ഡയോഡ്

ഒരു ദിശയിൽ മാത്രം വൈദ്യുതി കടത്തി വിടുന്ന ഉപകരണമാണ്‌ ഡയോഡ്. ഇക്കാലത്ത് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ (സെമികണ്ടക്ട്രർ) ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ ഡയോഡുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതെങ്കിൽ, അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളുടെ ആവിർഭാവത്തിനു മുൻപ് തെർമയോണിക് ഡയോഡുകളാണ്‌ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. സാധാരണയായി സിലിക്കൺ അല്ലെങ്കിൽ ജർമ്മേനിയം അർദ്ധചാലകമാണ് ഡയോഡ് നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിൻറെ ഒരു വശത്തു ദാതാവ്(ഡോണർ) ആറ്റം കൊണ്ടും മറു വശത്തു സ്വീകർത്താവ് (അക്സപ്റ്റർ) കൊണ്ടും ഡോപ്പ് ചെയ്തുമാണ് ഡയോഡ് നിർമ്മിക്കുന്നത്.അക്സപ്റ്റർ കൊണ്ടു ഡോപ്പു ചെയ്ത ഭാഗത്തെ P ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകം എന്നും ഡോണർ കൊണ്ടു ഡോപ്പു ചെയ്ത ഭാഗത്തെ N ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകം എന്നും പറയുന്നു. P ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിൽ സുഷിരങ്ങൾ (Holes, പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജാണ് ഇവയ്ക്ക്) ആണ് വൈദ്യുതി ചാലനം നടത്തുന്നത്, N ടൈപ്പിൽ ഇലക്ട്രോണുകളും (Electrons, നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജാണ് ഇവയ്ക്ക്).

ഒരു PN സന്ധി ഡയോഡ്

ഡോപ്പിങ്

ഡയോഡ് - സർക്കീട്ട് ചിഹ്നം

സിലികോൺ, ജർമ്മേനിയം എന്നിങ്ങനെയുള്ള അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ബാഹ്യതമഷെല്ലിൽ 4 ഇലക്ട്രോണുകളാണുള്ളത്. ഇവയുടെ ചാലകത വളരെ കുറവാണ്. പൂജ്യം കെൽവിൻ താപനിലയിൽ അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ചാലകത പൂജ്യം ആണ്. എന്നാൽ അന്തരീക്ഷ ഊഷ്‌മാവിൽ നിന്നും ഊർജ്ജം സ്വീകരിച്ചുകൊണ്ട്‌ ധാരാളം സഹസംയോജക ബന്ധനങ്ങൾ വേർപെടുകയും, ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ (pair) ഉണ്ടാക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ഇവയുടെ ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കാനായി പുറത്തു നിന്നു മറ്റു പല ആറ്റങ്ങളെ ചേർക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ് ഡോപ്പിങ്.

N ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ട്രർ

ബാഹ്യതമഷെല്ലിൽ അഞ്ച് ഇലക്ട്രോണുകളുള്ള ഫോസ്ഫറസ്(P), ആൻറിമണി(Sb), ബിസ്മത്ത് (Bi) തുടങ്ങിയ ആറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടു ഡോപ്പ് ചെയ്യുമ്പോഴണ് N ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ട്രർ ഉണ്ടാകുന്നത്. ഇവയുടെ ഒരു ആറ്റത്തിൻറെ ബാഹ്യതമഷെല്ലിലുള്ള അഞ്ച് ഇലക്ട്രോണുകൾ സിലികോണിൻറെ നാല് ആറ്റങ്ങളുമായി സഹസംയോജക ബന്ധനത്തിൽ ഏർപ്പെടുകയും ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ബാക്കിയാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ഇലക്ട്രോണിന് അർദ്ധചാലക ക്രിസ്റ്റലിൽ സ്വതന്ത്രമായി സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുന്നു. അങ്ങനെ അതിൻറെ ചാലകത കൂടുന്നു. അതായത്‌ ബാഹ്യതമഷെല്ലിൽ അഞ്ച്‌ ഇലക്ട്രോണുകളുള്ള ഒരു ആറ്റം കൊണ്ടു ഡോപ്പ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ അർദ്ധചാലക ക്രിസ്‌റ്റലിൽ ഒരു ഇലക്ട്രോൺ കൂടുതൽ കിട്ടുന്നു. അതുകൊണ്ട്‌ ഈ ആറ്റത്തെ ദാതാവ്‌ (ഡോണർ) എന്നു വിളിക്കുന്നു.

P ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ട്രർ

ബാഹ്യതമഷെല്ലിൽ മൂന്നു ഇലക്ട്രോണുകളുള്ള ബോറോൺ(B),ഗാലിയം(Ga), ഇൻഡിയം(In), താലിയം(Tl) തുടങ്ങിയ ആറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടു ഡോപ്പ് ചെയ്യുമ്പോഴണ് P ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ട്രർ ഉണ്ടാകുന്നത്. ഇവയുടെ ഒരു ആറ്റത്തിൻറെ ബാഹ്യതമഷെല്ലിലുള്ള മൂന്നു ഇലക്ട്രോണുകൾ സിലികോണിൻറെ നാല് ആറ്റങ്ങളുമായി സഹസംയോജക ബന്ധനത്തിൽ ഏർപ്പെടുകയും ഒരു ഇലക്ട്രോണിന്റെ കുറവു ഉണ്ടാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഈ കുറവിനെ സുഷിരം(hole) എന്നു പറയുന്നു. ഈ സുഷിരത്തിനു അർദ്ധചാലക ക്രിസ്റ്റലിൽ സ്വതന്ത്രമായി സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുന്നു. അങ്ങനെ അതിൻറെ ചാലകത കൂടുന്നു. അതായത്‌ ബാഹ്യതമഷെല്ലിൽ മൂന്നു ഇലക്ട്രോണുകളുള്ള ഒരു ആറ്റം കൊണ്ടു ഡോപ്പ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ അർദ്ധചാലക ക്രിസ്‌റ്റലിൽ ഒരു സുഷിരം ഉണ്ടാകുന്നു. അതുകൊണ്ട്‌ ഈ ആറ്റത്തെ സ്വീകർത്താവ് (അക്സപ്റ്റർ) എന്നു വിളിക്കുന്നു.

ബയസിംഗ്

ചിഹ്നത്തിന്റെ രൂപത്തിലുള്ള ഡയോഡ് പാക്കേജുകൾ

ഒരു ഡയോഡിൽ കൂടി വൈദ്യുതി കടത്തി വിടുന്ന പ്രക്രിയയാണു ബയസിംഗ് . ഒരു ഡയോഡിനെ രണ്ടു രീതിയിൽ ബയസ്‌ ചെയ്യാം.

ഫോർവേഡ്‌ ബയസിംഗ്‌

ഒരു PN സന്ധി ഡയോഡിന്റെ P ഭാഗത്ത്‌ ബാറ്ററിയുടെ പോസിറ്റീവ്‌ ടെർമിനലും, N ഭാഗത്ത്‌ ബാറ്ററിയുടെ നെഗറ്റീവ്‌ ടെർമിനലും ഘടിപ്പിക്കുമ്പോൾ, ഡയോഡ്‌ ഫോർവേഡ്‌ ബയസിംഗിൽ ആകുന്നു. ഫോർവേഡ്‌ ബയസിംഗ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ P ഭാഗത്തെ സുഷിരങ്ങളും, N ഭാഗത്തെ ഇലക്ട്രോണുകളും സന്ധിയിലേക്കു അടുക്കുകയും അവിട വച്ചു കൂടിച്ചേരുകയും ചെയ്യുന്നു. അങ്ങനെ ഫോർവേഡ്‌ ബയസിംഗ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ ഡയോഡിൽ കൂടി വൈദ്യുത പ്രവാഹം സാദ്ധ്യമാകുന്നു.
ഒരു PN സന്ധി ഡയോഡിനെ ഫോർവേഡ്‌ ബയസ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ, ഒരു പ്രത്യേക വോൾട്ടേജ്‌ എത്തുന്നതുവരെ ഡയോഡിൽ കൂടി വളരെ കുറച്ചു വൈദ്യുതി മാത്രമേ കടന്നു പോകുകയുള്ളൂ. ഈ പ്രത്യേക ഫോർവേഡ്‌ വോൾട്ടേജിനെ കട്ട്‌ - ഇൻ വോൾട്ടേജ്‌ (cut- in voltage അല്ലെങ്കിൽ knee voltage) എന്നു പറയുന്നു. കട്ട്‌ ഇൻ വോൾട്ടേജിനു ശേഷവും ഫോർവേഡ്‌ വോൾട്ടേജ്‌ വർദ്ധിപ്പിച്ചാൽ PN സന്ധി ഡയോഡിൽ കൂടി ധാരാളം വൈദ്യുതി പ്രവഹിക്കുകയും അത്‌ ഒരു ചാലകത്തെപ്പോലെ വർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു

