পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্র (অধ্যায় ১০)

(ক) উত্তর: যে প্রক্রিয়ায় দিক পরিবর্তনকারী প্রবাহ বা এসি (AC) প্রবাহকে একমুখী প্রবাহ বা ডিসি (DC) প্রবাহে রূপান্তর করা হয়, তাকে রেকটিফিকেশন বা একমুখীকরণ বলে।

(খ) উত্তর: জেনার ডায়োডকে রিভার্স বায়েসে বা বিমুখী ঝোঁকে সংযোগ দেওয়া হয়। জেনার ডায়োডের বিশেষ বৈশিষ্ট্য হলো, ব্রেকডাউন ভোল্টেজে পৌঁছানোর পর এর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহের ব্যাপক পরিবর্তন হলেও এর দুই প্রান্তের বিভব পার্থক্য বা ভোল্টেজ স্থির থাকে। এই ধ্রুব ভোল্টেজ বৈশিষ্ট্যের কারণেই জেনার ডায়োডকে ভোল্টেজ স্ট্যাবিলাইজার হিসেবে ব্যবহার করা হয়।

(গ) উত্তর: ইনপুট শীর্ষ ভোল্টেজ, \( V_m = 12 \text{ V} \)।
ডায়োডের বাধা বা নি-ভোল্টেজ (Knee voltage), \( V_k = 0.7 \text{ V} \)।
লোড রোধ \( R_L = 100 \Omega \)।
কার্যকর ভোল্টেজ = \( V_m - V_k = 12 - 0.7 = 11.3 \text{ V} \)।
সর্বোচ্চ প্রবাহ, \( I_m = \frac{V_m - V_k}{R_L} = \frac{11.3}{100} = 0.113 \text{ A} = 113 \text{ mA} \)।

(ঘ) উত্তর: হাফ-ওয়েভ রেকটিফায়ারে ইনপুট এসি সিগন্যালের শুধু পজিটিভ অর্ধচক্র আউটপুটে পাওয়া যায়, নেগেটিভ অংশ বাদ যায়। ফলে বিদ্যুৎ প্রবাহ বিচ্ছিন্ন হয়।
ব্রিজ রেকটিফায়ারে পরিবর্তন:
১. পূর্ণ তরঙ্গ একমুখীকরণ হবে (পজিটিভ ও নেগেটিভ উভয় অর্ধচক্রেই কারেন্ট পাওয়া যাবে)।
২. রিপল ফ্রিকোয়েন্সি বা আউটপুট কম্পাঙ্ক দ্বিগুণ হবে। ইনপুট কম্পাঙ্ক \( f \) হলে হাফ ওয়েভে আউটপুট \( f \), কিন্তু ব্রিজ রেকটিফায়ারে আউটপুট \( 2f \) হবে।
৩. দক্ষতা (Efficiency) ৪০.৬% থেকে বেড়ে ৮১.২% হবে।

(ক) উত্তর: বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীর সাথে খুব সামান্য পরিমাণে ত্রিযোজী বা পঞ্চযোজী মৌলের অপদ্রব্য মেশানোর প্রক্রিয়াকে ডোপিং বলে। এর ফলে অর্ধপরিবাহীর বিদ্যুৎ পরিবাহিতা বহুগুণ বৃদ্ধি পায়।

(খ) উত্তর: বিপরীত ঝোঁকের ক্ষেত্রে p-টাইপ প্রান্তে ব্যাটারির ঋণাত্মক এবং n-টাইপ প্রান্তে ধনাত্মক বিভব প্রয়োগ করা হয়। এতে বিভব প্রাচীর বৃদ্ধি পায় এবং খুব সামান্য পরিমাণ লিকেজ কারেন্ট প্রবাহিত হয়। বিভব বাড়াতে থাকলে একটি নির্দিষ্ট মানে পৌঁছালে (ব্রেকডাউন ভোল্টেজ) সমযোজী বন্ধন ভেঙে হঠাৎ প্রচুর কারেন্ট প্রবাহিত হয়।

(গ) উত্তর: ১নং চিত্রের উপাত্ত হতে, \(I_E = 1.45 \text{ mA}\), \(I_C = 1.08 \text{ mA}\)।
প্রবাহ বিবর্ধন গুণক, \(\alpha = \frac{I_C}{I_E} = \frac{1.08}{1.45} \approx 0.745\)।

(ঘ) উত্তর: ১ম ক্ষেত্রে (চিত্র-১): \(\alpha = 0.745\)। প্রবাহ লাভ \(\beta_1 = \frac{\alpha}{1-\alpha} = \frac{0.745}{0.255} \approx 2.92\)।
২য় ক্ষেত্রে (চিত্র-২): দেওয়া আছে, \(\beta_2 = 10\)।
তুলনা: \(\beta_2 > \beta_1\)। যেহেতু ২য় বর্তনীর (কমন এমিটা) প্রবাহ লাভ ১ম বর্তনীর (কমন বেস) তুলনায় অনেক বেশি, তাই বিবর্ধক হিসেবে ২য় বর্তনীটি অধিক কার্যকরী।

