கணினி, தொலைபேசி, சூரிய மின்கலம், LED விளக்கு என நவீன உலகம் முழுவதும் இயங்குவது அரைக்கடத்திகளின் (semiconductors) உதவியுடனேயாகும். இவை கடத்தியும் அல்ல, காப்பானும் அல்ல. இந்த இடைப்பட்ட பண்பே மின்னணுவியலின் (electronics) அடித்தளமாக அமைகின்றது.
1. அரைக்கடத்தி வகைகள்
கடத்திக்கும் (conductor) காப்பானுக்கும் (insulator) இடைப்பட்ட கடத்துத்திறனைக் கொண்ட பொருள் அரைக்கடத்தி எனப்படும்; சிலிக்கனும் ஜெர்மானியமும் இதற்கு எடுத்துக்காட்டுகளாகும். வெப்பநிலை உயரும்போது அரைக்கடத்தியின் கடத்துத்திறன் அதிகரிக்கும்; இது உலோகங்களின் நடத்தைக்கு எதிர்மாறானது.
- தனித்த (intrinsic) வகை: தூய சிலிக்கன் போன்றது. இதில் இலத்திரன்-துளை (electron–hole) சோடிகள் உருவாகின்றன.
- n-வகை: 5-இணைதிறன் (pentavalent) மூலகமான பொஸ்பரசு (P) போன்றவற்றைக் கலப்பதால் கூடுதல் இலத்திரன்கள் கிடைக்கின்றன. இவையே எதிர் மின்னேற்றத்தைக் காவும் துணிக்கைகளாகும்.
- p-வகை: 3-இணைதிறன் (trivalent) மூலகமான போரன் (B) போன்றவற்றைக் கலப்பதால் கூடுதல் துளைகள் உருவாகின்றன. இவையே நேர் மின்னேற்றத்தைக் காவும் துணிக்கைகளாகச் செயற்படுகின்றன.
கலப்பேற்றம் (doping)
தூய அரைக்கடத்தியில் சிறிதளவு மாசைச் (impurity) சேர்த்து, அதன் கடத்துத்திறனை அதிகரிக்கும் முறை கலப்பேற்றம் (doping) எனப்படுகின்றது. இதன்படி n-வகையில் இலத்திரன்களும், p-வகையில் துளைகளும் பெரும்பான்மையாக இருக்கும்.
2. p-n சந்தி டையோடு (p-n junction diode)
p-வகையும் n-வகையும் இணையும் இடத்தில் இடைவிலக்குப் பகுதி (depletion region) உருவாகின்றது. இதன் காரணமாக டையோடு மின்னோட்டத்தை ஒரே திசையில் மட்டுமே கடத்துகின்றது.
- முன் சார்பு (forward bias): p-வகைக்கு நேர் முனையும் n-வகைக்கு எதிர் முனையும் இணைக்கப்படும். அப்போது தடை குறைவாக இருப்பதால் மின்னோட்டம் பாயும்; இதற்குச் சிலிக்கனுக்கு ஏறத்தாழ 0.7 V தேவைப்படும்.
- பின் சார்பு (reverse bias): p-வகைக்கு எதிர் முனையும் n-வகைக்கு நேர் முனையும் இணைக்கப்படும். அப்போது தடை மிக உயர்வாக இருப்பதால் மின்னோட்டம் கிட்டத்தட்ட பாயாது.
Diode
forward → conducts · reverse → blocksஇதனால் டையோடு ஒரு ஒரு வழி வால்வைப் (one-way valve) போலச் செயற்படுகின்றது. இதுவே திருத்தத்தின் (rectification) அடிப்படையாகும்.
தேர்வாளர் குறிப்பு
- வெப்பநிலை உயரும்போது உலோகத்தின் கடத்துத்திறன் குறையும்; அரைக்கடத்தியின் கடத்துத்திறன் கூடும்.
- n-வகையில் இலத்திரன்களும் p-வகையில் துளைகளும் பெரும்பான்மையாக இருக்கும்; ஆயினும் இரு வகைகளுமே மின்நடுநிலையானவை.
