டையோடுகள்

P-N சந்தி உருவாக்கம்#

i) இயக்கமில்லாப் பகுதி உருவாக்கம்

ஒரு ஒற்றை படிக குறைகடத்தியின் ஒரு பகுதி p-வகை குறைகடத்தியாகவும், மற்றொரு பகுதி n-வகை குறைகடத்தியாகவும் இருக்குமாறு பொருத்தமாக மாசூட்டப்படுகிறது. இரு பகுதிகளுக்கிடைப்பட்ட தொடும் பரப்பு p-n சந்தி எனப்படும். p-n சந்தி உருவானவுடன், n-பகுதியிலிருந்து ஒரு சில கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் p-பகுதிக்கும் p-பகுதியிலுள்ள துளைகள் n-பகுதிக்கும் விரவுகின்றன. n-பகுதியில் அதிக எலக்ட்ரான் செறிவும், p-பகுதியில் அதிக துளை செறிவும் இருப்பதால் இந்த மின்னூட்ட ஊர்திகளின் விரவல் நடைபெறுகிறது. சந்தியின் குறுக்கே பெரும்பான்மை மின்னூட்ட ஊர்திகளின் விரவல் ஏற்படுத்தும் மின்னோட்டம், விரவல் மின்னோட்டம் எனப்படும்.

n-பகுதியிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் வெளியேறும் போது அங்குள்ள ஒரு ஐந்து இணைதிறன் அணுவானது நேர்மின் அயனியாக மாறும். p-பகுதிக்கு இடம்பெயரும் கட்டுறா எலக்ட்ரான் ஆனது சந்திக்கு அருகே p-பகுதியிலுள்ள மூன்று இணைதிறன் அணுவிலுள்ள துளையுடன் மறு இணைப்பில் ஈடுபடுவதால் மூன்று இணைதிறன் அணுவானது எதிர்மின் அயனியாக மாறும். இந்த அயனிகள் அருகிலுள்ள படிக அணுக்களுடன் பிணைக்கப்படுவதால் அவைகளால் நகர இயலாது. இந்த விரவல் நிகழ்வு தொடர்ந்து நடைபெறுவதால் சந்தி இருபுறங்களிலும் நேர் அயனி அடுக்கு மற்றும் எதிர் அயனி அடுக்கு பொருத்தமான வகையில் உருவாகின்றன. சந்திக்கு அருகில் மின்னூட்ட ஊர்திகளற்ற (கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள்) மெல்லிய அடுக்கு இயக்கமில்லா பகுதி எனப்படும் (படம் 10.9).

இயக்கமில்லாத பகுதியில் n-பகுதியிலுள்ள நேர மின்னூட்ட அடுக்கு மற்றும் p-பகுதியிலுள்ள எதிர் மின்னூட்ட அடுக்கு இடையே மின்புலம் ஒன்று ஏற்படுகிறது. இது படம் 10.9ல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இந்த மின்புலம் p-பகுதியிலுள்ள எலக்ட்ரான்களை n-பகுதிக்கும் n-பகுதியிலுள்ள துளைகளை p-பகுதிக்கும் இழுக்கிறது. மின் புலத்தின் காரணமாக சிறுபான்மை மின்னூட்ட ஊர்திகளின் இயக்கத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட மின்னோட்டம் இழப்பு மின்னோட்டம் எனப்படும். விரவல் மின்னோட்டமும் இழப்பு மின்னோட்டமும் எதிரெதிர் திசையில் பாய்கின்றன.

ஆரம்பத்தில் இழப்பு மின்னோட்டமானது விரவல் மின்னோட்டத்தை விட குறைவாக இருந்த போதும் குறிப்பிட்ட நேரத்திற்குப் பிறகு அவை சமநிலை எய்தும். ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானும் (அல்லது துளையும்) சந்தியின் குறுக்கே விரவும் போது, மின்புலத்தின் வலிமை அதிகரித்து அதனால் இரண்டு மின்னோட்டங்களும் சமமாகும் வரை இழப்பு மின்னோட்டத்தை அதிகரிக்கும். எனவே சமநிலையில் சந்தியின் குறுக்கே எவ்வித நிகர மின்னோட்டமும் இருக்காது. இவ்வாறு p-n சந்தி உருவாக்கப்படுகிறது.

ii) சந்தி மின்னழுத்தம் அல்லது மின்னழுத்த அரண்

சந்தியின் குறுக்கே குறிப்பிட்ட ஒரு நிலை வரை மின்னூட்ட ஊர்திகளின் இயக்கம் நடைபெறும். அதன்பின்னர் இயக்கமில்லாத பகுதியானது மேற்கொண்டு கட்டுறா மின் துகள்கள் சந்தியின் குறுக்கே விரவுவதை தடுக்கும். இதற்குக் காரணம், சந்தியின் குறுக்கே இருபுறங்களிலும் உள்ள நகர இயலாத அயனிகள் உருவாக்கும் மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகும்.

இயக்கமில்லாப் பகுதியின் குறுக்கே உள்ள இந்த மின்னழுத்த வேறுபாடு, மின்னழுத்த அரண் ($V_B$) எனப்படும். இதனைப் படம் 10.10 இல் காணலாம். சிலிக்கான் மற்றும் ஜெர்மானியத்திற்கு $25 ^\circ C$ வெப்பநிலையில் மின்னழுத்த அரணின் மதிப்புகள் முறையே 0.7V மற்றும் 0.3V ஆகும்.

P-N சந்தி டையோடு#

ஒரு p-வகை குறைகத்தியும் n-வகை குறைகத்தியும் இணைந்து ஒரு p-n சந்தி டையோடு உருவாக்கப்படுகிறது. இது ஒரு p-n சந்தியைக் கொண்ட கருவி ஆகும். இது படம் 10.11 (அ)-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இதன் மின்சுற்றுக் குறியீடு படம் 10.11 (ஆ)-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

டையோடினைச் சார்புபடுத்துதல்

புற ஆற்றலை அளித்து மின்னூட்ட ஊர்திகள் மின்னழுத்த அரணைக் கடக்கவும் மேலும், அவை குறிப்பிட்ட ஒரு திசையில் இயக்கத்தை மேற்கொள்ளவும் செய்வது சார்புபடுத்துதல் எனப்படும். இதன் விளைவு மின்னூட்ட ஊர்திகள் சந்தியை நோக்கியோ அல்லது சந்தியை விட்டு விலகியோ இயங்குகின்றன. p-n சந்திக்கு அளிக்கப்படும் புற மின்னழுத்தம் சார்பு மின்னழுத்தம் எனப்படும். p-n சந்திக்கு அளிக்கப்படும் மின்புலங்களைப் பொருத்து, சார்புபடுத்துதல் இரு வகைப்படும். அவை

i) முன்னோக்குச் சார்பு ii) பின்னோக்குச் சார்பு

i) முன்னோக்குச் சார்பு

புற மின்னழுத்த மூலத்தின் நேர்மின்வாய் p-பகுதியுடனும், எதிர்மின்வாய் n-பகுதியுடனும் இணைக்கப்படுவது முன்னோக்குச் சார்பு எனப்படும். இது படம் 10.12-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

முன்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்தத்தின் காரணமாக எலக்ட்ரான்கள் p-பகுதிக்கும், துளைகள் n-பகுதிக்கும் சந்தியை நோக்கி தள்ளப்படுகின்றன. இதன் காரணமாகச் சந்தியில் அயனிகளின் மறு இணைப்பு தொடங்கப்பட்டு இயக்கமில்லாத பகுதியின் அகலம் குறையும். இதனால், மின்னழுத்த அரணும் குறையும்.