(ক) উত্তর: ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট বা আইসি (IC) হলো একটি সিলিকন চিপের ওপর তৈরি সম্পূর্ণ ইলেকট্রনিক বর্তনী, যেখানে ট্রানজিস্টর, ডায়োড, রোধ, ক্যাপাসিটর ইত্যাদি উপাদানগুলো অত্যন্ত ক্ষুদ্রাকারে একসাথে সন্নিবেশিত থাকে।

(খ) উত্তর: কমন এমিটার (CE) কনফিগারেশন বা সাধারণ নিঃসারক বিন্যাস এমপ্লিফায়ার হিসেবে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয় কারণ এর কারেন্ট গেইন (\(\beta\)) এবং ভোল্টেজ গেইন উভয়ই উচ্চমানের। ফলে এর পাওয়ার গেইন বা ক্ষমতা লাভ অন্যান্য বিন্যাস (কমন বেস বা কমন কালেক্টর) এর চেয়ে সর্বাধিক হয়।

(গ) উত্তর: \( \Delta I_B = 100 \text{ \(\mu\)A} = 0.1 \text{ mA} \), \( \Delta I_C = 2.5 \text{ mA} \)।
\( \beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} = \frac{2.5}{0.1} = 25 \)।

(ঘ) উত্তর: সাধারণ পিঠ (CB) বিন্যাসে লাভ \( \alpha = \frac{\beta}{1+\beta} \)।
\( \alpha = \frac{25}{26} \approx 0.96 \)।
\( \beta \) এর মান ১ এর চেয়ে অনেক বেশি কিন্তু \( \alpha \) এর মান ১ এর চেয়ে কম। তাই CB বিন্যাসে প্রবাহ লাভ কম।

(ক) উত্তর: বিশুদ্ধ অর্ধপরিবাহীর কেলাসের সাথে সুনিয়ন্ত্রিতভাবে অতি সামান্য পরিমাণ উপযুক্ত অপদ্রব্য মিশিয়ে এর তড়িৎ পরিবাহিতা বৃদ্ধি করার প্রক্রিয়াকে ডোপিং বলে।

(খ) উত্তর: তাপমাত্রা বাড়লে অর্ধপরিবাহীর যোজন ব্যান্ড থেকে ইলেকট্রন শক্তি শোষণ করে পরিবহন ব্যান্ডে যায়। ফলে মুক্ত ইলেকট্রন ও হোলের সৃষ্টি হয় যা তড়িৎ পরিবহনে অংশ নেয়। তাই তাপমাত্রা বাড়লে অর্ধপরিবাহীর রোধ কমে এবং পরিবাহিতা বাড়ে।

(গ) উত্তর: প্রবাহ লাভ, \(\beta = 75\)।
প্রবাহ বিবর্ধন গুণক, \(\alpha = \frac{\beta}{1+\beta} = \frac{75}{76} \approx 0.987\)।

(ঘ) উত্তর: দেওয়া আছে, \(I_B = 30 \text{ mA}\), \(\beta = 75\), \(R_L = 100 \, \Omega\)।
সংগ্রাহক প্রবাহ, \(I_C = \beta I_B = 75 \times 30 = 2250 \text{ mA} = 2.25 \text{ A}\)।
আউটপুট বিভব, \(V_{out} = I_C \times R_L = 2.25 \times 100 = 225 \text{ V}\)।
যেহেতু \(225 \text{ V} > 220 \text{ V}\), তাই বাল্বটি সর্বাধিক উজ্জ্বলতায় জ্বলবে।

(ক) উত্তর: অর্ধপরিবাহীর কেলাসে কোনো সমযোজী বন্ধন ভেঙে ইলেকট্রন মুক্ত হলে সেখানে যে শূন্যস্থানের সৃষ্টি হয়, তাকে হোল (Hole) বলে। এটি ধনাত্মক চার্জ বাহক হিসেবে আচরণ করে।

(খ) উত্তর: ট্রানজিস্টর সক্রিয় বা অ্যাকটিভ মোডে থাকার অর্থ হলো এর এমিটার-বেস জংশন সম্মুখ ঝোঁকে (Forward Bias) এবং কালেক্টর-বেস জংশন বিমুখী ঝোঁকে (Reverse Bias) থাকা। এই অবস্থায় ট্রানজিস্টরটি একটি আদর্শ এমপ্লিফায়ার বা বিবর্ধক হিসেবে কাজ করে, অর্থাৎ ইনপুট সিগন্যালকে কোনো বিকৃতি ছাড়াই আউটপুটে বিবর্ধিত করে।

(গ) উত্তর: বিভব লাভ \( A_v = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{2}{0.02} = 100 \)।
আবার \( A_v = \beta \times \frac{R_L}{R_{in}} \Rightarrow 100 = \beta \times \frac{4000}{50} \)।
\( \beta = \frac{100 \times 50}{4000} = 1.25 \)।

