ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් IV (Electronics) - 1

හැඳින්වීම

ට්‍රාන්සිස්ටර් (transistor) යනු සමස්ථ ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ක්ෂේත්‍රයේම රෙසිස්ටර් සේම ඉතාම වැදගත් හා "ස්මාර්ට්" ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයයි. රෙසිස්ටර් නැතිව ඉලෙක්ට්‍රොනික් පරිපථයක් සිතීම පවා අපහසු වන අතර, ට්‍රාන්සිස්ටර නැතිව ප්‍රයෝජනවත් ඉලෙක්ට්‍රොනික් පරිපථ නිපදවිය නොහැකි තරම්ය.

අර්ධසන්නායක ට්‍රාන්සිස්ටර් නිපදවන්නට පෙර, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ රාජකාරිය කරන ලද්දේ රික්ත නල (vacuum tubes) විසිනි. එහෙත් රික්ත නල තාක්ෂණයට වඩා ට්‍රාන්සිස්ටර් තාක්ෂණය ඉදිරිගාමි වේ; ලාභදායකය; සයිස් එකෙන් කුඩාය; තාප ජනනය අවම වේ. අර්ධසන්නායක තාක්ෂණය තවත් ඉදිරියට ගොස් සංගෘහිත පරිපථ (integrated circuit - IC) තාක්ෂණයද බිහි විය. එමඟින් පරිපථ ඉතා කුඩා වූ අතර, ඒවායේ මිලද ඉතා අඩු විය. ඔබට මතක නම් දැනට වසර 10කට පමණ උඩදී තිබූ ජංගම දුරකතන හා පරිගනක, දැන් තිබෙන ජංගම දුරකතන හා පරිගනක සමඟ සසඳන විට එම වෙනස පහසුවෙන්ම වැටහේවි.

ට්‍රාන්සිස්ටර් ගැන ඉගෙන ගන්නා විට පරිපථ සැලසුම්කරණය (electronic circuit design) ගැනත් සෑහෙන්න දුරකට ඉබේම ඉගෙනීමට සිදු වේ. බොහෝ දෙනා පුරුදුව සිටින්නේ අනුන් නිර්මාණය කරපු පරිපථයක් ගෙන සාදා ගැනීමයි. එහෙත් එම පරිපථය කවුරුන් විසින් හෝ ගණනය කිරීම් සිදු කර නිර්මාණය කර තිබිය යුතුයිනෙ? එනිසාම ට්‍රාන්සිස්ටර් ගැන ඉගෙන ගන්නට පෙර විදුලිය, රෙසිස්ටර්, කැපෑසිටර්, කොයිල්, ඩයෝඩ ආදිය ගැන හොඳ දැනුමක් මේ වන විට ඔබ සතුව තිබිය යුතුය (මා විසින් ලියා ඇති ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් පොත් තුන කියවා බලන්න).

රෙසිස්ටර් යනු පරිපථයක යම් උපාංගයකට අවශ්‍ය නියමිත වෝල්ට් ගණන හා ඇම්පියර් ගණන සෙට් කරන උපාංගයද;

කැපෑසිටර් යනු මිශ්‍රව පවතින ඩීසී හා ඒසී විදුලිය එකිනෙකට වෙන් කරන හෙවත් ඩීසී බ්ලොක් කර ඒසී විදුලියට තමන් හරහා යෑමට ඉඩ දෙන, හා සංඥා සංඛ්‍යාතයට අනුරූපව ප්‍රතිබාදය වෙනස් කර ගන්නා උපාංගයද;

කොයිල්/ඉන්ඩක්ටර් යනු ඒසී විදුලිය තමන් හරහා ගමන් කිරීම අධෛර්යමත් කර ඩිසී විදුලියට ගමන් කිරීමට ඉඩ දෙන, හා සංඥා සංඛ්‍යාතයට අනුරූපව ප්‍රතිබාදය වෙනස් කර ගන්නා උපාංගයද;

ඩයෝඩ යනු දෙපැත්තට මාරුවෙන් මාරුවට ගමන් කරන විදුලිය (එනම් ඒසී විදුලිය) එක පැත්තකට පමණක් යන විදුලියක් (එනම් ඩීසී විදුලිය) බවට පත් කරන උපාංගයද,

වන බව ඔබ දැන් දන්නවා. තවද, පහත සඳහන් වැදගත් කරුණුත් ඉතා හොඳින් සම් මස් ලේ නහරවල ගබඩා වී තිබිය යුතුය.