- கடப்பு மின்னழுத்தம் சிலிக்கன் டையோடுக்கு ஏறத்தாழ 0.7 V ஆகவும், ஜெர்மானியத்துக்கு ஏறத்தாழ 0.3 V ஆகவும் இருக்கும்.
3. தேர்வுப் பாணி வினா
வினா
n-வகை அரைக்கடத்தி எதிர் மின்னூட்டம் பெற்றதா?
விடையைக் காண்க
இல்லை — கலப்பு அணுக்களும் மின்நடுநிலையானவை. n-வகையில் இலத்திரன்கள் பெரும்பான்மைச் சுமை சுமப்போர் என்பதே; ஒட்டுமொத்தப் பொருள் மின்நடுநிலையே.
🎯 MCQ பயிற்சி — 20 கேள்விகள்
விடையைத் தெரிவுசெய்யவும் — பின்னர் ஒவ்வொரு விருப்பத்துக்கும் ஏன் சரி / தவறு எனும் விளக்கமும் ஆழமான விளக்கமும் (deep explanation) தோன்றும்.
Q1 / 20
★★★★★
அரைக்கடத்தியின் (semiconductor) மின் கடத்துத்திறன் கடத்திக்கும் காப்பானுக்கும் இடையில் — எடுத்துக்காட்டு?
(1) செம்பு / copper
அது கடத்தி.
(2) சிலிக்கான் (Si), ஜெர்மானியம் (Ge) / silicon (Si), germanium (Ge)
சரி.
(3) கண்ணாடி / glass
அது காப்பான்.
(4) ரப்பர் / rubber
அது காப்பான்.
(5) வெள்ளி / silver
அது கடத்தி.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): சிலிக்கான் & ஜெர்மானியம் = குழு-IV அரைக்கடத்திகள் (4 இணைதிறன் இலத்திரன்கள்). கடத்துத்திறன் கடத்திக்கும் காப்பானுக்கும் இடைப்பட்டது; வெப்பநிலை/மாசேற்றத்தால் கட்டுப்படுத்தலாம்.
Q2 / 20
★★★★★
வெப்பநிலை அதிகரிக்கையில் அரைக்கடத்தியின் மின்தடை?
(1) அதிகரிக்கும் / increases
அது உலோகம்.
(2) குறையும் / decreases
சரி — அதிக கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகள்.
(3) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(4) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
(5) எல்லையற்றது / infinite
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): வெப்பநிலை↑ → மேலும் இலத்திரன்கள் கடத்தற் கட்டத்துக்குத் தாவி அதிக கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகள் → மின்தடை குறையும் (உலோகத்துக்கு எதிர்மாறு; NTC). தெர்மிஸ்டருக்கு அடிப்படை.
Q3 / 20
★★★★★
n-வகை அரைக்கடத்தி உருவாக்க சிலிக்கானில் சேர்க்கப்படுவது?
(1) குழு-III (3 இலத்திரன்) / group-III (3 electrons)
அது p-வகை.
(2) குழு-V (5 இலத்திரன், உ-ம். பாஸ்பரஸ்) / group-V (5 electrons, e.g. phosphorus)
சரி — கூடுதல் இலத்திரன்.
(3) குழு-IV / group-IV
அது தூயது.
(4) மந்த வாயு / a noble gas
இல்லை.
(5) உலோகம் / a metal
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): குழு-V (P, As) 5 இணைதிறன் இலத்திரன்கள் — 4 பிணைப்பில், 1 கூடுதல் கட்டற்ற இலத்திரன் → n-வகை (எதிர்மறை சுமைக்கேற்பிகள் பெரும்பான்மை). கொடையாளர் (donor) மாசு.
Q4 / 20
★★★★★
p-வகை அரைக்கடத்தியில் பெரும்பான்மை சுமைக்கேற்பிகள்?
(1) இலத்திரன்கள் / electrons
அது n-வகை.
(2) துளைகள் (holes, நேர்மறை) / holes (positive)
சரி.
(3) புரோத்தன்கள் / protons
இல்லை.
(4) அயனிகள் / ions
இல்லை.
