකාරයේ පින් ඩයෝඩ යෙදූ පරිපථයේ බයස් ධාරාව විචලනය කළ විට ඩයෝඩයේ ප්‍රතිරෝධය රේඛීයව වෙනස් වේ (යම් අවම ධාරාවක් දක්වා; මෙම අවම ධාරාවට වඩා බයස් ධාරාව අඩු වුවොත් සංඥාව විකෘති වේවි). ඩයෝඩයේ ප්‍රතිරෝධය වෙනස් වූ විට ඒ හරහා යන සංඥාවේ හායනය (attenuation) අඩු/වැඩි වෙනවා. හායනය විචලනය කළ හැකි නිසා පහත පරිපථය (HF) variable attenuator ලෙස හැඳින්වෙනවා.

තවද ෂන්ට් වින්‍යාසයට සැකසූ ඩයෝඩ ස්විච පරිපථයට පින් ඩයෝඩයක් ආදේශ කළ විටද අපූරු ප්‍රයෝජනයක් ගත හැකියි. අධිසංඛ්‍යාත සංඥා භූගතයට යවා අවසංඛ්‍යාත සංඥා අවුට්පුට් කළ හැකියි මෙවැනි පරිපථයකින්. බයස් ධාරාව වෙනස් කිරීමෙන් මෙසේ ග්‍රවුන්ඩ් වන (එනම් කපා දමන) සංඥා සංඛ්‍යාතය සෙට් කළ හැකියි. මෙහි ක්‍රියාකාරිත්වය සැලකුවහම මෙය එක්තරා විදියක limiter/clipper පරිපථයක් නේද?

යම් අධිසංඛ්‍යාත සංඥාවක් මාර්ග කිහිපයකින් තෝරාගත් එක් මාර්ගයක් ඔස්සේ යැවීමට අවශ්‍ය නම් පින් ඩයෝඩ යොදාගෙන පහත ආකාරයේ ඩයෝඩ ස්විච පරිපථයක් සෑදිය හැකියි. අවසංඛ්‍යාත සංඥා නම් ගමන් කරන්නේ සාමාන්‍ය ඩයෝඩ වුවද යෙදිය හැකියි. බයස් අග්‍ර 4න් එකක් ඔන් කර එක් ඩයෝඩයක් පෙර නැඹුරු කළ විට, එම ඩයෝඩය ඔස්සේ ඇති අවුට්පුට් අග්‍රයෙන් ඉන්පුට් සිග්නල් එක පිට වේ.

පින් ඩයෝඩ යොදාගෙන අධිසංඛ්‍යාතයන් විවිධ මාර්ග ඔස්සේ ගමන් කරවන පරිපථ විවිධාකාරයෙන් සෑදිය හැකියි (ඔබත් සිතා බලන්න එවැනි විවිධ ක්‍රම ගැන). මෙවැනි ස්විචිං පරිපථ සාමාන්‍යයෙන් කුඩාය. එනිසා විවිධ ආයතන විසින් නිතර භාවිතා කිරීමට සිදු වන එවැනි ස්විච පරිපථ කුඩාවට තනි පැකේජයක්/උපාංගයක් ලෙස නිපදවා වෙළඳපොලට නිකුත් කරනවා.

පහත දැක්වෙන්නේ එවැනි එක් උපාංගයක අභ්‍යන්තර පරිපථ සැලැස්මයි. මෙම ඉතා සරල අයිසී එකෙන් කරන්නේ තනි ඇන්ටනාවක් ට්‍රාන්ස්මිටර් හා රිසීවර් යන දෙකටම පොදුවේ භාවිතා කිරීමට (share) හැකි කරවීමයි. Transmit/Receive switch ලෙස මෙම ස්විචය හැඳින්වෙනවා. බයස් අග්‍රයට සපයන විදුලියෙන් උපාංග දෙකෙන් එකක් තෝරා ගනී. එක් අවස්ථාවකදී RX (receiver) තෝරා ගැනේ. එවිට ඇන්ටනාව රිසීවිං ඇන්ටනාවකි (එනම් සංඥා ග්‍රහණය කරන ඇන්ටනාවකි). අනෙක් අවස්ථාවේදී එය TX (transmitter) තෝරා ගනී. එවිට එය ට්‍රාන්ස්මිටිං ඇන්ටනාවකි (එනම් තරංග විසුරුවා හරින ඇන්ටනාවකි). මෙවැනි සරල ස්විචිං පරිපථ ඇමචර් රේඩියෝ (amateur radio) හෙවත් ආධුනික ගුවන්විදුලි ශිල්පය වැනි ක්ෂේත්‍රවල බහුලව භාවිතා වේ.

පහත දැක්වෙන්නේ විවිධ ආයතන විසින් ඉහත ආකාරයේ ස්විචිං පරිපථ (හා ඩයෝඩය අඩංගු කළ වෙනත් එවැනි පරිපථ) ඇතුලත් කර වෙළඳපොලට එවා තිබෙන උපාංග කිහිපයකි.

පින් ඩයෝඩ්වල භාවිතාව බහුලවම සිදු වන්නේ අධිසංඛ්‍යාත (HF) පරිපථවල බැවින් (ඒ කියන්නේ රේඩියෝ සිග්නල් සමග) ඒවා යොදා ගන්නා විවිධ අවස්ථාවන් පැහැදිලි කිරීමට මේ අවස්ථාවේ තරමක අපහසුතාවක් තිබෙනවා මොකද අධිසංඛ්‍යාත පරිපථ සම්බන්ධ වෙනත් තාක්ෂණික කරුණු තවම අප කතා කර නොමැති නිසා.

ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් (electronics) ...