சந்தியில் n-பகுதியில் உள்ள எலக்ட்ரான் குறைக்கப்பட்ட மின்னழுத்த அரணைப் பெறுவதால் அது p-பகுதியை நோக்கி முடுக்கப்படுகிறது. p-பகுதிக்கு அளிக்கப்பட்ட நேர மின்னழுத்தத்தினால் எலக்ட்ரான்கள் கூடுதலாக வலிமையான கவர்ச்சி விசையை உணர்கின்றன. இதன் விளைவாக n-பகுதியில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் p-பகுதிக்கு நகர்கின்றன. இதேபோல் p-பகுதியிலுள்ள துளைகள் n-பகுதிக்கும் நகர்கின்றன. கொடுக்கப்பட்ட மின்னழுத்த வேறுபாடு அதிகரிக்கப்படும்போது இயக்கமில்லா பகுதியின் அகலமும் அதனால் மின்னழுத்த அரணும் மேலும் குறைக்கப்படுகின்றன. இதன் காரணமாக சந்தியின் வழியாக ஏராளமாக எலக்ட்ரான்கள் பாய்ந்து சந்தியில் மின்னோட்டம் அடுக்குக்குறி முறையில் அதிகரிக்கும்.

ii) பின்னோக்குச் சார்பு

மின்கலத்தின் நேர்மின்வாய் n-பகுதியுடனும் எதிர்மின்வாய் p-பகுதியுடனும் இணைக்கப்பட்டால் சந்தியானது, பின்னோக்குச் சார்பில் அமையும். இது படம் 10.13 – இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

மின்கலத்தின் நேர் மின்முனை n-பகுதியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளதால் அதிலுள்ள எலக்ட்ரான்கள் நேர்மின்வாயை நோக்கி ஈர்க்கப்படும் மற்றும் p-பகுதியிலுள்ள துளைகள் மின்கலத்தின் எதிர் மின்வாயை நோக்கி ஈர்க்கப்படுகின்றன. இது சந்தியில் நகர இயலா அயனிகளின் செறிவை அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக இயக்கமில்லாப் பகுதியின் அகலமும், மின்னழுத்த அரணும் அதிகரிக்க வழி ஏற்படும். இதனால் இருபுறங்களிலும் உள்ள பெரும்பான்மை மின்னூட்ட ஊர்திகள் சந்தியைக் கடக்க பெரும மின்னழுத்த அரணை எதிர் கொள்கின்றன. இதனால் சந்தியின் குறுக்கே பாயும் விரவல் மின்னோட்டம் மிகவேகமாக குறையும்.

இருப்பினும், சிறுபான்மை ஊர்திகளின் காரணமாகச் சந்தியின் குறுக்கே சிறிய அளவு மின்னோட்டம் பாயும். பெரும்பான்மை ஊர்திகளுக்கு அளிக்கப்பட்ட பின்னோக்குச் சார்பானது சிறுபான்மை ஊர்திகளுக்கு முன்னோக்குச் சார்பாக அமைகிறது. பின்னோக்குச் சார்பின் காரணமாக ஏற்படும் மின்னோட்டம், பின்னோக்குத் தெவிட்டிய மின்னோட்டம் எனப்படும். இது $I_S$ எனக் குறிப்பிடப்படுகிறது.

பின்னோக்குத் தெவிட்டிய மின்னோட்டம் அளிக்கப்படும் மின்னழுத்தத்தைச் சார்ந்து அமையாமல் வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட சிறுபான்மை ஊர்திகளின் செறிவை மட்டும் சார்ந்திருக்கும். மிகச்சிறிய மின்னழுத்தத்தினால்கூட சிறுபான்மை ஊர்திகளைச் சந்தியைக் கடக்கச் செய்ய முடியும்.

குறிப்பு: சிலிக்கான் டையோடில் ஒவ்வொரு $10^\circ C$ வெப்பநிலைக்குப் பின்னோக்கு தெவிட்டிய மின்னோட்டமானது இரு மடங்காகும்.

சந்தி டையோடின் சிறப்பியல்புகள்#

i) முன்னோக்குச் சார்பு சிறப்பியல்புகள்

இது டையோடானது முன்னோக்குச் சார்பில் உள்ளபோது, டையோடின் குறுக்கே அளிக்கப்படும் மின்னழுத்தத்திற்கும் டையோடு வழியாகச் செல்லும் மின்னோட்டத்திற்கும் இடையேயுள்ள தொடர்பினை அறிவது ஆகும்.

p-n சந்தி டையோடு முன்னோக்குச் சார்பில் உள்ளதை படம் 10.14 (அ)-இல் காணலாம். புறமின்தடை ($R$) ஆனது டையோடு வழியாகச் செல்லும் மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. DC மின்னழுத்த மூலத்தின் சார்பு மின்னழுத்தத்தை மாற்றுவதன் மூலம் டையோடின் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்தத்தை மாற்றலாம். முன்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்தமும் அதற்குரிய முன்னோக்குச் சார்பு மின்னோட்டமும் குறித்துக்கொள்ளப்படுகின்றன. முன்னோக்கு சார்பு மின்னழுத்தம் ($V_F$) x-அச்சிலும், மின்னோட்டம் ($I_F$) y-அச்சிலும் எடுத்துக் கொண்டு வரைபடம் ஒன்று வரையப்படுகிறது. இந்த வரைபடமே p-n சந்தி டையோடின் முன்னோக்குச் சார்பு V-I சிறப்பியல் வரைபடம் ஆகும். படம் 10.14 (ஆ) இல் இது காட்டப்பட்டுள்ளது.

இந்த வரைபடத்திலிருந்து நான்கு முடிவுகள் பெறப்படுகின்றன.