(5) நியூட்ரான்கள் / neutrons
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): குழு-III (B, Al) 3 இணைதிறன் இலத்திரன்கள் — ஒரு பிணைப்பு குறை → "துளை" (நேர்மறை சுமைக்கேற்பி). p-வகையில் துளைகள் பெரும்பான்மை. ஏற்பாளர் (acceptor) மாசு.
Q5 / 20
★★★★☆
தூய (intrinsic) அரைக்கடத்தியில் இலத்திரன் & துளை எண்ணிக்கை?
(1) இலத்திரன் அதிகம் / more electrons
n-வகை.
(2) சமம் / equal
சரி — சோடியாக உருவாகும்.
(3) துளை அதிகம் / more holes
p-வகை.
(4) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
(5) மாறும் / variable
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): தூய அரைக்கடத்தியில் வெப்ப ஆற்றல் இலத்திரன்-துளை சோடிகளை உருவாக்குவதால் n = p. மாசேற்றம் (doping) இவ்வமைப்பை மாற்றுகிறது.
Q6 / 20
★★★★☆
மாசேற்றம் (doping) எதைச் செய்கிறது?
(1) மின்தடையை அதிகரிக்கும் / increases resistance
எதிர்மாறு.
(2) கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அளவு மாசு சேர்த்து கடத்துத்திறனை வெகுவாக அதிகரிக்கும் / adds controlled impurity to greatly increase conductivity
சரி.
(3) பொருளை உருக்கும் / melts the material
இல்லை.
(4) நிறத்தை மாற்றும் / changes the colour
இல்லை.
(5) காந்தமாக்கும் / magnetises it
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): மாசேற்றம் = தூய அரைக்கடத்தியில் சிறிதளவு குழு-III/V அணுக்களைச் சேர்த்து கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகளை வெகுவாகக் கூட்டி கடத்துத்திறனை அதிகரித்தல் (n அல்லது p-வகை).
Q7 / 20
★★★★★
p-n சந்தியில் (junction) குறையழிந்த பகுதி (depletion region) என்பது?
(1) அதிக சுமைக்கேற்பிகள் / many carriers
எதிர்மாறு.
(2) கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகள் இல்லாத, அயனிகள் மட்டுமுள்ள பகுதி / no free carriers, only fixed ions
சரி.
(3) உலோகம் / metal
இல்லை.
(4) காப்பான் இல்லை / no insulation
இல்லை.
(5) மின்னோட்டம் அதிகம் / high current
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): சந்தியில் இலத்திரன்கள்-துளைகள் மீளிணைந்து கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகள் இல்லாத, நிலையான அயனிகள் மட்டுமுள்ள "குறையழிந்த பகுதி" உருவாகி, ஒரு உள் தடை மின்னழுத்தத்தை (≈0.7 V Si) ஏற்படுத்துகிறது.
Q8 / 20
★★★★☆
ஒரு டயோடு (diode) என்பது?
(1) இரு p-n சந்திகள் / two p-n junctions
அது டிரான்சிஸ்டர்.
(2) ஒரு p-n சந்தி / a single p-n junction
சரி.
(3) மூன்று அடுக்குகள் / three layers
அது டிரான்சிஸ்டர்.
(4) ஒரு உலோகம் / a metal
இல்லை.
(5) ஒரு மின்தேக்கி / a capacitor
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): டயோடு = ஒரு p-n சந்தி; மின்னோட்டத்தை ஒரு திசையில் மட்டும் (முன்னோக்கு சார்பு) கடத்தும், எதிர் திசையில் தடுக்கும்.
Q9 / 20
★★★★☆
ஒரு டயோடு முன்னோக்கு சார்பில் (forward bias) எப்போது கடத்தத் தொடங்கும் (Si)?
(1) 0 V
தடை உண்டு.
(2) 0.7 V
சரி — ≈0.7 V Si.
(3) 5 V
தவறு.
(4) 12 V
தவறு.
