পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   p-n জংশনের সংযোগস্থলের উভয় পাশে মুক্ত আধান বাহকবিহীন (ইলেকট্রন ও হোল শূন্য) স্থির আয়নযুক্ত যে সরু অঞ্চল সৃষ্টি হয়, তাকে ডিপ্লেশন স্তর (Depletion layer) বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   P-টাইপ অর্ধপরিবাহীতে বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীর (যেমন- সিলিকন বা জার্মেনিয়াম) সাথে ত্রিযোজী অপদ্রব্য (যেমন- বোরন, অ্যালুমিনিয়াম) ডোপিং করার ফলে বিপুল সংখ্যক হোল (সংখ্যাগরিষ্ঠ আধান বাহক) সৃষ্টি হয়। তবে কক্ষ তাপমাত্রায় তাপীয় উত্তেজনার (thermal excitation) কারণে কিছু সমযোজী বন্ধন ভেঙে যায় এবং ইলেকট্রন-হোল জোড় সৃষ্টি হয়। এই প্রক্রিয়ায় উৎপন্ন মুক্ত ইলেকট্রনগুলোই P-টাইপ অর্ধপরিবাহীতে সংখ্যালঘু ঋণাত্মক আধান বাহক হিসেবে কাজ করে।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপক অনুসারে,
   ইনপুট কারেন্টের পরিবর্তন, $\Delta I_B = 0.02 \text{ mA}$
   আউটপুট কারেন্টের পরিবর্তন, $\Delta I_C = 1 \text{ mA}$

   আমরা জানি,
   কমন ইমিটার (CE) ট্রানজিস্টরের ক্ষেত্রে কারেন্ট গেইন,
   $\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

   মান বসিয়ে পাই,
   $\beta = \frac{1 \text{ mA}}{0.02 \text{ mA}} = 50$

   অতএব, ট্রানজিস্টরটির কারেন্ট গেইন $\beta$-এর মান ৫০।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের বর্তনীটি একটি সাধারণ নিঃসারক (Common Emitter - CE) অ্যাম্প্লিফায়ার বা বিবর্ধক বর্তনী। এই বর্তনীতে ইনপুট সংকেত বেস-ইমিটার সংযোগে প্রয়োগ করা হয়েছে এবং আউটপুট সংকেত কালেক্টর প্রান্ত হতে সংগৃহীত হয়েছে।

   ইনপুট সংকেতের সাপেক্ষে আউটপুট সংকেতের পরিবর্তন দুটি প্রধান বৈশিষ্ট্যের মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা যায়:

   ১. বিবর্ধন (Amplification): ইনপুট সিগনালের ক্ষুদ্র ভোল্টেজ পরিবর্তন বেস প্রবাহে পরিবর্তন ঘটায়, যা কালেক্টর কারেন্টে তুলনামূলক বহুগুণ বড় পরিবর্তন সৃষ্টি করে (যেহেতু $\beta = 50$)। ফলে সংগ্রাহক রোধ $R_C$-এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্টের পরিবর্তনের কারণে আউটপুটে একটি বিবর্ধিত সংকেত ($V_{out}$) পাওয়া যায়।

   ২. দশা বিপরীতকরণ (Phase Reversal): বর্তনীর সংগ্রাহক ভোল্টেজের সমীকরণ হলো, $V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$।

   • যখন ইনপুট এসি সংকেতের ধনাত্মক অর্ধ-চক্র আসে, তখন বেস কারেন্ট বৃদ্ধি পায় এবং ফলে সংগ্রাহক কারেন্ট $I_C$ বৃদ্ধি পায়। এতে $I_C R_C$ ড্রপ বেড়ে যাওয়ায় আউটপুট ভোল্টেজ $V_{CE}$ হ্রাস পায় (ঋণাত্মক অভিমুখী হয়)।
   • আবার, ইনপুট সংকেতের ঋণাত্মক অর্ধ-চক্রে বেস কারেন্ট ও সংগ্রাহক কারেন্ট $I_C$ হ্রাস পায়, ফলে আউটপুট ভোল্টেজ $V_{CE}$ বৃদ্ধি পায় (ধনাত্মক অভিমুখী হয়)।

   অতএব, সাধারণ নিঃসারক বিন্যাসের কারণে আউটপুট সিগনালটি ইনপুট সিগনালের তুলনায় বিবর্ধিত হয় এবং এদের মধ্যে ১৮০° ($180^\circ$) বা $\pi$ রেডিয়ানের দশা পার্থক্য (দশা বিপরীতমুখী) ঘটে।