(i) அறை வெப்பநிலையில் டையோடு வழியாக குறிப்பிடத்தக்க மின்னோட்டம் பாய, மின்னழுத்த அரணுக்குச் சமமான மின்னழுத்த வேறுபாடு தேவைப்படுகிறது. இந்த மின்னழுத்தம் பயன் தொடக்க மின்னழுத்தம் அல்லது வளைவு வெட்டு மின்னழுத்தம் அல்லது வளைவுப் பகுதி மின்னழுத்தம் ($V_k$) என அழைக்கப்படுகிறது. இது தோராயமாக ஜெர்மானியத்திற்கு 0.3V ஆகவும், சிலிக்கானுக்கு 0.7V ஆகவும் அமைந்துள்ளது. பயன்தொடக்க மின்னழுத்தத்தை விட குறைவாக அளிக்கப்பட்ட மின்னழுத்தங்களில் ஏற்படும் மின்னோட்டம் புறக்கணிக்கத்தக்க அளவு குறைவாக இருக்கும். பயன் தொடக்க மின்னழுத்தத்தைவிட அதிகமான மின்னழுத்தங்களில், மின்னழுத்தம் சிறிது அதிகரித்தாலும் மின்னோட்டம் கணிசமான அளவு உயரும். (ii) வரைபடத்திலிருந்து மின்னோட்டமானது நேர்போக்கில் அமையாமல் அடுக்குக்குறி முறையில் அமைகிறது. எனவே, டையோடு ஓம் விதிக்கு உட்படாது. (iii) மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் சிறிய மாறுபாட்டிற்கும் ($\Delta V_F$), மின்னோட்டத்தில் ஏற்படும் சிறிய மாறுபாட்டிற்கும் ($\Delta I_F$) இடைப்பட்ட விகிதம் முன்னோக்கு மின்தடை ($r_F$) எனப்படும். அதாவது, $r_F = \frac{\Delta V_F}{\Delta I_F}$. (iv) டையோடானது முன்னோக்குச் சார்பில் உள்ளபோது, கடத்தி போல் செயல்படுகிறது. எனினும், டையோடில் குறிக்கப்பட்ட மின்னழுத்தத்தைவிட அதிக அளவு மின்னழுத்தத்தை அளிக்கும்போது, மிக அதிக அளவு மின்னோட்டம் ஏற்பட்டு அதிக வெப்பத்தின் காரணமாகச் சந்தியானது பாதிக்கப்படும். இது டையோடின் முறிவுநிலை எனப்படும் மற்றும் எந்த மின்னழுத்தத்தில் டையோடு முறிகிறதோ அந்த மின்னழுத்தம் முறிவுநிலை மின்னழுத்தம் எனப்படும். எனவே, டையோடினைப் பாதுகாப்பாகப் பயன்படுத்த அதனை பயன் தொடக்க மின்னழுத்தம் மற்றும் முறிவு மின்னழுத்தங்களுக்கு இடையே செயல்படுத்த வேண்டும்.

ii) பின்னோக்குச் சார்பு சிறப்பியல்புகள்

பின்னோக்குச் சார்பு சிறப்பியல்புகளை ஆராய படம் 10.15(அ) இல் காட்டப்பட்டுள்ள மின்சுற்று பயன்படுத்தப்படுகிறது, பின்னோக்குச் சார்பில், p-பகுதியானது மின்னழுத்த மூலத்தின் எதிர்மின் வாயுடனும் n-பகுதியானது DC மின்னழுத்த மூலத்தின் நேர்மின் வாயுடனும் இணைக்கப்படுகின்றன. பின்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்தத்திற்கும், சந்தியின் குறுக்கே பாயும் மின்னோட்டத்திற்கும் இடையே ஒரு வரைபடம் வரையப்படுகிறது. இது p–n சந்தியின் பின்னோக்குச் சார்பு சிறப்பியல்பு வரைபடம் எனப்படும். இது படம் 10.15 (ஆ) இல் காட்டப்படுள்ளது. இந்தச் சார்பினால், சந்தியின் குறுக்கே $\mu A$ அளவிற்கு மிகச் சிறிய மின்னோட்டம் பாயும். இது சிறுபான்மை ஊர்திகளின் இயக்கத்தினால் ஏற்படுகிறது. இது கசிவு மின்னோட்டம் அல்லது பின்னோக்குத் தெவிட்டிய மின்னோட்டம் என அழைக்கப்படுகிறது. மேலும், முறிவு நிலை மின்னழுத்தம் எனும் குறிப்பிட்ட மின்னழுத்தம் வரை, இந்த பின்னோக்கு மின்னோட்டம் அளிக்கப்படும் மின்னழுத்தத்தை சார்ந்திருக்காது.

நல்லியல்பு டையோடு: முன்னோக்குச் சார்பில் உள்ள போது கடத்தியாகவும், பின்னோக்குச் சார்பில் உள்ள போது காப்பானாகவும் செயல்படும். நல்லியல்பு டையோடுகளில் முன்னோக்கு மின்தடை சுழி ஆகும். மின்னழுத்த அரண் புறக்கணிக்கத்தக்கதாக கருதப்படும்.

எடுத்துக்காட்டு 10.1

ஒரு நல்லியல்பு டையோடு மற்றும் ஒரு $5 \Omega$ மின்தடையும் தொடரிணையில் ஒரு 15V மின்னழுத்த மூலத்துடன் பின்வரும் படத்தில் உள்ளவாறு இணைக்கப்பட்டுள்ளது எனில் டையோடின் வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டத்தைக் கணக்கிடுக?

தீர்வு

டையோடானது நல்லியல்பு கொண்டது மேலும் அது, முன்னோக்குச் சார்பில் உள்ளது. இதனால், அது பூஜ்ஜிய மின்னழுத்த அரண் கொண்ட சிறந்த கடத்தியாகச் செயல்படும். எனவே, ஓம் விதியைப் பயன்படுத்தி டையோடு வழியாகச் செல்லும் மின்னோட்டத்தைக் கணக்கிடலாம்.

எடுத்துக்காட்டு 10.2

சிலிக்கான் டையோடு ஒன்று $1k\Omega$ மின்தடையோடு படத்தில் உள்ளவாறு இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இங்கு AB வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டத்தின் மதிப்பைக் காண்க.

தீர்வு

A மற்றும் B க்கு இடையேயுள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு பின்வருமாறு தரப்படுகிறது.

AB வழியாக பாயும் மின்னோட்டத்தை ஓம் விதியை பயன்படுத்திப் பெறலாம்.

திருத்தல்#

மாறுதிசை மின்னழுத்தம் அல்லது மாறுதிசை மின்னோட்டத்தை நேர்திசை மின்னழுத்தம் அல்லது நேர்திசை மின்னோட்டமாக மாற்றும் செயல் முறை திருத்துதல் எனப்படும். இந்தச் செயல்முறைக்கு பயன்படுத்தப்படும் கருவி திருத்தி என அழைக்கப்படும். இப்பகுதியில் இரண்டு வகையான திருத்திகளைப்பற்றி விவரிக்க உள்ளோம். அவையாவன அரை அலைதிருத்தி மற்றும் முழு அலைதிருத்தி ஆகும்.

i) அரை அலை திருத்தி மின்சுற்று:

அரை அலைதிருத்தி மின் சுற்றானது ஒரு மின்மாற்றி, ஒரு p-n சந்தி டையோடு மற்றும் மின்தடை ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்கும் (படம் 10.17 (a)). அரை அலை திருத்தி சுற்றில் AC உள்ளீட்டின் நேர் அரை அலைமட்டும் அல்லது எதிர் அரை அலைமட்டும் டையோடு வழியே செலுத்தப்பட்டு மற்றொரு பாதி தடுக்கப்படுகிறது. உள்ளீடு அலையின் ஒரு பாதி மட்டுமே திருத்தப்படுகிறது. எனவே, இது அரை அலைதிருத்தி எனப்படும். இங்கு p-n சந்தி டையோடு திருத்தி டையோடாகச் செயல்படுகிறது.