റിവേഴ്‌സ്‌ ബയസിംഗ്‌

ഒരു PN സന്ധി ഡയോഡിന്റെ P ഭാഗത്ത്‌ ബാറ്ററിയുടെ നെഗറ്റീവ്‌ ടെർമിനലും, N ഭാഗത്ത്‌ ബാറ്ററിയുടെ പോസിറ്റീവ്‌ ടെർമിനലും ഘടിപ്പിക്കുമ്പോൾ, ഡയോഡ്‌ റിവേഴ്‌സ്‌ ബയസിംഗിൽ ആകുന്നു. റിവേഴ്‌സ്‌ ബയസിംഗ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ P ഭാഗത്തെ സുഷിരങ്ങളും, N ഭാഗത്തെ ഇലക്ട്രോണുകളും സന്ധിയിൽ നിന്നും അകന്നു പോകുന്നു. അങ്ങനെ റിവേഴ്‌സ്‌ ബയസിംഗ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ ഡയോഡിൽ കൂടി വൈദ്യുത പ്രവാഹം നടക്കുന്നില്ല.
റിവേഴ്‌സ്‌ ബയസ്‌ ചെയ്യുമ്പോൾ ഡയോഡിൽ കൂടി വൈദ്യുതി പ്രവാഹം ഉണ്ടാകുന്നില്ല (മൈനോരിറ്റി ചാർജ്ജ്‌ വാഹകർ ഉണ്ടാക്കുന്ന വളരെ ചെറിയ വൈദ്യുത പ്രവാഹം മാറ്റി നിർത്തിയാൽ). റിവേഴ്‌സ്‌ ബയസ്‌ വോൾട്ടേജ്‌ വളരെ കൂടിയാൽ ഒരു പ്രത്യേക റിവേഴ്‌സ്‌ വോൾട്ടേജിൽ ഡയോഡിന്‌ റിവേഴ്‌സ്‌ ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ സംഭവിക്കുകയും ഡയോഡ്‌ ഉപയോഗശൂന്യവും ആകുന്നു. ഈ വോൾട്ടേജിനെ റിവേഴ്‌സ്‌ ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ വോൾട്ടേജ്‌ (Reverse breakdown voltage)എന്നു പറയുന്നു. അതുകൊണ്ട്‌ ഒരിക്കലും റിവേഴ്‌സ്‌ ബയസ്‌ വോൾട്ടേജ്‌, റിവേഴ്‌സ്‌ ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ വോൾട്ടേജിനെക്കാളും കൂടുതൽ ആകരുത്‌.

ഉപയോഗങ്ങൾ

റക്ടിഫിക്കേഷൻ

PN സന്ധി ഡയോഡിന്റെ ഏറ്റവും പ്രധാന ഉപയോഗമാണ്‌ റക്ടിഫിക്കേഷൻ.

