পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   যেসব ডিজিটাল ইলেকট্রনিক বর্তনী নির্দিষ্ট বুলিয়ান বা যুক্তিমূলক শর্ত মেনে এক বা একাধিক ইনপুটের সাপেক্ষে কেবল একটি আউটপুট সংকেত প্রদান করে, তাদেরকে লজিক গেট বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহী (যেমন সিলিকন বা জার্মেনিয়াম) ক্লাসে ত্রিযোজী অপদ্রব্য (যেমন বোরন, অ্যালুমিনিয়াম) ডোপিং করে p-টাইপ অর্ধপরিবাহী তৈরি করা হয়। ডোপিং করার আগে অর্ধপরিবাহী পরমাণু এবং ডোপ্যান্ট পরমাণু উভয়ই বিদ্যুৎ-নিরপেক্ষ ছিল, কারণ প্রতিটির মোট প্রোটন সংখ্যা ও ইলেকট্রন সংখ্যা সমান থাকে। ত্রিযোজী পরমাণু যখন সিলিকন ক্লাসে যুক্ত হয়ে সমযোজী বন্ধন গঠন করে, তখন একটি ইলেকট্রনের ঘাটতির কারণে হোল বা মুক্ত গহ্বরের সৃষ্টি হয়। এই হোল সৃষ্টি হলেও পরমাণুর নিউক্লিয়াসে থাকা মোট ধনাত্মক চার্জ (প্রোটন) এবং পরমাণুর সামগ্রিক ইলেকট্রন সংখ্যার সমতা বজায় থাকে। কোনো বাহ্যিক চার্জ যুক্ত বা বিযুক্ত না হওয়ায় p-টাইপ অর্ধপরিবাহী সামগ্রিকভাবে চার্জ নিরপেক্ষ থাকে।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   লেখচিত্র থেকে পাই,
   A বিন্দুর স্থানাঙ্ক:
   ভোল্টেজ, $V_1 = 0.7\text{ V}$ (বা $0.6\text{ V}$ থেকে $0.7\text{ V}$ এর মাঝামাঝি নির্দেশিত) এবং প্রবাহ, $I_1 = 100\text{ mA} = 100 \times 10^{-3}\text{ A} = 0.1\text{ A}$
   B বিন্দুর স্থানাঙ্ক:
   ভোল্টেজ, $V_2 = 0.95\text{ V}$ (বা প্রায় $0.9\text{ V}$ থেকে $1.0\text{ V}$) এবং প্রবাহ, $I_2 = 300\text{ mA} = 300 \times 10^{-3}\text{ A} = 0.3\text{ A}$

   অতএব, AB অংশে বিভব পার্থক্যের পরিবর্তন,
   $\Delta V = V_2 - V_1 = 0.95 - 0.7 = 0.25\text{ V}$
   (যদি A বিন্দুর বিভব $0.7\text{ V}$ এবং B বিন্দুর বিভব $0.95\text{ V}$ ধরা হয়)
   এবং তড়িৎ প্রবাহের পরিবর্তন,
   $\Delta I = I_2 - I_1 = (300 - 100)\text{ mA} = 200\text{ mA} = 200 \times 10^{-3}\text{ A} = 0.2\text{ A}$

   AB অংশের গতীয় রোধ,
   $r_d = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{0.25}{0.2} = 1.25\ \Omega$

   [বিকল্প পাঠ: গ্রাফ অনুযায়ী A বিন্দুতে $V_1 = 0.7\text{ V}$, $I_1 = 100\text{ mA}$ এবং B বিন্দুতে $V_2 = 0.9\text{ V}$, $I_2 = 300\text{ mA}$ বিবেচনা করলে,
   $\Delta V = 0.9 - 0.7 = 0.2\text{ V}$ এবং $\Delta I = 200\text{ mA} = 0.2\text{ A}$
   সুতরাং, গতীয় রোধ $r_d = \frac{0.2}{0.2} = 1\ \Omega$]।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের লেখচিত্রে OAB অংশটি p-n জাংশন ডায়োডের সম্মুখবর্তী বায়াস (Forward Bias) এবং OCD অংশটি বিমুখী বায়াস (Reverse Bias) নির্দেশ করে। নিচে এ দুটি অংশের তুলনামূলক বিশ্লেষণ করা হলো:

   ১. বায়াসিং প্রকৃতি:

   • OAB অংশে ডায়োডটির p-প্রান্ত ব্যাটারির ধনাত্মক প্রান্তের সাথে এবং n-প্রান্ত ঋণাত্মক প্রান্তের সাথে যুক্ত করা হয়েছে (সম্মুখ ঝোঁক)।
   • OCD অংশে p-প্রান্ত ব্যাটারির ঋণাত্মক প্রান্তের সাথে এবং n-প্রান্ত ধনাত্মক প্রান্তের সাথে যুক্ত করা হয়েছে (বিমুখী ঝোঁক)।

   ২. তড়িৎ প্রবাহের মান ও একক:

   • OAB অংশে তড়িৎ প্রবাহের মান মিলিঅ্যাম্পিয়ার (mA) ক্রমে পাওয়া যায়, যা যথেষ্ট শক্তিশালী।
   • OCD অংশে প্রবাহ অত্যন্ত নগণ্য এবং তা মাইক্রোঅ্যাম্পিয়ার ($\mu\text{A}$) ক্রমে থাকে।

   ৩. বৈশিষ্ট্য ও আচরণ:

   • OAB অংশে নি-ভোল্টেজ (Knee Voltage, প্রায় $0.6\text{ V} - 0.7\text{ V}$) অতিক্রম করার পর বিভব সামান্য বৃদ্ধিতেই তড়িৎ প্রবাহ দ্রুত ও সূচকীয় হারে বৃদ্ধি পায়। এক্ষেত্রে ডিপলেশন স্তরের বেধ কমে যায় এবং অভ্যন্তরীণ বাধা হ্রাস পায়।
   • OCD অংশে বিভব বৃদ্ধির সাথে সাথে প্রাথমিকভাবে খুব সামান্য তড়িৎ প্রবাহিত হয় যা রিভার্স স্যাচুরেশন কারেন্ট। কিন্তু একটি নির্দিষ্ট উচ্চ বিমুখী ভোল্টেজে (ব্রেকডাউন ভোল্টেজ বা জেনার বিভব) পৌঁছালে প্রবাহ হঠাৎ অতিমাত্রায় বৃদ্ধি পেতে শুরু করে (CD অংশ)।

   ৪. চার্জ ক্যারিয়ারের ভূমিকা:

   • OAB অংশে তড়িৎ প্রবাহ মূলত মেজরিটি চার্জ ক্যারিয়ার (হোল ও মুক্ত ইলেকট্রন)-এর কারণে ঘটে।
   • OCD অংশে প্রবাহ মূলত মাইনরিটি চার্জ ক্যারিয়ার-এর তাপীয় বিচরণের কারণে ঘটে।

   অতএব, OAB অংশে ডায়োডটি খুব কম রোধ প্রদর্শন করে উত্তম পরিবাহীর মতো আচরণ করে, অন্যদিকে OCD অংশে ডায়োডটি অত্যন্ত উচ্চ রোধ প্রদর্শন করে এবং সাধারণ অবস্থায় তড়িৎ প্রবাহে তীব্র বাধা দেয়।