உள்ளீடு சைகையின் நேர் அரை அலையின் போது:

AC உள்ளீடு சைகையின் நேர் அரை அலையானது மின்சுற்றுக்கு அளிக்கப்படும்போது, A முனையானது B முனையைப் பொருத்து நேர் மின்முனையாகச் செயல்படுகிறது. எனவே டையோடானது முன்னோக்குச் சார்பில் அமைந்து மின்னோட்டத்தைக் கடத்துகிறது. பளு மின்தடை $R_L$ வழியாக மின்னோட்டம் பாய்ந்து, அதன் குறுக்கே $V_0$ என்ற வெளியீடு மின்னழுத்தம் உருவாகிறது. இந்த வெளியீடு மின்னழுத்தத்தின் அலை வடிவம் படம் 10.17 (ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

உள்ளீடு சைகையின் எதிர் அரை அலையின் போது:

மின்சுற்றின் வழியாக உள்ளீடு AC சைகையின் எதிர் அரை அலையினை செலுத்தும்போது A முனையானது B முனையைப் பொருத்து எதிர்மின் முனையாகச் செயல்படும். இப்போது, டையோடு பின்னோக்குச் சார்பில் அமைந்து மின்னோட்டத்தைக் கடத்தாது. எனவே $R_L$ வழியே எவ்வித மின்னோட்டமும் பாயாது. டையோடின் பின்னோக்குத் தெவிட்டிய மின்னோட்டம் இங்கு புறக்கணிக்கத்தக்கது. $R_L$ வழியே எவ்வித மின்னழுத்த இறக்கமும் இல்லாதால் AC உள்ளீட்டின் எதிர் அரைச்சுற்று வெளியீட்டில் பெறப்படாது.

அரை அலை திருத்தியின் வெளியீடு, நிலையான நேர்திசை மின்னோட்டமாக இல்லாமல், சுழியிலிருந்து குறிப்பிட்ட மதிப்பு வரை அதிகரித்து மீண்டும் சுழியாகும் வரை குறையும். இது துடிப்பு மின்னழுத்தம் எனப்படும் அலையாக அமையும். இம்மின்னழுத்தத்தை எலக்ட்ரானியல் கருவிகளில் பயன்படுத்த இயலாது. மாறாத மற்றும் நிலையான மின்னழுத்தமே எலக்ட்ரானியல் கருவிகளுக்கு தேவை. எனவே அரை அலைத்திருத்தியிலிருந்து வெளிவரும் கூடி குறையும் மின்னழுத்தத்தை வடிகட்டிச் சுற்றுகளையும், மின்னழுத்த கட்டுப்படுத்திச் சுற்றுகளையும் பயன்படுத்தி மாறாத நிலையான மின்னழுத்தமாக மாற்றப்படுகிறது.

அலைதிருத்தியின் பயனுறுதிறன் ($\eta$) என்பது வெளியீடு DC திறனுக்கும், சுற்றுக்கு உள்ளீடாக அளிக்கப்பட்ட AC திறனுக்கும் இடைப்பட்ட விகிதம் ஆகும். அரை அலை அலைதிருத்தியில் இதன் மதிப்பு 40.6% ஆகும்.

ii) முழு அலை திருத்தி

உள்ளீடு AC சைகையின் நேர் மற்றும் எதிர் அரைச்சுற்றுகள் இவ்வகை அலைதிருத்தியினால் திருத்தப்படுவதால் இது முழு அலை திருத்தி என அழைக்கப்படுகின்றது. இந்த மின்சுற்று படம் 10.18 (அ) – இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இதில் இரண்டு p-n சந்தி டையோடுகள், மையச்சாவி மின்மாற்றி மற்றும் ஒரு பளு மின்தடை ($R_L$) ஆகியவை உள்ளன. மைய முனையானது பொதுவாக தரைஇணைப்பு அல்லது சுழி மின்னழுத்த குறிப்பு புள்ளியாக கருதப்படுகிறது. மையச்சாவி மின்மாற்றியின் உதவியால், ஒவ்வொரு டையோடும் மொத்த துணைச்சுற்று மின்னழுத்தத்தில் ஒரு பாதியைத் திருத்துகிறது.

உள்ளீடு சைகையின் நேர் அரை அலையின் போது:

மின்சுற்று வழியாக AC உள்ளீடு சைகையின் நேர் அரைச்சுற்றைச் செலுத்தும்போது M ஆனது நேர் மின் முனையாகவும், C ஆனது சுழி மின்னழுத்தமாகவும், N ஆனது எதிர் மின் முனையாகவும் அமையும். இதனால் டையோடு $D_1$ முன்னோக்குச் சார்பிலும், டையோடு $D_2$ பின்னோக்குச் சார்பிலும் அமைகின்றன. எனவே டையோடு $D_1$ மின்னோட்டத்தை $M D_1 A B C$ பாதை வழியே கடத்துகிறது.

உள்ளீடு சைகையின் எதிர் அரை அலையின் போது:

மின்சுற்று வழியாக AC உள்ளீடு சைகையின் எதிர் அரைச்சுற்றைச் செலுத்தும்போது, N ஆனது நேர்மின் முனையாகவும், C ஆனது சுழி மின்னழுத்தமாகவும் M ஆனது எதிர்மின் முனையாகவும் அமைகின்றன. இதனால் டையோடு $D_2$ முன்னோக்குச் சார்பிலும் $D_1$ பின்னோக்குச் சார்பிலும் அமைகின்றன. எனவே டையோடு $D_2$ ஆனது மின்னோட்டத்தை $N D_2 A B C$ என்ற பாதையில் கடத்துகிறது.

உள்ளீட்டின் நேர் மற்றும் எதிர் அரைச்சுற்றின் போது பளு வழியே செல்லும் மின்னோட்டம் ஒரே திசையில் அமைகிறது. உள்ளீடு சைகைகளுக்கு ஏற்ப உருவாகும் வெளியீடு சைகைகள் படம் 10.18 (ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இரண்டு அரைச்சுற்றுகளின் போதும் AC உள்ளீடுகள் திருத்தப்பட்டாலும், வெளியீடானது துடிப்புத்தன்மையுடனேயே அமைகிறது.

முழு அலைதிருத்தியின் பயனுறுதிறன் ($\eta$) ஆனது அரை அலைதிருத்தியின் பயனுறு திறனைப் போல் இருமடங்காக அதாவது 81.2% ஆக அமையும். இதற்கு காரணம் கம்பிச்சுருள், டையோடு மற்றும் பளு மின்தடை ஆகியவற்றில் ஏற்படும் திறன் இழப்பு ஆகும்.