(5) 0.3 V
அது Ge.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): சிலிக்கான் டயோடு ≈0.7 V (ஜெர்மானியம் ≈0.3 V) முன்னோக்கு மின்னழுத்தத்தைக் கடந்தால் மட்டுமே குறையழிந்த தடையைத் தாண்டி கடத்தும்.
Q10 / 20
★★★★☆
எதிர்நோக்கு சார்பில் (reverse bias) டயோடு வழியே மின்னோட்டம்?
(1) பெரியது / large
இல்லை.
(2) மிகச் சிறிது (≈0, கசிவு) / very small (≈0, leakage)
சரி.
(3) எல்லையற்றது / infinite
இல்லை.
(4) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(5) எதிர்மறை அதிகம் / large negative
முறிவு வரை அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): எதிர்நோக்கு சார்பு குறையழிந்த பகுதியை விரிவாக்கி மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கிறது; மிகச் சிறிய கசிவு மின்னோட்டமே பாயும் (முறிவு மின்னழுத்தம் வரை).
Q11 / 20
★★★★☆
தெர்மிஸ்டர் (thermistor) எதற்குப் பயன்படுகிறது?
(1) ஒளி / light
அது LDR.
(2) வெப்பநிலை / temperature
சரி.
(3) அழுத்தம் / pressure
இல்லை.
(4) ஒலி / sound
இல்லை.
(5) காந்தப் புலம் / magnetic field
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): தெர்மிஸ்டர் = வெப்பநிலையுடன் மின்தடை மாறும் அரைக்கடத்தி (பெரும்பாலும் NTC: வெப்பம்↑ → R↓). வெப்ப உணரும் சுற்றுகளில் பயன்படும்.
Q12 / 20
★★★★☆
ஒளி-சார் மின்தடை (LDR) — ஒளி அதிகரிக்கையில் மின்தடை?
(1) அதிகரிக்கும் / increases
எதிர்மாறு.
(2) குறையும் / decreases
சரி — அதிக ஒளி → அதிக சுமைக்கேற்பி.
(3) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(4) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
(5) எல்லையற்றது / infinite
இருளில்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): LDR: அதிக ஒளி → அதிக இலத்திரன்-துளை சோடிகள் விடுவிக்கப்பட்டு கடத்துத்திறன்↑ → மின்தடை↓. இருளில் மின்தடை அதிகம்.
Q13 / 20
★★★☆☆
ஒரு உலோகக் கடத்தியில் வெப்பநிலை↑ → மின்தடை?
(1) குறையும் / decreases
அது அரைக்கடத்தி.
(2) அதிகரிக்கும் / increases
சரி — அதிக அதிர்வு/மோதல்.
(3) மாறாது / unchanged
இல்லை.
(4) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
(5) இரட்டிப்பு / doubles
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): உலோகம்: வெப்பநிலை↑ → அயனி அதிர்வு↑ → இலத்திரன் மோதல்↑ → மின்தடை↑ (அரைக்கடத்திக்கு எதிர்மாறு).
Q14 / 20
★★★★☆
n-வகை அரைக்கடத்தியின் மொத்த மின்னூட்டம்?
(1) நேர்மறை / positive
இல்லை.
(2) நடுநிலை (பூஜ்ஜியம்) / neutral (zero)
சரி.
(3) எதிர்மறை / negative
கூடுதல் இலத்திரன் இருந்தாலும்.
(4) மாறும் / variable
இல்லை.
(5) எல்லையற்றது / infinite
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): n-வகையில் கூடுதல் கட்டற்ற இலத்திரன்கள் இருந்தாலும், கொடையாளர் அணுக்களின் நேர் அயனிகள் சமன் செய்வதால் மொத்தம் நடுநிலை. (சுமைக்கேற்பி வகை மட்டுமே மாறுகிறது.)
Q15 / 20
★★★☆☆
குறையழிந்த பகுதியின் தடை மின்னழுத்தம் (barrier) Si-இல்?
(1) 0.3 V
அது Ge.
(2) 0.7 V
சரி — ≈0.7 V Si.
(3) 1.5 V
இல்லை.
(4) 5 V
இல்லை.