විදුලිය ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වලදී "විදුලි ශක්තියක්" ලෙසත් "විදුලි සංඥාවක්" ලෙසත් දෙයාකාරයකින් භාවිතා වන බවත්;

විදුලි ශක්තිය/බලය ඒසී හා ඩීසී ලෙස දෙයාකාරයකින් පවතින බවත්;

විදුලි සංඥා ඇනලොග් හා ඩිජිටල් යන ආකාර දෙකකින් යොදා ගැනෙන බවත්;

විදුලිය (ශක්තිය ලෙස හෝ සංඥා ලෙස) ගෙන යන සන්නායක/වයර්වල යම් කුඩා ප්‍රතිරෝධයක් තිබුණත්, සාමාන්‍යයෙන්/සම්මතයක් ලෙස එම ප්‍රතිරෝධය ශූන්‍ය ලෙස සලකන බවත්;

ප්‍රතිරෝධයක් තුලින් විදුලි ධාරාවක් යන විට ඉන් තාපයක් (ජූල් තාපනය) ඇති වන බව, එය විදුලි ශක්ති හානියක් බව, හා එම තාපය වැලැක්විය නොහැකි බවත්;

ප්‍රතිබාධයක් තුලින් විදුලි ධාරාවක් යන විට ඉන් කිසිදු තාපයක් උපදින්නේ නැති බව, හා ජූල් තාපනය ලෙස නොවූවත් එම විදුලි ශක්තියද අපතේ යෑමක් බවත්;

න්‍යායාත්මකව සලකන විට කැපෑසිටර් හා ඉන්ඩක්ටර් විසින් ප්‍රතිරෝධයක් නොපෙන්වා ප්‍රතිබාධයක් පමණක් පෙන්වන්නේ යැයි පැවසුවත්, ප්‍රායෝගික ලෝකයේදී ඕනෑම උපාංගයක් (වයර්/කේබල්, රෙසිස්ටර්, කැපෑසිටර්, ඉන්ඩක්ටර්, ඩයෝඩ්, ට්‍රාන්සිස්ටර් ආදි) විසින්ම අඩුවැඩි වශයෙන් ප්‍රතිරෝධි අගයක්, ධාරිත්‍රක අගයක්, හා ප්‍රේරණතා අගයක් පෙන්වන බවත්;

ස්විචයක් යනු විදුලි පරිපථය අවශ්‍ය පරිදි කැඩිය හැකි (ඔන් ඕෆ් කළ හැකි) විදුලි උපාංගයක් බවත්;

සෑම විදුලි උපාංගයක්ම ඊට සැපයෙන විදුලි විභවයට හා ඒ හරහා යන විදුලි ධාරාවට ඔරොත්තු දිය හැකි පරිදි සැකසූ ඒවා විය යුතු බවත්;

සෑමවිටම පාහේ විදුලි සංඥා හසුරුවන පරිපථවලදී ධාරාව නොසලකා විදුලි වෝල්ටියතාව (එහි හැඩය හා ප්‍රමාණය) ගැන පමණක් සැලකිලිමත් වන බවත්;

රේඩියෝ ට්‍රාන්ස්මිටර් පරිපථවල අවසාන අධියරය වන රේඩියෝ සංඛ්‍යාත වර්ධක පරිපථය (RF power amp) තුලින් ඇන්ටනාවකට ප්‍රබල සංඥා යොමු කිරීමේදී, හා ශබ්ද බල වර්ධක පරිපථ (AF power amp) තුලින් ස්පීකර්වලට ප්‍රබල සංඥා යොමු කිරීමේදී සංඥා වෝල්ටියතාව නොව සංඥා ජවය ගැන සැලකිලිමත් වන බවත්.

ට්‍රාන්සිස්ටරයක ප්‍රමුඛව සිදු වන්නේ කුමක්ද?

"ට්‍රාන්සිස්ටරය යනු යම් කුඩා/දුර්වල විදුලි සංඥාවක් ඊට ඇතුලු කර, එම කුඩා සංඥාවේම වර්ධිත සංඥාව ඉන් පිට කරන උපාංගයකි."

ඇත්තටම ට්‍රාන්සිස්ටර් මඟින් බොහෝ රාජකාරි සිදු කර ගත හැකියි. එහෙත් එම සියලු රාජකාරිවලත් පාදකව තිබෙන්නෙත් ඉහත කාරණයම තමයි. ට්‍රාන්සිස්ටර් පමණක් නොව, රෙසිස්ටර්, කැපෑසිටර් ආදී අනෙක් ඕනෑම ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයකින්ද ප්‍රමුඛ කාර්යත්, ඊට අමතරව තවත් කාර්යනුත් කර ගත හැකි බව මීට පෙර අප ඉගෙන තිබෙනවා.