முறிவு செயல்முறை#

டையோடில் சிறுபான்மை ஊர்தியால் ஏற்படும் பின்னோக்கு மின்னோட்டம் அல்லது பின்னோக்குத் தெவிட்டிய மின்னோட்டம் மிகக்குறைவு ஆகும். p-n சந்திக்கு அளிக்கப்படும் பின்னோக்கு மின்னழுத்தத்தை குறிப்பிட்ட ஒரு அளவிற்கு மேல் அதிகரித்தால், சந்தியானது முறிவடையும், மேலும் பின்னோக்கு மின்னோட்டமும் மிக அதிக அளவில் உயர்கிறது. எந்த மின்னழுத்தத்தில் முறிவு ஏற்படுகிறதோ அம்மின்னழுத்தம் முறிவு மின்னழுத்தம் எனப்படும் மற்றும் இது இயக்கமில்லா பகுதியின் அகலத்தை பொறுத்து அமையும்; இது மாசூட்டல் அளவை பொறுத்தது.

இயல்பான p-n சந்தி டையோடு இம்மின்னழுத்தத்தில் பாதிப்புக்குள்ளாகும். செனார் டையோடு போன்று சிறப்புமுறையில் வடிவமைக்கப்பட்ட டையோடுகள் முறிவுப்பகுதியில் செயல்பட்டு மின்னழுத்தம் கட்டுப்படுத்தும் சுற்றுகளில் பயன்படுகிறது. பின்னோக்கு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிப்பதால் முறிவு ஏற்படுவதற்குக் காரணமான இரண்டு இயக்க முறைகள் உள்ளன.

i) சரிவு முறிவு

குறைந்த அளவு மாசூட்டப்பட்ட அகலமான இயக்கமில்லாப் பகுதிகளைக் கொண்ட சந்திகளில், சரிவு முறிவானது நடைபெறுகிறது. பின்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்த வேறுபாடானது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவை மீறும் போது, பின்னோக்கு மின்னழுத்த வேறுபாட்டினால் சிறுபான்மை மின்னூட்ட ஊர்திகள் முடுக்கப்பட்டு, அவற்றின் இயக்க ஆற்றல் அதிகரிக்கின்றது. இயக்கமில்லாப் பகுதியின் வழியாக இந்த மின்னூட்ட ஊர்திகள் செல்லும்போது, குறைக்கடத்தி அணுக்களுடன் மோதுகின்றன. இதனால் சகப்பிணைப்புகள் முறிந்து, எலக்ட்ரான் – துளை ஜோடிகள் உருவாவதற்கு வழிவகுக்கின்றது. புதிதாக உருவாக்கப்பட்ட மின்னூட்ட ஊர்திகளும் பின்னோக்கு மின்னழுத்த வேறுபாட்டினால் முடுக்கப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக ஏற்படும் அதிக மோதல்களால், மின்னூட்ட ஊர்திகள் மேலும் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. இந்த ஒட்டுமொத்த செயல்முறையால், சந்தியின் குறுக்கே பெருமளவு (கட்டுப்படுத்த முடியாத அளவுக்கு அதிக எண்ணிக்கையிலான) மின்னூட்ட ஊர்திகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. இதனால் டையோடு மின்னோட்டம் திடீரென உயர்ந்து, முறிவு நடைபெறுகிறது. இந்த முறிவு, சரிவு முறிவு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

ii) செனார் முறிவு

மிக அதிக அளவு மாசூட்டப்பட்ட p-n சந்திகளில் $<10^{-6}$m க்கு குறைவான அளவுகளில் மெல்லிய இயக்கமில்லாப் பகுதி இருக்கும். சந்திகளின் குறுக்கே முறிவு எல்லைவரை பின்னோக்கு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கும் போது, $3 \times 10^{-7} V m^{-1}$ அளவுக்கு வலிமையான மின்புலம் மெல்லிய இயக்கமில்லாப் பகுதியின் குறுக்கே உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த மின்புலம் படிக தளத்தில் உள்ள சகப்பிணைப்புகளை முறித்து அதன் மூலம் எலக்ட்ரான் – துளை ஜோடியை உருவாக்கும் அளவு போதுமான வலிமை கொண்டது ஆகும். இந்த விளைவு செனார் விளைவு எனப்படும்.

இந்நிலையில் மேற்கொண்டு மிகச்சிறிய அளவில் பின்னோக்கு மின்னழுத்த வேறுபாட்டை அதிகரித்தாலும் கூட, அது மிக அளவு மின்னூட்ட ஊர்திகளை உருவாக்கும். அவை மெல்லிய இயக்கமில்லாப் பகுதியின் வழியாகச் சந்திக்கு குறுக்கே நகர்கின்றன. இந்த செயல்முறையானது அதிக அளவு பின்னோக்கு மின்னோட்டத்தை அல்லது முறிவு மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. இத்தகைய முறிவு, செனார் முறிவு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

குறிப்பு: சரிவு முறிவில், சகப்பிணைப்பை முறித்து புதிய மின்னூட்ட ஊர்திகள் உருவாக்கத் தேவையான ஆற்றலை, அதிகப்படியான பின்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் மூலம் சிறுபான்மை மின்னூட்ட ஊர்திகள் பெறுகின்றன. ஆனால், வலிமையான மின் புலம் இருப்பதால், சகப்பிணைப்புகளின் நேரடி முறிவு காரணமாக செனார் முறிவு ஏற்படுகிறது. இயக்கமில்லாப் பகுதி மெல்லியதாக இருப்பதால், சரிவு முறிவு மின்னழுத்த வேறுபாட்டுடன் ஒப்பிடும் போது, செனார் முறிவு பொதுவாக குறைவான பின்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்த வேறுபாட்டில் நடைபெறுகிறது.

செனார் டையோடு#

செனார் டையோடு என்பது அதிக அளவு மாசூட்டப்படும் பின்னோக்குச் சார்பில் செயல்படுத்தப்படும் சிலிக்கான் டையோடு ஆகும். இதனைக் கண்டுபிடித்த கிளாரன்ஸ் மெல்வின் செனார் என்பவரின் பெயரினால் இது அழைக்கப்படுகிறது. இது முறிவுப் பகுதியில் செயலாற்றும் வகையில் சிறப்பாக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. சிலிக்கான் டையோடுகளில் முறிவு மின்னழுத்தம் 2V முதல் 1000 V வரையிலான நெடுக்கத்தில் அமையுமாறு மாசூட்டல் அளவானது மாற்றி அமைக்கப்படுகிறது.

முன்பகுதியில் விளக்கியவாறு பின்னோக்கு மின்னழுத்தத்தால் இயக்கமில்லாப் பகுதியில் ஏற்படுத்தப்படும் வலிமையான மின் புலமானது சகப் பிணைப்பை முறிப்பதால் செனார் முறிவு ஏற்படுகிறது. இதனால் மிக அதிக அளவில் உருவாக்கப்படும் எலக்ட்ரான்களும் துளைகளும் பின்னோக்குத் தெவிட்டிய மின்னோட்டத்தை உண்டாக்குகின்றன. இந்த மின்னோட்டமானது, புறமின்தடை மற்றும் டையோடினால் பயன்படுத்தப்படும் திறன் ஆகிய இரண்டினாலும் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. படம் 10.19 (அ) மற்றும் 10.19 (ஆ) இல் முறையே செனார் டையோடு மற்றும் மின்சுற்றுக் குறியீடு ஆகியவை காட்டப்பட்டுள்ளன.