(5) 0 V
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): சிலிக்கான் ≈0.7 V, ஜெர்மானியம் ≈0.3 V; முன்னோக்கு சார்பு இந்தத் தடையைக் கடந்தால் மட்டுமே கடத்தும்.
Q16 / 20
★★★☆☆
அரைக்கடத்தியில் கடத்தற் கட்டத்துக்கும் (conduction) இணைதிறன் கட்டத்துக்கும் (valence) இடையிலான இடைவெளி (band gap)?
(1) மிகப் பெரியது (காப்பான் போல்) / very large (like insulator)
அது காப்பான்.
(2) சிறியது (வெப்பத்தால் தாவலாம்) / small (electrons can jump thermally)
சரி.
(3) பூஜ்ஜியம் (கடத்தி போல்) / zero (like conductor)
அது உலோகம்.
(4) எதிர்மறை / negative
இல்லை.
(5) எல்லையற்றது / infinite
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): அரைக்கடத்தி: சிறிய பட்டை இடைவெளி (Si ≈1.1 eV) → வெப்ப ஆற்றலால் இலத்திரன்கள் கடத்தற் கட்டத்துக்குத் தாவலாம். காப்பான்: பெரிய இடைவெளி; உலோகம்: இடைவெளி இல்லை/மேற்பொருந்தும்.
Q17 / 20
★★★★☆
ஒளி உமிழ் டயோடு (LED) எப்போது ஒளி தருகிறது?
(1) எதிர்நோக்கு சார்பில் / reverse biased
கடத்தாது.
(2) முன்னோக்கு சார்பில் இலத்திரன்-துளை மீளிணையும்போது / forward biased, as electrons and holes recombine
சரி.
(3) சூடாகும்போது / when heated
இல்லை.
(4) காந்தப் புலத்தில் / in a magnetic field
இல்லை.
(5) எப்போதும் / always
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): LED முன்னோக்கு சார்பில் கடத்தும்போது இலத்திரன்-துளை மீளிணைந்து ஆற்றலை ஒளியாக (போட்டான்) வெளியிடுகிறது; நிறம் பட்டை இடைவெளியைச் சார்ந்தது.
Q18 / 20
★★★☆☆
சீனர் டயோடு (Zener diode) எங்கு செயல்படுகிறது?
(1) முன்னோக்கு மட்டும் / forward only
சாதாரண டயோடு போல்.
(2) எதிர்நோக்கு முறிவில் (மின்னழுத்த ஒழுங்குபடுத்தல்) / reverse breakdown (voltage regulation)
சரி.
(3) எந்தச் சார்பும் இல்லை / no bias
இல்லை.
(4) அதிக வெப்பம் / high heat
இல்லை.
(5) காந்தப் புலம் / magnetic field
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): சீனர் டயோடு எதிர்நோக்கு முறிவு மின்னழுத்தத்தில் நிலையான மின்னழுத்தத்தைத் தக்கவைக்கிறது → மின்னழுத்த ஒழுங்குபடுத்தியாக (regulator) பயன்படும்.
Q19 / 20
★★★☆☆
அரைக்கடத்தியில் மொத்த மின்னோட்டம் = இலத்திரன் மின்னோட்டம் + ?
(1) அயனி மின்னோட்டம் / ion current
இல்லை.
(2) துளை மின்னோட்டம் / hole current
சரி.
(3) புரோத்தன் மின்னோட்டம் / proton current
இல்லை.
(4) பூஜ்ஜியம் / zero
இல்லை.
(5) நியூட்ரான் / neutron
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): அரைக்கடத்தியில் இரு வகை சுமைக்கேற்பிகள் பங்கேற்கின்றன: இலத்திரன்கள் (கடத்தற் கட்டத்தில்) + துளைகள் (இணைதிறன் கட்டத்தில்). I = I_e + I_h.
Q20 / 20
★★★☆☆
LDR-ஐ ஒரு மின்னழுத்தப் பிரிப்பானில் பயன்படுத்தி எதைச் செய்யலாம்?
(1) வெப்பமானி / thermometer
அது தெர்மிஸ்டர்.