ඩයෝඩ් මෙන්ම ට්‍රාන්සිස්ටර් යනුද අර්ධසන්නායකවලින් සාදපු උපාංගයකි (semiconductor device). එහි අග්‍ර (pin) 3ක් තිබේ. තවද, එය active device එකකි (රෙසිස්ටර්, කැපෑසිටර්, කොයිල්, ඩයෝඩ් යනු passive device වේ). ඇක්ටිව් පැසිව් වෙනස ගැන අප මීට පෙර ඉගෙන තිබෙනවානෙ. කෙටියෙන් නැවත මතක් කරන්නේ නම්, ඇක්ටිව් උපාංගයක් ක්‍රියාත්මක වීමට ඊට පිටතින් විදුලියක් ලබා දී තිබිය යුතු (බයස් කළ යුතු) අතර, එම පිටතින් ලැබී තිබෙන විදුලිය සංඥාව මත යෙදවීම මඟින් එවන් උපාංගයකට හැකි වෙනවා ඊට ලැබෙන දුර්වල සංඥා ප්‍රබල කර පිට කිරීමට.

අර්ධසන්නායකවලින් සාදන ට්‍රාන්සිස්ටර් මූලික වශයෙන් දෙවර්ගයකි. එනම්,

1. Bipolar Junction Transistor (BJT)

2. Field Effect Transistor (FET)

මින් බයිපෝලර් ෂන්ක්ෂන් ට්‍රාන්සිස්ටර් (ද්විධ්‍රැව සන්ධි ට්‍රාන්සිස්ටරය) ගැනයි මුලින්ම අප අධ්‍යනය කරන්නේ. එයම බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර් ලෙසද කෙටියෙන් හැඳින්වේ. අර්ධසන්නායක ට්‍රාන්සිස්ටර් අතුරින් මුලින්ම නිපදවූ වර්ගය මෙයයි. 1948 දී පමණ ඇමරිකාවේ බෙල් පර්යේෂනාගාරයේදී විලියම් ෂොක්ලි, වෝල්ටර් බ්‍රැට්න්, ජෝන් බාර්ඩීන් යන තිදෙනා විසින් එය නිර්මාණය කරන ලදි. පසුකාලෙක නොබෙල් ත්‍යාගයක් පවා හිමි කර ගැනීමට තරම් ට්‍රාන්සිස්ටරය නිපදවීම වැදගත් දෙයක් සේ සැලකිණි.

අද වන විට තාක්ෂණ විධි කිහිපයකින්ම බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර් නිපද වුවත්, පොදුවේ ඒ සියල්ලම පහත සරල ආකාරයට විස්තර කළ හැකිය. N වර්ගයේ අර්ධසන්නායක කොටස් දෙකක් P වර්ගයේ අර්ධසන්නායක කොටසක් දෙපස පහත රූපයේ ආකාරයට පවතී. මෙය PN සන්ධියක හෙවත් ඩයෝඩයක සැකැස්ම තවත් පියවරයක් ඉදිරියට ගෙන යෑමක් නේද?

ඉහත රූපයේ පෙනෙන ලෙස දැන් ට්‍රාන්සිස්ටරය තුල PN සන්ධි 2ක් තිබෙනවා. අර්ධසන්නායක කොටස් 3ට සන්නායක කොටස් (කුඩා කම්බි) සම්බන්ද කර ඒවා අග්‍ර 3ක් වශයෙන් පිටතට ගෙනෙනවා. එම අග්‍ර 3 collector (සංග්‍රහකය), base (පාදම), emitter (විමෝචකය) ලෙස නම් කෙරෙනවා. කෙටියෙන් C, B, E ලෙස පිලිවෙලින් එම පින් සංඛේතවත් කළ හැකියි. මේ අනුව, ට්‍රාන්සිස්ටරය තුල කලෙක්ටර්-බේස් සන්ධිය (CB junction හෝ BC junction), එමිටර්-බේස් සන්ධිය (EB junction හෝ BE junction) ලෙස සන්ධි දෙක පැහැදිලියි නේද? සමහරුන් සන්ධිය යන වචනය වෙනුවට ඩයෝඩය යන වචනය යොදා එම සන්ධි දෙක CB diode හා BE diode ලෙසත් හඳුන්වනවා. එවිට පහත රූපයේ ආකාරයට ට්‍රාන්සිස්ටරය ඩයෝඩ දෙකක එකතුවක් ලෙසත් ඇඳිය හැකිය.