இது சாதாரண p-n சந்தி டையோடினைப் போலவே அமையும் ஆனால் n-பகுதி மின் வாயானது ஆங்கில எழுத்து ‘z’ வடிவில் அமையும். அம்புக்குறியானது மரபு மின்னோட்டத்தின் திசையைக் குறிக்கும். படம் 10.19 (அ) இல் உள்ள கருப்பு வளையம் n-பகுதி மின்வாயைக் குறிக்கிறது.

செனார் டையோடின் V-I சிறப்பியல்புகள்

செனார் டையோடின் முன்னோக்கு மற்றும் பின்னோக்குச் சிறப்பியல்புகளை அறிவதற்கான மின் சுற்றுகள் படம் 10.20(அ) மற்றும் 10.20(ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. 10.20(இ)இல் செனார் டையோடின் சிறப்பியல்பு காட்டப்பட்டுள்ளது. செனார் டையோடின் முன்னோக்குச் சார்பு சிறப்பியல்பு சாதாரண p-n சந்தி டையோடினை போன்ற அமைகிறது. இது தோராயமாக 0.7 V மின்னழுத்தத்தில் மின்னோட்டத்தைக் கடத்தத் தொடங்குகிறது. எனினும், செனார் டையோடின் பின்னோக்குச் சிறப்பியல்பு மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. பின்னோக்கு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்க பொதுவாக மிகச்சிறிய அளவு பின்னோக்கு மின்னோட்டம் உருவாக்கப்படும். ஆனால், செனார் டையோடில் பின்னோக்கு மின்னழுத்தத்தை முறிவு மின்னழுத்திற்கு ($V_Z$) சமமான அளவுக்கு உயர்த்தும்போது மின்னோட்ட உயர்வு மிக அதிகமாக இருக்கும். முறிவுப்பகுதி முழுவதும் மின்னழுத்தமானது பெரும்பாலும் மாறாதியாகவே அமையும். படம் 10.20 (இ) இல் $I_{Z(max)}$ ஆனது பெரும பின்னோக்கு மின்னோட்டத்தை குறிக்கிறது.

பின்னோக்கு மின்னோட்டம் மேலும் அதிகரிக்கும்போது, டையோடானது சேதமடையும். பின்னோக்குச் சிறப்பியல்பின் முக்கிய பண்புகள்

• செனார் முறிவு மின்னழுத்தம், $V_Z$
• முறிவினை நிலைநிறுத்த தேவைப்படும் சிறும மின்னோட்டம், $I_{Z(min)}$
• பெரும திறன் இழப்பினால் கட்டுப்படுத்தப்படும் பெரும மின்னோட்டம், $I_{Z(max)}$

பின்னோக்குச் சார்பில் செயல்படுத்தப்படும் செனார் டையோடானது $V_Z$ஐ விட அதிக மின்னழுத்தத்தையும் $I_{Z(max)}$ஐ விட குறைவான மின்னோட்டத்தையும் கொண்டிருக்கும். பின்னோக்குச் சிறப்பியல்பானது உண்மையான செங்குத்துக் கோடு அல்ல. இதன் பொருள் டையோடானது மிகச்சிறிய அளவு செனார் இயக்க மின்தடையைக் கொண்டிருந்ததே ஆகும். செனார் மின்தடை என்பது, சிறப்பியல்பின் முறிவுப் பகுதியில் வரையப்படும் சாய்வின் தலைகீழ் மதிப்பாகும். இதன்பொருள் செனார் மின்னோட்டம் அதிகரிக்கும்போது பின்னோக்கு மின்னழுத்தம் மிகச்சிறிய அளவே அதிகரிக்கும் என்பதாகும். எனினும், இதனைப் புறக்கணிக்கலாம். நல்லியல்பு செனார் டையோடு முறிவுப் பகுதியில் நிலையாக இருக்கும்போது அதன் மின்னழுத்தத்தில் மாற்றம் இருக்காது. வேறு வார்த்தைகளில், $I_Z$ கணிசமாக உயர்ந்தாலும் $V_Z$ ஆனது பெரும்பாலும் மாறாதியாகவே அமையும்.

குறிப்பு: செனார் டையோடு முறிவுப் பகுதியில் நிலையாக இருக்குவதற்கு முன்பு அளிக்கப்படும் பெருமமின்னழுத்தம் பெரும பின்னோக்கு சார்பு மின்னழுத்தம் எனப்படும். வணிக ரீதியாக இது PIV அளவீடு எனப்படும்.

பயன்பாடுகள்

செனார் டையோடு ஆனது

• மின்னழுத்த கட்டுப்படுத்தியாகவும்
• மின்னழுத்தங்கள் அளவிடும் கருவியாகவும்
• சார்புபடுத்தும் மின்சுற்று வலைகளில் குறிப்பு மின்னழுத்தத்தை அளிக்கவும்
• எதிர்பாராத விதமாக அளிக்கப்படும் அதிகப்படியான மின்னழுத்தங்களினால் கருவிகள் பழுதடையாமல் இருக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

சீரமைப்பானாகச் செயல்படுதல்:

முறிவுப் பகுதியில் செயல்படும் ஒரு செனார் டையோடு மின்னழுத்த சீரமைப்பானாகப் பயன்படுகிறது. அதன் மின்சுற்று படம் 10.21ல் காட்டப்பட்டுள்ளது. டையோடு சேதமடையாமல் இருக்க செனார் மின்னோட்டத்தை வரம்பு படுத்தும் வகையில் தகுந்த மதிப்புடைய $R_S$ என்ற மின்தடை தொடர் இணைப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த மின்தடை மின்னழுத்த சீரமைப்பான் பணியிலும் பங்கு வகிக்கிறது. மாறுபடும் DC உள்ளீடு மின்சுற்றுக்கு அளிக்கப்பட்டு செனார் டையோடுடன் பக்க இணையில் உள்ள $R_L$ என்ற பளு மின்தடையின் குறுக்கே மாறா வெளியீடு மின்னழுத்தம் $V_0$ பெறப்படுகிறது. உள்ளீடு மின்னழுத்தமானது $V_Z$ என்ற செனார் மின்னழுத்தத்தை விட அதிகமாக இருக்கும் வரை வெளியீடு மின்னழுத்தமானது மாறாமல் நிலைநிறுத்தப்படுகிறது.