(2) தானியங்கி இருள்-உணர் விளக்குச் சுற்று / automatic dark-sensing light circuit
சரி.
(3) மின்மாற்றி / transformer
இல்லை.
(4) மோட்டார் / motor
இல்லை.
(5) அலைவாங்கி / oscillator
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): LDR + பிரிப்பான்: இருளில் LDR தடை↑ → வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் மாறி டிரான்சிஸ்டர்/ரிலேயை இயக்கி தெருவிளக்கைத் தானாக ஏற்றும்.
📝 கட்டமைக்கப்பட்ட வினாக்கள் — 3
கட்டமைப்பு வினா 1
8 புள்ளி
அரைக்கடத்திகள் & மாசேற்றம்.
(a) தூய (intrinsic) அரைக்கடத்தியில் மின் கடத்தல் எவ்வாறு நிகழ்கிறது எனக் கூறுக.
விடை
வெப்ப ஆற்றல் சில இணைதிறன் இலத்திரன்களை விடுவித்து இலத்திரன்-துளை சோடிகளை உருவாக்குகிறது; கட்டற்ற இலத்திரன்களும் (எதிர்மறை) துளைகளும் (நேர்மறை) மின்னோட்டத்தைக் கடத்துகின்றன. n = p.
(b) n-வகை & p-வகை எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகின்றன, பெரும்பான்மை சுமைக்கேற்பி யாது எனக் கூறுக.
விடை
n-வகை: குழு-V (P) மாசேற்றம் → கூடுதல் இலத்திரன்கள் → பெரும்பான்மை இலத்திரன்கள். p-வகை: குழு-III (B) மாசேற்றம் → துளைகள் → பெரும்பான்மை துளைகள். இரண்டும் மொத்தம் நடுநிலை.
கட்டமைப்பு வினா 2
6 புள்ளி
p-n சந்தி டயோடு.
(a) குறையழிந்த பகுதி (depletion region) எவ்வாறு உருவாகிறது எனக் கூறுக.
விடை
சந்தியில் n-பக்க இலத்திரன்கள் p-பக்கம் பரவி துளைகளுடன் மீளிணைகின்றன; கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகள் இல்லாமல், நிலையான அயனிகள் மட்டுமுள்ள பகுதி உருவாகி ஒரு உள் தடை மின்னழுத்தம் (≈0.7 V Si) ஏற்படுகிறது.
(b) முன்னோக்கு & எதிர்நோக்கு சார்பின் விளைவைக் கூறுக.
விடை
முன்னோக்கு: தடையைக் குறைத்து (>0.7 V) பெரிய மின்னோட்டம் கடத்தும். எதிர்நோக்கு: தடையை விரிவாக்கி மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கும் (சிறு கசிவு மட்டும்).
கட்டமைப்பு வினா 3
5 புள்ளி
வெப்பநிலை சார்பு.
(a) அரைக்கடத்தியின் & உலோகத்தின் மின்தடை வெப்பநிலையுடன் எவ்வாறு மாறுகின்றன, ஏன் எனக் கூறுக.
விடை
அரைக்கடத்தி: வெப்பநிலை↑ → அதிக இலத்திரன்-துளை சோடிகள் → சுமைக்கேற்பிகள்↑ → R↓ (NTC). உலோகம்: வெப்பநிலை↑ → அயனி அதிர்வு↑ → இலத்திரன் மோதல்↑ → R↑.
(b) தெர்மிஸ்டர் இக்குணத்தை எவ்வாறு பயன்படுத்துகிறது எனக் கூறுக.
விடை
தெர்மிஸ்டர் (NTC) வெப்பம்↑ → R↓; ஒரு பிரிப்பானில் வைத்தால் வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் வெப்பநிலையுடன் மாறி, தீ-அலாரம்/வெப்பக் கட்டுப்பாட்டுச் சுற்றை இயக்கும்.