කෙසේ වෙතත් ඔබ මින් වැරදි අවබෝධයක් ඇති කර ගන්න එපා ට්‍රාන්සිස්ටරයක් යනු ඩයෝඩ දෙකක් ඉහත රූපයේ ආකාරයට සකස් කිරීමක් ලෙස. එය නිකංම විස්තර කිරීමට කියන දෙයකි. ඔබට බැහැ ඩයෝඩ දෙකක් ගෙන ඉහත ආකාරයට සම්බන්ද කර ඉන් ට්‍රාන්සිස්ටරයක් සාදා ගන්නට. එහෙත් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ක්‍රියාකාරිත්වය තේරුම් ගැනීමට ඉහත ආකාරයට සන්ධි හෝ ඩයෝඩ දෙකක් සහිත ආකෘතිය ප්‍රයෝජනවත් වේ.

මෙම ට්‍රාන්සිස්ටර් බයිපෝලර් (ද්විධ්‍රැව) යන විශේෂන පදයෙන් හඳුන්වන්නට හේතුව එහි ක්‍රියාකාරිත්වය සඳහා ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සිඳුරු/කුහර යන දෙවර්ගයම සහභාගි වීමයි(මොහොතකින් ඒ ගැන බලමු). එහෙත් FET ට්‍රාන්සිස්ටර්වල ඉලෙක්ට්‍රෝන හෝ කුහර යන දෙවර්ගයෙන් එකක් පමණයි සහභාගි වන්නේ (ෆෙට් ට්‍රාන්සිස්ටර් ගැන ඉගෙනීමේදී ඒ ගැන සොයා බලමු).

තවද, බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර් නැවත වර්ග දෙකක් තිබෙන බව පෙනේ. අර්ධසන්නායක කොටස් 3 තිබෙන අනුපිලිවෙල අනුව ඒවා නම් කෙරේ. පලමුව මා පෙන්වපු එකේදී අනුපිලිවෙලින් N, P, N තිබෙන නිසා එවන් බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර් NPN transistor ලෙස හැඳින්වේ. එලෙසම අනෙක් වර්ගය PNP transistor වේ. පහත දැක්වෙන්නේ මෙම ට්‍රාන්සිස්ටර් වර්ග දෙකේ පරිපථ සංඛේත වේ.

කුඩා ඊතලය හැමවිටම එමිටර් අග්‍රය හා බේස් අග්‍රය අතර ඇති ඉරි කැබැල්ල මත ඇඳිය යුතුමය. පීඑන්පී ට්‍රාන්සිස්ටරයේදී ඊතලය එමිටරයේ සිට බේසය වෙතට යොමුව පවතින සේ ඇඳිය යුතු අතර, එන්පීඑන් ට්‍රාන්සිස්ටරයකදී එය අනෙක් පසට යොමු වේ. එය පහසුවෙන් මතක තබා ගන්නේ "පීඑන්පී එකේදී ඊතලය ඉන්" හෝ "පීඑන්පී ඉන් (PNP in)" ලෙසය. අතිශය බහුලව භාවිතා වන්නේ පීඑන්පී වර්ගයට වඩා එන්පීඑන් ට්‍රාන්සිස්ටර වේ (ඊට හේතු මොහොතකින් දැන ගන්නට ලැබේවි).

උපාංගයක් ලෙස ට්‍රාන්සිස්ටර් SMD හා through-hole යන දෙයාකාරයෙන්ම ගත හැකිය. එහෙත් ට්‍රාන්සිස්ටරය විසින් හසුරුවන ජවය (වොට් ගණන) වැඩි වන විට ට්‍රාන්සිස්ටර් විශාල වේ; එනිසා එවැනි අධිබල ට්‍රාන්සිස්ටර් SMD ආකාරයෙන් නිපදවන්නේ නැත. මෙම ලක්ෂණය සෑම ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයකටම පොදුය (හසුරුවන ජව ප්‍රමාණය වැඩි වන විට උපාංගය අත්‍යවශ්‍යයෙන්ම විශාල වේ).

තවද, ට්‍රාන්සිස්ටර් විවිධ හැඩවලින්/ඇසුරුම්වලින් (package) පැමිණේ. එවැනි ප්‍රචලිත පැකේජ් කිහිපයක නම් හා හැඩයන් පහත රූපයේ දැක්වේ. ට්‍රාන්සිස්ටරය අග්‍ර 3ක උපාංගයක් වුවද, සමහර ට්‍රාන්සිස්ටර්වල අග්‍ර 2ක්ද, තවත් සමහරක අග්‍ර 4ක් වුවද දක්නට ලැබේ. අග්‍ර 2ක් පමණ පෙනෙන ඒවායේ, එක් අග්‍රයක් ලෙස ට්‍රාන්සිස්ටර් කේසිං එක ක්‍රියාත්මක වේ. මොස්ෆෙට්වල (සමහරක) අග්‍ර 4ක් තිබෙන අතර, ඊට හේතුව මොස්ෆෙට් ගැන ඉගෙන ගන්නා විට සලකා බලමු.