പ്രത്യാവർത്തിധാരാ വൈദ്യുതിയെ (Alternating Current) നേർധാരാ വൈദ്യുതിയാക്കി (Direct Current) മാറ്റുന്ന പ്രക്രിയയാണ്‌ റക്ടിഫിക്കേഷൻ. റക്ടിഫിക്കേഷൻ നടത്തുന്ന ഉപകരണം റക്ടിഫയർ എന്നറിയപ്പെടുന്നു റക്ടിഫയറുകൾ രണ്ടു തരത്തിലുണ്ട്‌ - ഹാഫ്‌വേവ്‌ റക്ടിഫയർ (Half Wave Rectifier), ഫുൾവേവ്‌ റക്ടിഫയർ (Full Wave Rectifier)‍.

• ഹാഫ്‌വേവ്‌ റക്ടിഫയർ : പ്രത്യാവർത്തിധാരാ വൈദ്യുതിയുടെ ഒരു അർദ്ധ ചക്രത്തിനു മാത്രം ഔട്ട്‌പുട്ടിൽ നേർധാരാ വൈദ്യുതി പ്രവാഹം സാദ്ധ്യമാക്കുന്ന റക്ടിഫയർ ആണ്‌ ഹാഫ്‌വേവ്‌ റക്ടിഫയർ.
• ഫുൾവേവ്‌ റക്ടിഫയർ : പ്രത്യാവർത്തിധാരാ വൈദ്യുതിയുടെ രണ്ടു അർദ്ധ ചക്രങ്ങൾക്കും ഔട്ട്‌പുട്ടിൽ നേർധാരാ വൈദ്യുതി പ്രവാഹം സാദ്ധ്യമാക്കുന്ന റക്ടിഫയർ ആണ്‌ ഫുൾവേവ്‌ റക്ടിഫയർ

റേഡിയോ ഡീമോഡുലേഷൻ

ഒരു റേഡിയോ സിഗ്നലിന്റെ ആംപ്ലിറ്റിയൂഡിലാണ്‌ യഥാർത്ഥ ശബ്ദവിവരം ഇരിക്കുന്നത്‌. ഈ സിഗ്നലിന്റെ ആംപ്ലിറ്റിയൂഡ്‌ വേർതിരിച്ചെടുക്കുവാൻ ഡയോഡ്‌ ഡിറ്റക്ടർ സർക്കീട്ട്‌ ഉപയോഗിക്കാം. ഈ ശബ്ദവിവരം ആംപ്ലിഫൈ ചെയ്‌ത്‌ ലൗഡ്‌ സ്‌പീക്കറിൽ കൊടുക്കുമ്പോൾ, അത്‌ ശബ്ദമായി മാറുന്നു.

വിവിധതരം ഡയോഡുകൾ

പല ഉപയോഗങ്ങൾക്കായി പല തരത്തിലുള്ള ഡയോഡുകളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. അവയുടെ ഭൌതിക വലിപ്പത്തിലും, ഡോപ്പിങ് ലെവലിലും ഉള്ള വ്യത്യാസം അനുസരിച്ച് അവ പല ഉപയോഗങ്ങൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഡയോഡ്	സെനർ ഡയോഡ്	ഷോട്ട്കി ഡയോഡ്	ടണൽ ഡയോഡ്
ലൈറ്റ് എമിറ്റിങ് ഡയോഡ്	ഫോട്ടോഡയോഡ്	വരാക്ടർ	സിലിക്കൺ കൺട്രോൾഡ് റക്ടിഫയർ

വിവിധ ഡയോഡുകളുടെ ചിഹ്നങ്ങൾ

പലതരം ഡയോഡുകൾ (സ്കെയിൽ സെന്റീമീറ്ററിൽ)

• സെനർ ഡയോഡ് (Zenor diode).
• ഷോട്ട്കി ഡയോഡ് (Schottky diode).
• ടണൽ ഡയോഡ് (Tunnel diode).
• ലൈറ്റ് എമിറ്റിങ് ഡയോഡ് (Light Emitting diode- L.E.D)
• ഫോട്ടോ ഡയോഡ് (Photodiode).
• വരാക്ടർ ഡയോഡ് (Varicap or varactor diode).
• സിലിക്കൺ കൺട്രോൾഡ് റക്ടിഫയർ (Silicon Controlled Rectifier- S.C.R)