உள்ளீடு DC மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, செனார் மின்னோட்டம் அதிகரிக்கிறது. இதனால் $R_S$ ன் வழியாக பாயும் மின்னோட்டமும் அதிகரித்து $R_S$ ன் குறுக்கே மின்னழுத்த இறக்கமும் அதிகரிக்கிறது, டையோடு வழியே பாயும் அதிகரிக்கப்பட்ட மின்னோட்டம் ஆனது $I_L$ ன் மதிப்பை பாதிக்காது, செனார் டையோடு பின்னோக்கு சார்பில் செயல்படுவதால், டையோடு வழியாக பாயும் பின்னோக்கு மின்னோட்டம் கணிசமாக அதிகரித்தாலும் டையோடின் குறுக்கே செனார் முறிவு மின்னழுத்தம் ஏறக்குறைய மாறாதியாக இருக்கும். உள்ளீடு மின்னழுத்தத்தின் அதிகரிக்கப்பட்ட மதிப்பு $R_S$ ன் குறுக்கே இறங்குகிறது. இதனால் $R_S$ ஆனது இறங்கு மின்தடை (Dropping Resistance) எனப்படும். பக்க இணைப்பின் காரணமாக $R_S$ ன் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு செனார் முறிவு மின்னழுத்தத்திற்கு சமமாகிறது. மேலும் இதுவே $V_0$ எனும் மாறா வெளியீடு மின்னழுத்தமாகிறது. உள்ளீடு DC மின்னழுத்தத்தை குறைக்கும் போது, டையோடின் வழியாக பாயும் மின்னோட்டம் குறைவதால் $R_S$ ன் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்த இறக்கம் குறையும். எனவே, வெளியீடு மின்னழுத்தம் $V_0$ மாறாதியாகவே அமையும். மொத்தத்தில், உள்ளீடு மின்னழுத்தத்தில் எவ்வித மாறுபாடு ஏற்பட்டாலும் அதற்கேற்ப $R_S$ ன் குறுக்கே மின்னழுத்த இறக்கம் மாறுபடும். ஆனால் செனார் டையோடு அல்லது $R_L$ ன் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்தம் மாறாதியாகவே அமையும். இவ்வாறு செனார் டையோடு மின்னழுத்த சீரமைப்பானாக செயல்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு 10.3

பளு மின்தடை $2 k\Omega$ ஆக இருக்கும்போது செனார் டையோடு வழியாக பாயும் மின்னோட்டத்தைக் கணக்கிடுக (இங்கு டையோடு நல்லியல்பு கொண்டது எனக் கருத வேண்டும்).

தீர்வு

AB மின் குறுக்கே மின்னழுத்தம், $V_Z = 9V$ $R_S$ ன் குறுக்கே மின்னழுத்த இறக்கம் = $15 - 9 = 6V$ எனவே $R_S$ ன் வழியே பாயும் மின்னோட்டம்,

பளு மின்தடைக்குக் குறுக்கே மின்னழுத்தம் $V_{AB} = 9V$ பளு மின்தடை வழியே பாயும் மின்னோட்டம்

செனார் டையோடு வழியே பாயும் மின்னோட்டம்

ஒளி எலக்ட்ரானியல் கருவிகள்#

ஒளி எலக்ட்ரானியல் ஆனது குறைகடத்திகள் உதவியால் மின்னாற்றலை ஒளியாகவும், ஒளியை மின்னாற்றலாகவும் மாற்றும் சாதனங்களைப் பற்றி விவரிக்கிறது. இச்சாதனங்கள் ஒளியை பயனுள்ள வழியில் உபயோகப்படுத்தும் எலக்ட்ரானியல் கருவிகளாகும். இப்பகுதியில் நாம் சில முக்கிய ஒளி எலக்ட்ரானியல் கருவிகளான ஒளி உமிழ் டையோடு, ஒளி டையோடு மற்றும் சூரிய மின்கலங்களைப் பற்றி விவாதிப்போம்.

i) ஒளி உமிழ்வு டையோடு (LED)

LED என்பது முன்னோக்குச் சார்பில் செயல்படும்போது கட்புலனாகும் மற்றும் கட்புலனாகாத ஒளியை உமிழும் p-n சந்தி டையோடு ஆகும். இந்நிகழ்வில் மின்னாற்றலானது ஒளி ஆற்றலாக மாறுவதால், இது மின் ஒளிர்வு எனவும் அழைக்கப்படும். LED இன் மின்சுற்றுக் குறியீடு படம் 10.22 (அ)இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. அடிக்குறியின் திசையானது டையோடிலிருந்து ஒளி உமிழப்படுவதை குறிக்கிறது.

p-n சந்தியானது முன்னோக்குச் சார்பில் அமைக்கப்பட்டால், n-பகுதியில் உள்ள கடத்து பட்டை எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் p-பகுதியில் உள்ள இணைதிறன் பட்டை துளைகள் சந்தியின் குறுக்கே விரவுகின்றன. அவை சந்தியைக் கடந்தவுடன், மிகுதியான சிறுபான்மை ஊர்திகளாகின்றன [p-பகுதிக்குச் சென்ற எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் n-பகுதிக்குச் சென்ற துளைகள்]. இந்த மிகுதியான சிறுபான்மை ஊர்திகள் அவற்றிற்கு எதிரான மின்னூட்டமுள்ள அப்பகுதிகளுக்குரிய பெரும்பான்மை ஊர்திகளுடனான மறு இணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. அதாவது கடத்து பட்டை எலக்ட்ரான்கள் இணைதிறன் பட்டையின் துளைகளுடன் மறு இணைப்பில் ஈடுபடுகின்றன. இது படம் 10.22 (ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

மறு இணைப்பு நிகழ்வின்போது, ஆற்றலானது, ஒளி (கதிர்வீச்சு) அல்லது வெப்ப (கதிர்வீச்சற்ற) வடிவில் வெளியிடப்படுகிறது. கதிர்வீச்சு மறு இணைப்பில், $h\nu$ ஆற்றலுள்ள ஃபோட்டான் வெளியிடப்படுகிறது. கதிர்வீச்சற்ற மறு இணைப்பில், ஆற்றலானது வெப்ப வடிவில் வெளியிடப்படும்.

வெளியிடப்படும் ஒளியின் நிறமானது பொருளின் ஆற்றல் பட்டை இடைவெளியைப் பொருத்து அமையும். எனவே, LED க்கள் பல்வேறு நிறங்களில் அதாவது நீலம் (SiC), பச்சை (AlGaP) மற்றும் சிவப்பு (GaAsP) ஆகிய நிறங்களில் கிடைக்கின்றன. தற்போது ஒளி உமிழ்வு டையோடுகள் வெள்ளை நிறத்தில் (GaInN) கூடக் கிடைக்கின்றன.

பயன்பாடுகள்

• அறிவியல் மற்றும் ஆய்வகக் கருவிகளின் முகப்புப் பலகையில் சுட்டு விளக்காக (Indicator lamp) பயன்படுகிறது.
• ஏழு உறுப்பு காட்சித் திரையாக (seven segment display) பயன்படுகிறது.
• போக்குவரத்துச் சைகை விளக்குகள், அவசர கால ஊர்திகளின் விளக்குகள் போன்றவற்றில் பயன்படுகிறது
• தொலைக்காட்சி, அறை குளிரூட்டி ஆகியவற்றின் தொலை இயக்கிக் கருவியாகப் பயன்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு 10.4

GaAsP னால் உருவாக்கப்பட்ட LED யிலிருந்து வெளிப்படும் ஒளியின் அலைநீளத்தைக் கண்டுபிடி. இந்தக் குறைகடத்தியின் விலக்கப்பட்ட ஆற்றல் இடைவெளி 1.875 eV ஆகும். வெளிப்படும் ஒளியின் நிறத்தையும் குறிப்பிடுக [$h = 6.6 \times 10^{-34} \text{ Js}$ எனக் கொள்க].