(ঘ) উত্তর: কমন এমিটার এমপ্লিফায়ারে আউটপুট ও ইনপুটের মধ্যে \( 180^\circ \) দশা পার্থক্য থাকে। ইনপুট সিগন্যাল সাইন ওয়েভ হলে আউটপুটও সাইন ওয়েভ হবে কিন্তু সেটি উল্টে যাবে (বিপরীত দশায় থাকবে) এবং বিস্তারে ১০০ গুণ বড় হবে।

(ক) উত্তর: যে সকল পদার্থের তড়িৎ পরিবহন ক্ষমতা পরিবাহী ও অপরিবাহীর মাঝামাঝি এবং তাপমাত্রা বাড়লে যাদের পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়, তাদেরকে অর্ধপরিবাহী বলে।

(খ) উত্তর: ট্রানজিস্টরের বেস অঞ্চলটি অত্যন্ত পাতলা ও হালকা ডোপিং যুক্ত হতে হয়। কিন্তু দুটি পৃথক ডায়োড ব্যবহার করলে মাঝখানের সংযোগস্থল (বেস) অনেক পুরু হয়ে যায় এবং চার্জ ক্যারিয়ার প্রবাহ ঠিকমতো হয় না।

(গ) উত্তর: \(\Delta I_B = 28 - 8 = 20 \text{ mA} = 0.02 \text{ A}\)। \(\beta = 75\)।
\(\Delta I_C = \beta \times \Delta I_B = 75 \times 0.02 = 1.5 \text{ A}\)।
\(\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C = 0.02 + 1.5 = 1.52 \text{ A}\)।

(ঘ) উত্তর: \(\Delta V_{in} = 1.6 - 1.1 = 0.5 \text{ V}\)। \(R_{in} = \frac{0.5}{0.02} = 25 \, \Omega\)।
ক্ষমতা লাভ, \(A_p = \beta^2 \times \frac{R_L}{R_{in}} = (75)^2 \times \frac{150}{25} = 5625 \times 6 = 33,750\)।
যেহেতু \(33,750 < 35,000\), তাই সম্ভব নয়।

(ক) উত্তর: ডিকোডার হলো এমন একটি ডিজিটাল সমবায় বর্তনী যা কম্পিউটারের যান্ত্রিক ভাষাকে (বাইনারি কোড) মানুষের বোধগম্য ভাষায় রূপান্তর করে। এটি n-সংখ্যক ইনপুট থেকে সর্বাধিক \(2^n\) টি আউটপুট লাইন তৈরি করে।

(খ) উত্তর: বাইনারি যোগের নিয়মে, ০ + ১ = ১ এবং ১ + ০ = ১। কিন্তু ১ + ১ যোগ করলে দশমিক পদ্ধতিতে ২ হয়। বাইনারিতে ২ সংখ্যাটির কোনো অস্তিত্ব নেই, বাইনারিতে ২ এর সমতুল্য মান হলো '১০' (১ শূন্য)। তাই বাইনারি যোগে ১ + ১ = ১০ হয়, যেখানে ০ হলো যোগফল (Sum) এবং ১ হলো হাতে থাকা সংখ্যা (Carry)।

(গ) উত্তর: এটি XOR (Exclusive OR) গেট।
সত্যক সারণী: A, B একই হলে (0,0 বা 1,1) আউটপুট 0; ভিন্ন হলে (0,1 বা 1,0) আউটপুট 1।

(ঘ) উত্তর: মৌলিক গেট দ্বারা চিত্র আঁকতে হবে:
১. A থেকে NOT গেট দিয়ে \(\overline{A}\), B থেকে NOT গেট দিয়ে \(\overline{B}\)।
২. \(A\) এবং \(\overline{B}\) একটি AND গেটে।
৩. \(\overline{A}\) এবং \(B\) আরেকটি AND গেটে।
৪. দুটি AND গেটের আউটপুট একটি OR গেটে যুক্ত হবে।

(ক) উত্তর: p-n জংশন ডায়োডে p-অঞ্চল এবং n-অঞ্চলের সংযোগস্থলের উভয়পাশে নির্দিষ্ট পুরুত্বের যে অঞ্চলে কোনো মুক্ত আধান থাকে না, তাকে নিঃশেষিত স্তর বা Depletion Layer বলে।

(খ) উত্তর: ইলেকট্রনের সচলতা বা মোবিলিটি (mobility) হোলের চেয়ে অনেক বেশি। n-p-n ট্রানজিস্টরে সংখ্যাগুরু বাহক ইলেকট্রন হওয়ায় এটি p-n-p এর চেয়ে দ্রুত কাজ করে।

(গ) উত্তর: সমান্তরাল সুইচ OR গেটের কাজ করে।
সত্যক সারণি: 0,0->0; 0,1->1; 1,0->1; 1,1->1।

(ঘ) উত্তর: OR গেটের সাথে NOT গেট যুক্ত করলে NOR গেট তৈরি হয় (\(Y = \overline{A+B}\))।
NOR গেটের সত্যক সারণি: 0,0->1; 0,1->0; 1,0->0; 1,1->0। এটি একটি সর্বজনীন গেট।