Diode Operation and condition Forward Bias or Reverse Bias /डायोड के संचालन अवस्था

Diode Operating Condition

मानक(standard) P-N जंक्शन डायोड के लिए दो ऑपरेटिंग क्षेत्र(area) और तीन संभावित "पूर्वाग्रह(bias)" स्थितियां हैं

1 शून्य बाईस (Zero Bias)

  इस स्थिति में कोई भी सप्लाई वोल्टेज पीएन जंक्शन डायोड नहीं देते

2  फॉरवर्ड पूर्वाग्रह (Forward Bias)

इस स्थति में सप्लाई वोल्टेज के  P-साइड को नकारात्मक, (-ve) और  डायोड में N-साइड को सकारात्मक, (+ ve) से जोड़ा जाता है, जिससे पीएन जंक्शन डायोड के जंक्शन की चौड़ाई घटने का  प्रभाव पड़ता है।

3  विपरीत पूर्वाग्रह (Reverse Bias)

इस स्थति में सप्लाई वोल्टेज के  N-साइड को नकारात्मक, (-ve) और  डायोड में P-साइड को सकारात्मक, (+ ve) से जोड़ा जाता है, जिससे पीएन जंक्शन डायोड के जंक्शन की चौड़ाई बढ़ने  का  प्रभाव पड़ता है।

शून्य(zero) बाईस की दो अवस्था है

ओपन सर्किट
शार्ट सर्किट

ओपन सर्किट स्थिति में, डायोड के माध्यम से बहने वाला प्रवाह(करंट) शून्य (I = 0) है। PN  जंक्शन पर संभावित बाधा(potential barrier) डायोड फैब्रिकेशन के समय जितना होता है उतना ही होता है

शार्ट सर्किट संतुलन(Equilibrium) या संतुलन स्थापित किया जाएगा जब बहुमत वाहक(majority carriers) बराबर होते हैं और दोनों विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ते हैं, ताकि सर्किट में शुद्ध परिणाम शून्य प्रवाह हो। जब ऐसा होता है तो जंक्शन "डायनामिक इक्विलिब्रियम" (Dynamic Equilibrium)की स्थिति में कहा जाता है।

fig1.short circuit 

अल्पसंख्यक वाहक(minority carriers) लगातार तापीय ऊर्जा के कारण उत्पन्न होते हैं, इसलिए संतुलन(Equilibrium) की स्थिति पीएन जंक्शन के तापमान को बढ़ाकर विभाजित कर सकते  है जिससे अल्पसंख्यक वाहक(minority carriers) की संख्या में वृद्धि होती है, जिसके परिणामस्वरूप रिसाव(leakage) करंट में वृद्धि होती है लेकिन विद्युत(electrical) करंट प्रवाह नहीं हो सकता जबतक  पीएन जंक्शन से कोई सर्किट जुड़ा न गया है।

fig2.P-N junction diode v-i characteristic 

आगे पक्षपातपूर्ण पीएन जंक्शन डायोड(Forward Biased PN Junction Diode)

जब एक डायोड को आकृति में बतये अनुसार सप्लाई से जोड़ा जाये तो उसे  फॉरवर्ड बायस स्थिति में  कनेक्ट किया है, तो इस स्थति में N-साइड नकारात्मक वोल्टेज लागू होता है और P-साइड सकारात्मक वोल्टेज लागू होता है। यदि यह बाहरी वोल्टेज संभावित बाधा(potential barrier) के मूल्य से अधिक हो जाता है, तो लगभग। सिलिकॉन के लिए 0.7 वोल्ट और जर्मेनियम के लिए 0.3 वोल्ट, संभावित बाधाओं( potential barriers) का विरोध खत्म हो जाएगा और वर्तमान प्रवाह शुरू हो जाएगा।