தீர்வு

எனவே,

அலை நீளத்தின் மதிப்பு 660 nm என்பது, சிவப்பு நிற ஒளிக்கு உரியது ஆகும்.

ii) ஒளி டையோடுகள்

ஒளியியல் சைகைகளை மின் சைகைகளாக மாற்றும் p-n சந்தி டையோடு ஒளி டையோடு எனப்படும். எனவே, ஒளி டையோடின் செயல்பாடு LED-இன் செயல்பாட்டிற்கு நேர் எதிரானது ஆகும். ஒளி டையோடு பின்னோக்குச் சார்பில் செயல்படும். இதன் மின்சுற்றுக் குறியீடு படம் 10.23 (அ) இல் காட்டப்படுகின்றது. அதிலுள்ள அம்புக்குறிகள் ஒளி அதன்மீது படுவதைக் குறிக்கின்றன.

இக்கருவியில் ஒளி உணர்வு உள்ள குறைகடத்திப் பொருளால் ஆன p-n சந்தியானது பாதுகாப்பாக ஒரு நெகிழிப் பெட்டியில் படம் 10.23 (ஆ) இல் உள்ளவாறு வைக்கப்பட்டுள்ளது. இதில் p-n சந்தியின் மீது ஒளி விழ ஏதுவாக ஒளி ஊடுருவும் ஒரு சிறிய சன்னல் உள்ளது. ஒளி டையோடின் p-n சந்தி மீது ஒளிபட்டவுடன் மின்னோட்டத்தை உற்பத்தி செய்வதால் அவை ஒளி உணர்விகள் எனப்படுகின்றன.

போதுமான ஆற்றல் கொண்ட ஃபோட்டான் ஒன்று, டையோடின் இயக்கமில்லாப் பகுதி மீது படும்போது, இணைதிறன் பட்டையில் சில எலக்ட்ரான்கள் கடத்துப் பட்டைக்கு செல்கின்றன. இதனால், இணைதிறன் பட்டையில் துளைகள் உருவாகின்றன. இது எலக்ட்ரான் – துளை இணையை உருவாக்கும். எலக்ட்ரான் – துளை இணையின் எண்ணிக்கை p-n சந்தி மீது படும் ஒளியின் செறிவினைப் பொருத்து அமையும்.

இந்த எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் மறு இணைப்பு ஏற்படுவதற்கு முன்பே, பின்னோக்குச் சார்பு மின்னழுத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட மின்புலத்தினால் சந்தியின் குறுக்கே எதிரெதிராக விரட்டப்படுகின்றன. அதாவது, துளைகள் p-பகுதிக்கும், எலக்ட்ரான்கள் n-பகுதிக்கும் செல்கின்றன. இதனைப் புற மின்சுற்றில் இணைக்கும்போது, எலக்ட்ரான்கள் புறமின் சுற்றில் பாய்ந்து ஒளி மின்னோட்டத்தை ஏற்படுத்தும்.

ஒளி படாத போது, பின்னோக்கு மின்னோட்டம் புறக்கணிக்கத்தக்க அளவு இருக்கும். ஒளி படாத நிலையில் ஏற்படும் இந்த பின்னோக்கு மின்னோட்டம், இருள் மின்னோட்டம் எனப்படும். இது வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட சிறுபான்மை ஊர்திகளால் ஏற்படுகிறது.

பயன்பாடுகள்

ஒளி டையோடுகள் பின்வரும் வகைகளில் பயன்படுகிறது.

• எச்சரிக்கை மணி அமைப்பு
• கிடைத்தள இயக்கத்திலுள்ள இயங்குப் படையில் எண்ணிக்கைக் கருவியாக பயன்படுதல்
• ஒளி கடத்திகள்
• குறைகடத்தி இயக்கிகள், புகை கண்டுணர்விகள்
• மருத்துவத் துறையில் x-கதிர்கள் மூலம் உடல் உறுப்புகளைக் கண்டுணர்ந்து கணினி மூலம் வரைபடமாக அளித்தல்.

iii) சூரிய மின்கலம்

சூரிய மின்கலம் அல்லது ஒளி வோல்டா மின்கலமானது, ஒளி வோல்டா விளைவு எனும் தத்துவத்தின் அடிப்படையில் செயல்படுகிறது. அதன்படி, சூரிய மின்கலத்தில் p-n சந்தி மீது சூரிய ஒளி படும் போது அதற்கேற்ப மின்னியக்கு விசையை உருவாக்குகிறது. சூரிய மின்கலத்தின் வடிவமைப்பு மற்றும் குறுக்கு வெட்டுத் தோற்றம் படம் 10.24ல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

சூரிய மின்கலனில் சந்திக்கு அருகில் உட்கவரப்படும் ஒளியினால் எலக்ட்ரான்-துளை இணைகள் உருவாகின்றன. இயக்கமில்லாப் பகுதியில் உள்ள மின்புலத்தின் காரணமாக, மின்னூட்ட ஊர்திகள் பிரிக்கப்படுகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் n-வகை சிலிக்கான் அடுக்கை நோக்கியும், துளைகள் p-வகை சிலிக்கான் படலத்தை நோக்கியும் நகர்கின்றன. n-பகுதியை அடையும் எலக்ட்ரான்களை முன்புற மின் இணைப்பு (உலோக விரல் இணைப்பு) சேகரிக்கும்; p-பகுதியை அடையும் துளைகளை பின்புற மின் இணைப்பு சேகரிக்கும். இதன் காரணமாக மின்கலத்தின் குறுக்கே மின்னழுத்த வேறுபாடு உருவாகும். சூரிய மின்கலத்துடன் வெளிப்புற பளு இணைக்கப்படும்போது அதன் வழியாக, ஒளி மின்னோட்டம் பாயும்.

அதிக எண்ணிக்கையில் சூரிய மின்கலன்கள் தொடரிணைப்பாகவோ பக்க இணைப்பாகவோ இணைக்கப்பட்ட சூரிய பலகையாக (Solar panel) உருவாக்கப்படுகின்றன. அதிக சூரிய மின்கலன் பலகைகள் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்பட்ட சூரிய தகடுகளின் தொகுப்பு (Solar array) உருவாக்கப்படுகிறது. மிக அதிக மின்திறன் பயன்பாடுகளில் சூரிய பலகைகள் மற்றும் சூரிய தகடுகளின் தொகுப்பு ஆகியவை பயன்படுகின்றன.

பயன்பாடுகள்

• கணிப்பான்கள், கடிகாரங்கள், பொம்மைகள் ஆகியவற்றில் சூரிய மின்கலன்கள் அதிகளவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சூரிய மின்கலன்கள் இயங்கக்கூடிய மின்வழங்கிகளில் பயன்படுகின்றன.
• செயற்கைக் கோள் மற்றும் விண்வெளி பயன்பாடுகளில் சூரிய மின்கலன்கள் பயன்படுகின்றன.
• சூரிய பலகைகள் (Solar panels) வணிகரீதியான மின் உற்பத்தியில் பயன்படுகின்றன.