Analog Electronics - Diode and Semiconductor Review

Flashcards covering semiconductor basics, PN junction theory, diode models, biasing, and numerical problems based on the Analog Electronics lecture transcript.

Electronics কী?

Engineering-এর যে শাখায় vacuum, gas বা semiconductor-এর ভেতর দিয়ে current conduction (পরিবহন) নিয়ন্ত্রণ করার উপায় নিয়ে আলোচনা করা হয়, তাকে Electronics বলে।

Energy band-এর ভিত্তিতে Insulator-এর বৈশিষ্ট্য কী?

Insulator-এর valence band পুরোপুরি ভর্তি এবং conduction band একদম খালি থাকে। এদের মাঝের forbidden energy gap প্রায় $15\, \text{eV}$, যা সাধারণ voltage দিয়ে পার হওয়া সম্ভব নয়।

Conductor এবং Semiconductor-এর forbidden energy gap-এর পরিমাণ কত?

Conductor-এ কোনো forbidden gap থাকে না (valence ও conduction band overlap করে)। Semiconductor-এ এই gap মাঝারি মানের, যা প্রায় $1\, \text{eV}$।

Intrinsic Semiconductor কী?

কোনো impurity বা ভেজাল না মেশানো একদম বিশুদ্ধ semiconductor-কে Intrinsic Semiconductor বলে (যেমন: বিশুদ্ধ Silicon crystal)।

Doping কী এবং এটি কেন করা হয়?

বিশুদ্ধ semiconductor-এর conductivity বা তড়িৎ পরিবাহিতা বৃদ্ধি করার জন্য ইচ্ছাকৃতভাবে অন্য কোনো atom (impurity) মেশানোর প্রক্রিয়াকে Doping বলে।

n-type material তৈরির জন্য কোন ধরণের impurity যোগ করা হয় এবং এর উদাহরণ কী?

n-type material তৈরির জন্য pentavalent (৫টি valence electron আছে এমন) impurity যোগ করা হয়। উদাহরণ: Antimony ($\text{Sb}$), Arsenic, Phosphorus।

p-type material তৈরির জন্য কোন ধরণের impurity যোগ করা হয় এবং এতে Acceptor Atom কাকে বলে?

p-type material তৈরির জন্য trivalent (৩টি valence electron আছে এমন) impurity যেমন Boron ($\text{B}$) যোগ করা হয়। এই impurity atom একটি electron গ্রহণ করতে পারে বলে একে Acceptor Atom বলে।

n-type এবং p-type semiconductor-এ Majority ও Minority charge carrier কারা?

n-type-এ Majority carrier হলো Electron এবং Minority carrier হলো Hole। p-type-এ Majority carrier হলো Hole এবং Minority carrier হলো Electron।

PN Junction-এ Depletion Region কীভাবে তৈরি হয়?

PN junction-এর সংযোগস্থলে diffusion-এর মাধ্যমে electron ও hole-এর recombination ঘটে। এর ফলে জংশনের আশেপাশে কোনো free carrier থাকে না এবং নিস্ক্রিয় fixed ion-এর কারণে Depletion Region ও electric field তৈরি হয়।

Ideal Diode-এর Short Circuit এবং Open Circuit আচরণ ব্যাখ্যা করো।

Ideal Diode যখন conduct করে (Forward bias) তখন এটি Short Circuit (resistance = $0$) হিসেবে কাজ করে, আর যখন conduct করে না (Reverse bias) তখন এটি Open Circuit (resistance = infinite, current = $0\, \text{A}$) হিসেবে কাজ করে।

Reverse Bias দিলে PN junction-এর Depletion Region-এর কী পরিবর্তন হয়?

Reverse Bias দিলে carrier-গুলো জংশন থেকে দূরে সরে যায়, ফলে Depletion Region আরও চওড়া (wide) হয় এবং খুব সামান্য (microampere মাত্রার) reverse saturation current ($I_s$) প্রবাহিত হয়।

Silicon (Si) এবং Germanium (Ge) diode-এর Turn-on / Knee voltage-এর মান কত?

Silicon (Si)-এর জন্য Knee voltage হলো $0.7\, \text{V}$ এবং Germanium (Ge)-এর জন্য Knee voltage হলো $0.3\, \text{V}$।

Doping-এর ফলে n-type ও p-type semiconductor-এর energy band diagram-এ কী নতুন level তৈরি হয়?

n-type-এ conduction band-এর ঠিক নিচে donor level তৈরি হয় এবং p-type-এ valence band-এর ঠিক উপরে acceptor level তৈরি হয়।

P-N junction-কে কেন Rectifier হিসেবে ব্যবহার করা হয়?

P-N junction একমুখী conduction বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে (Forward bias-এ current যেতে দেয় এবং Reverse bias-এ current ব্লক করে), তাই এটি AC signal-কে DC signal-এ রূপান্তর করার জন্য Rectifier হিসেবে ব্যবহৃত হয়।

একটি circuit-এ $8\, \text{V}$ source-এর সাথে Forward biased Silicon diode এবং $2.2\, \text{k}\Omega$ resistor series-এ যুক্ত থাকলে $I_R$ ও $V_R$ কত?

Silicon diode-এর drop $V_D = 0.7\, \text{V}$ হওয়ায়, $V_R = 8\, \text{V} - 0.7\, \text{V} = 7.3\, \text{V}$ এবং $I_R = \frac{7.3\, \text{V}}{2.2\, \text{k}\Omega} = 3.32\, \text{mA}$।

Silicon ও Germanium diode একই সাথে parallel-এ যুক্ত থাকলে কেন Germanium diode ON হয় এবং Silicon OFF থাকে?

Germanium-এর turn-on voltage ($0.3\, \text{V}$) আগে অর্জিত হওয়ায় node voltage $0.3\, \text{V}$-এ আটকে যায়। ফলে Silicon diode তার প্রয়োজনীয় $0.7\, \text{V}$ না পেয়ে OFF থেকে যায়।

একাধিক identical diode parallel-এ যুক্ত করার বাস্তব তাৎপর্য কী?

Parallel-এ যুক্ত করলে মোট current diode-গুলোর মধ্যে সমভাগে বিভক্ত হয়ে যায়, ফলে প্রতিটি diode কম current বহন করে এবং overheating থেকে রক্ষা পায়।

$E_1 = 10\, \text{V}$, $R_1 = 4.7\, \text{k}\Omega$, Forward biased Si diode, $R_2 = 2.2\, \text{k}\Omega$, এবং $E_2 = -5\, \text{V}$ বিশিষ্ট series loop-এ current $I$ কত?

Total EMF = $10\, \text{V} - (-5\, \text{V}) = 15\, \text{V}$। Diode-এর $0.7\, \text{V}$ drop বাদ দিলে, $I = \frac{15\, \text{V} - 0.7\, \text{V}}{4.7\, \text{k}\Omega + 2.2\, \text{k}\Omega} = \frac{14.3\, \text{V}}{6.9\, \text{k}\Omega} = 2.07\, \text{mA}$।