HSC পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্র · অধ্যায় ১০: সেমিকন্ডাক্টর ও ইলেকট্রনিক্স

ঢাকা বোর্ড ২০২২ — সেমিকন্ডাক্টর ও ইলেকট্রনিক্স সৃজনশীল প্রশ্ন ও সমাধান

ঢাকা বোর্ড ২০২২ সেমিকন্ডাক্টর ও ইলেকট্রনিক্স

এই সৃজনশীল প্রশ্নটি এইচএসসি ঢাকা বোর্ড ২০২২ পরীক্ষায় এসেছিল (পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্র, সেমিকন্ডাক্টর ও ইলেকট্রনিক্স)। নিচে উদ্দীপক, প্রশ্ন আর ক, খ, গ ও ঘ — চারটি অংশের বোর্ড মানবণ্টন অনুযায়ী পূর্ণাঙ্গ উত্তর দেওয়া হলো।

প্রশ্ন

বর্তনীতে ব্যবহৃত প্রতিটি ডায়োড অভিন্ন। এদের যে কোনোটির দুইপ্রান্তে 0.6 volt বিভব পার্থক্য সৃষ্টি করায় প্রবাহ 100 mA হতে 150 mA এ পরিবর্তিত হয়। আবার ব্রীজটির সাহায্যে AC Signal কে DC Signal এ রূপান্তর করতে গিয়ে দেখা গেল D₄ ডায়োডটি নষ্ট।

ক.
NAND গেইট কী?
১
খ.
ডায়োডের জেনার ক্রিয়া ব্যাখ্যা করো।
২
গ.
প্রতিটি ডায়োডের গতীয় রোধ নির্ণয় করো।
৩
ঘ.
বর্তনীতে D₄ সংযুক্ত অবস্থায় AC কে DC তে রূপান্তর সম্ভব কি না— সচিত্র ব্যাখ্যা দাও।
৪

উত্তর

কNAND গেইট কী?

যে লজিক গেইটে একটি AND গেইটের আউটপুটের সাথে একটি NOT গেইট যুক্ত থাকে, ফলে সকল ইনপুট 1 হলে আউটপুট 0 এবং অন্য সকল ক্ষেত্রে আউটপুট 1 হয়, তাকে NAND গেইট বলে। এর বুলিয়ান রাশি Y=A⋅B।

খডায়োডের জেনার ক্রিয়া ব্যাখ্যা করো।

অধিক মাত্রায় ডোপিংকৃত p-n জংশনে নিঃশেষিত স্তর খুব সরু হয়।

এরূপ ডায়োডে বিমুখী ঝোঁক প্রয়োগ করে বিভব বাড়াতে থাকলে সরু নিঃশেষিত স্তরে অল্প বিভবেই অতি তীব্র তড়িৎক্ষেত্র (প্রায় 10⁷ V m⁻¹) সৃষ্টি হয়।

এই তীব্র তড়িৎক্ষেত্র সরাসরি কেলাসের সমযোজী বন্ধন ভেঙে দেয়, ফলে বিপুল সংখ্যক ইলেকট্রন-হোল জোড় সৃষ্টি হয় এবং বিমুখী প্রবাহ হঠাৎ অত্যধিক বেড়ে যায়।

এ প্রক্রিয়াকে জেনার ক্রিয়া বলে এবং যে বিভবে এটি ঘটে তাকে জেনার ভোল্টেজ বলে। জেনার অঞ্চলে প্রবাহ ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হলেও ডায়োডের দুই প্রান্তের বিভব প্রায় ধ্রুব থাকে, তাই জেনার ডায়োড ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক হিসেবে ব্যবহৃত হয়।

গপ্রতিটি ডায়োডের গতীয় রোধ নির্ণয় করো।

এখানে,

বিভব পার্থক্য, ΔV=0.6 V

প্রবাহের পরিবর্তন, ΔI=(150−100) mA=50×10⁻³ A

নির্ণেয় গতীয় রোধ, r_d=?

আমরা জানি,

r_d=ΔVΔI

বা, r_d=0.650×10⁻³

∴ r_d=12 Ω

অতএব, প্রতিটি ডায়োডের গতীয় রোধ 12 Ω।

ঘবর্তনীতে D₄ সংযুক্ত অবস্থায় AC কে DC তে রূপান্তর সম্ভব কি না— সচিত্র ব্যাখ্যা দাও।

উদ্দীপকে D₄ নষ্ট বলা হয়েছে; প্রথমে D₄ সঠিকভাবে সংযুক্ত (সক্রিয়) অবস্থা এবং পরে D₄ নষ্ট (খোলা বর্তনী) অবস্থা বিবেচনা করা হয়েছে।

উদ্দীপকের বর্তনীটি একটি ব্রিজ একমুখীকারক। ট্রান্সফরমারের গৌণ কুণ্ডলীর প্রান্তদ্বয় P ও Q এবং লোড রোধ R_L এর প্রান্তদ্বয় ব্রিজের অপর দুই বিন্দুতে যুক্ত।

$D_4$ সংযুক্ত (সক্রিয়) অবস্থায়: যে অর্ধচক্রে P প্রান্ত ধনাত্মক, তখন D₄ ও D₂ সম্মুখী ঝোঁকে এবং D₁ ও D₃ বিমুখী ঝোঁকে থাকে। প্রবাহের পথ: P→D₄→R_L→D₂→Q।

পরবর্তী অর্ধচক্রে Q প্রান্ত ধনাত্মক হলে D₃ ও D₁ সম্মুখী ঝোঁকে এবং D₂ ও D₄ বিমুখী ঝোঁকে থাকে। প্রবাহের পথ: Q→D₃→R_L→D₁→P।

উভয় অর্ধচক্রেই R_L এর মধ্য দিয়ে প্রবাহ একই দিকে (+ প্রান্ত থেকে − প্রান্তের দিকে) চলে, ফলে নিচের লেখচিত্রের (a) অংশের মতো পূর্ণতরঙ্গ একমুখী (DC) আউটপুট পাওয়া যায়।

$D_4$ নষ্ট (খোলা) অবস্থায়: P প্রান্ত ধনাত্মক অর্ধচক্রে প্রবাহের একমাত্র পথ D₄ খোলা থাকায় R_L এর মধ্য দিয়ে কোনো প্রবাহ চলে না। কেবল Q প্রান্ত ধনাত্মক অর্ধচক্রে D₃ ও D₁ এর মধ্য দিয়ে প্রবাহ চলে। ফলে লেখচিত্রের (b) অংশের মতো অর্ধতরঙ্গ একমুখী আউটপুট পাওয়া যায়।

অতএব, D₄ সঠিকভাবে সংযুক্ত অবস্থায় ব্রিজ বর্তনীটি AC কে পূর্ণতরঙ্গ DC তে রূপান্তর করতে পারে। D₄ নষ্ট হলে বর্তনীটি কেবল অর্ধতরঙ্গ একমুখীকারক হিসেবে কাজ করে, তখন পূর্ণতরঙ্গ DC পাওয়া সম্ভব নয়।