fig3. Forward Bias 

ऐसा इसलिए होता है क्योंकि ऋणात्मक वोल्टेज जंक्शन के  इलेक्ट्रॉनों को धक्का देता है या उन्हें प्रतिलिपि(duplicate) बनाता है जिससे उन्हें पार(cross) करने की ऊर्जा मिलती है और सकारात्मक वोल्टेज द्वारा जंक्शन की  विपरीत दिशा में धक्का दिया जा रहा छेद(hole) के साथ गठबंधन करता  जाता है। इसके परिणामस्वरूप इस वोल्टेज पॉइंट तक बहने वाले शून्य प्रवाह की विशेषताओं(characteristics) में कर्व(curve) होता है, जिसे स्थिर घटता पर "knee" कहा जाता है इसे सरल शब्दों में कहु तो जिस पोइन्ट के बाद डायोड कंडक्शन में आता है उसे "knee"पॉइंट कहते है  और फिर नीचे दिखाए गए बाहरी वोल्टेज में कम वृद्धि के साथ डायोड के माध्यम से  उच्च वर्तमान(High current) प्रवाह होता है।

fig4. Forward  Characteristic

रिवर्स पक्षपातपूर्ण पीएन जंक्शन डायोड/Reverse Biased PN Junction Diode

जब एक डायोड रिवर्स बाईस स्थिति में जुड़ा होता है, प-न जंक्शन डायोड का N-साइड को  सकारात्मक वोल्टेज लागू होता है और प-साइड को  नकारात्मक वोल्टेज लागू होता है।

N-साइड पर लागू सकारात्मक वोल्टेज सकारात्मक इलेक्ट्रोड(पॉजिटिव इलेक्ट्रोड) की तरफ इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है और जंक्शन से दूर होता है, जबकि P-प्रकार के  छेद(holes) भी जंक्शन से नकारात्मक इलेक्ट्रोड की तरफ आकर्षित होते हैं।

fig5. Revers Bias

परिणाम स्वरूप मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छेदों की कमी के कारण डिप्लेशन लेयर की चौड़ाई बढ़ जाती है परिणाम स्वरूप इन्सुलेटर,उच्च प्रतिबाधा पथ(high impedance path) प्रस्तुत करता है। इसका नतीजा यह है कि उच्च क्षमता बाधा उत्पन्न होती है जिससे इस प्रकार अर्धचालक पदार्थ के माध्यम से बहने से रोकता  है।

यह स्थिति में पीएन जंक्शन का प्रतिरोध उच्च मूल्य पर होता है इस समय वोल्टेज में वृद्धि के साथ जंक्शन डायोड के माध्यम से व्यावहारिक रूप से शून्य करंट बहता  है। हालांकि, जंक्शन के माध्यम से बहुत कम करंट बहता है जो माइक्रो-एम्पियर, (μA) में  होता  है।

 यदि डायोड पर लागू रिवर्स पूर्वाग्रह(बायस) वोल्टेज (Vr) पर्याप्त मूल्य से बढ़ जाता है, तो यह जंक्शन के आसपास हिमस्खलन(अवालांचे ब्रेक डाउन) के कारण डायोड का गर्म होना और विफल होने का कारण बनता है। इस्से  डायोड शार्ट हो सकता है और इसके परिणामस्वरूप अधिकतम सर्किट में करंट  का प्रवाह होगा (नीचे दी गई आकृति में देख सकते है )

fig6. Reverse Bias characteristic 

कभी-कभी इस हिमस्खलन(avalanche) प्रभाव में वोल्टेज स्थिरीकरण(stabilization) सर्किट में व्यावहारिक(practical) उपयोगी  होती हैं जहां एक प्रतिरोध को डायोड के सीरीज में जोड़ा जाता है  और इसमें डायोड को रिवर्स बायस में जोड़ते है  जिससे डायोड में एक निश्चित वोल्टेज आउटपुट उत्पन्न होता है। इन प्रकार के डायोड को आमतौर पर जेनर डायोड के रूप में जानते  है

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