পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   p-n জংশনের সংযোগস্থলের উভয় পাশে আধান বাহকবিহীন (হোল ও মুক্ত ইলেকট্রনহীন) স্থির আয়নবিশিষ্ট অঞ্চলকে ডিপ্লেশন লেয়ার বা নিঃশেষিত স্তর বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   বিপরীত বা রিভার্স বায়াসে p-n জংশনের p-প্রান্তকে ব্যাটারির ঋণাত্মক প্রান্তের সাথে এবং n-প্রান্তকে ধনাত্মক প্রান্তের সাথে যুক্ত করা হয়। এর ফলে ব্যাটারির ঋণাত্মক বিভব p-অঞ্চলের সংখ্যাগরিষ্ঠ বাহক (হোল)-কে এবং ধনাত্মক বিভব n-অঞ্চলের সংখ্যাগরিষ্ঠ বাহক (ইলেকট্রন)-কে জংশন থেকে নিজেদের দিকে আকর্ষণ করে দূরে সরিয়ে নেয়।

   এতে জংশনের ডিপ্লেশন স্তরের বেধ এবং বিভব প্রাচীর অনেক বৃদ্ধি পায়। এই শক্তিশালী বিভব প্রাচীরের কারণে সংখ্যাগরিষ্ঠ বাহকের মাধ্যমে কোনো তড়িৎ প্রবাহিত হতে পারে না। তবে তাপীয় কারণে সৃষ্ট অতি সামান্য সংখ্যালঘু বাহকের কারণে একটি নগণ্য পরিমাণ ক্ষরণ প্রবাহ (leakage current) থাকে, যা ব্যবহারিক ক্ষেত্রে প্রায় শূন্য বা নেই বললেই চলে। তাই বিপরীত ঝোঁকে ডায়োডে কার্যকর কোনো তড়িৎ প্রবাহ হয় না।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের বর্তনীটি একটি সাধারণ নিঃসারক (Common Emitter বা CE) বিন্যাস।

   দেওয়া আছে,
   নিঃসারক প্রবাহ, $I_e = 20\text{ mA}$
   সংগ্রাহক প্রবাহ, $I_c = 18\text{ mA}$

   আমরা জানি,
   $I_e = I_b + I_c$
   $\therefore$ ভূমি বা বেস প্রবাহ, $I_b = I_e - I_c$
   $= 20\text{ mA} - 18\text{ mA}$
   $= 2\text{ mA}$

   কমন-ইমিটার বিন্যাসে তড়িৎ প্রবাহ লাভ (Current Gain, $\beta$):
   $\beta = \frac{I_c}{I_b}$
   $= \frac{18\text{ mA}}{2\text{ mA}}$
   $= 9$

   অতএব, বর্তনীতে প্রবাহ লাভ হবে $9$।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের ট্রানজিস্টর বর্তনীটিকে মূলত একটি সংবর্ধক (Amplifier) হিসেবে দেখানো হলেও এটিকে সুইচ হিসেবেও ব্যবহার করা সম্ভব। নিচে এর কার্যপ্রণালী বিশ্লেষণ করা হলো:

   একটি ট্রানজিস্টরকে মূলত দুটি অবস্থায় চালনা করে ইলেকট্রনিক সুইচ হিসেবে কাজ করানো হয়— 'অফ' (OFF) অবস্থা এবং 'অন' (ON) অবস্থা।

   ১. কাট-অফ অঞ্চল (OFF সুইচ হিসেবে):
   যদি ইনপুট ভোল্টেজ বা বেস বায়াসিং ভোল্টেজ শূন্য বা কাট-ইন ভোল্টেজের (যেমন সিলিকনের ক্ষেত্রে $0.7\text{ V}$) চেয়ে কম রাখা হয়, তবে বেস কারেন্ট $I_b = 0$ হয়। এর ফলে নিঃসারক-সংগ্রাহক প্রবাহও শূন্য হয়ে যায় ($I_c \approx 0$)। এমতাবস্থায় আউটপুট প্রান্তে কোনো কারেন্ট প্রবাহিত না হওয়ায় সংগ্রাহক-নিঃসারক ভোল্টেজ সর্বোচ্চ ($V_{CE} \approx V_{CC}$) থাকে। এটি একটি উন্মুক্ত বা 'OFF' সুইচের ন্যায় আচরণ করে।

   ২. সম্পৃক্ত বা স্যাচুরেশন অঞ্চল (ON সুইচ হিসেবে):
   ইনপুটে পর্যাপ্ত পরিমাণ উচ্চ ধনাত্মক ভোল্টেজ এবং উচ্চ বেস কারেন্ট ($I_b$) প্রয়োগ করলে ট্রানজিস্টরটি দ্রুত স্যাচুরেশন অঞ্চলে প্রবেশ করে। এই অবস্থায় সর্বোচ্চ সংগ্রাহক কারেন্ট ($I_c$) প্রবাহিত হয় এবং সংগ্রাহক ও নিঃসারকের মধ্যকার বিভব পার্থক্য প্রায় শূন্যে ($V_{CE} \approx 0.2\text{ V}$) নেমে আসে। অর্থাৎ ট্রানজিস্টরের মধ্য দিয়ে রোধহীনভাবে পূর্ণ প্রবাহ চলে, যা একটি বদ্ধ বা 'ON' সুইচের মতো কাজ করে।

   সুতরাং, উপযুক্ত ইনপুট সিগন্যাল দ্বারা ট্রানজিস্টরকে যথাক্রমে কাট-অফ এবং সম্পৃক্ত অবস্থায় পরিচালনা করে উদ্দীপকের বর্তনীটিকে সফলভাবে একটি ইলেকট্রনিক সুইচ হিসেবে ব্যবহার করা সম্ভব।