✍️ கட்டுரை வினாக்கள் — 4
கட்டுரை வினா 1
10 புள்ளி
(a) கடத்தி, அரைக்கடத்தி, காப்பான் ஆகியவற்றை பட்டை இடைவெளி (band gap) கொண்டு வேறுபடுத்துக. (b) தூய அரைக்கடத்தியில் இலத்திரன் & துளை கடத்தலை விளக்குக. (c) வெப்பநிலை அரைக்கடத்தியின் கடத்துத்திறனை எவ்வாறு பாதிக்கிறது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) கடத்தி: இணைதிறன்-கடத்தற் கட்டங்கள் மேற்பொருந்தும் (இடைவெளி ≈0) → எப்போதும் கடத்தும். அரைக்கடத்தி: சிறிய இடைவெளி (Si ≈1.1 eV) → வெப்பத்தால் இலத்திரன்கள் தாவலாம். காப்பான்: பெரிய இடைவெளி → கடத்தாது.
(b) வெப்ப ஆற்றல் இணைதிறன் இலத்திரன்களை விடுவித்து கடத்தற் கட்டத்துக்குத் தாவச் செய்கிறது (கட்டற்ற இலத்திரன்) — பின்னால் ஒரு "துளை" (நேர்மறை) எஞ்சுகிறது. இரண்டும் எதிர் திசையில் நகர்ந்து மின்னோட்டம்.
(c) வெப்பநிலை↑ → மேலும் இலத்திரன்-துளை சோடிகள் → சுமைக்கேற்பிகள்↑ → கடத்துத்திறன்↑ (மின்தடை↓, NTC) — உலோகத்துக்கு எதிர்மாறு.
(b) வெப்ப ஆற்றல் இணைதிறன் இலத்திரன்களை விடுவித்து கடத்தற் கட்டத்துக்குத் தாவச் செய்கிறது (கட்டற்ற இலத்திரன்) — பின்னால் ஒரு "துளை" (நேர்மறை) எஞ்சுகிறது. இரண்டும் எதிர் திசையில் நகர்ந்து மின்னோட்டம்.
(c) வெப்பநிலை↑ → மேலும் இலத்திரன்-துளை சோடிகள் → சுமைக்கேற்பிகள்↑ → கடத்துத்திறன்↑ (மின்தடை↓, NTC) — உலோகத்துக்கு எதிர்மாறு.
கட்டுரை வினா 2
10 புள்ளி
(a) மாசேற்றம் (doping) என்றால் என்ன, n-வகை & p-வகை எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகின்றன எனக் கூறுக. (b) ஒவ்வொன்றிலும் பெரும்பான்மை/சிறுபான்மை சுமைக்கேற்பிகள் என்ன? (c) மாசேற்றப்பட்ட அரைக்கடத்தி ஏன் மொத்தம் நடுநிலை எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) மாசேற்றம் = தூய Si-இல் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அளவு மாசு சேர்த்து கடத்துத்திறனை அதிகரித்தல். n-வகை: குழு-V (P, 5 இலத்திரன்) → கூடுதல் கட்டற்ற இலத்திரன். p-வகை: குழு-III (B, 3 இலத்திரன்) → துளை.
(b) n-வகை: பெரும்பான்மை இலத்திரன், சிறுபான்மை துளை. p-வகை: பெரும்பான்மை துளை, சிறுபான்மை இலத்திரன்.
(c) ஒவ்வொரு மாசு அணுவும் (கொடையாளர்/ஏற்பாளர்) நடுநிலையானது; கூடுதல் சுமைக்கேற்பியை அதன் சொந்த அயனி (நேர்/எதிர்) சமன் செய்கிறது → மொத்த மின்னூட்டம் பூஜ்ஜியம். வகை மட்டுமே மாறுகிறது.
(b) n-வகை: பெரும்பான்மை இலத்திரன், சிறுபான்மை துளை. p-வகை: பெரும்பான்மை துளை, சிறுபான்மை இலத்திரன்.
(c) ஒவ்வொரு மாசு அணுவும் (கொடையாளர்/ஏற்பாளர்) நடுநிலையானது; கூடுதல் சுமைக்கேற்பியை அதன் சொந்த அயனி (நேர்/எதிர்) சமன் செய்கிறது → மொத்த மின்னூட்டம் பூஜ்ஜியம். வகை மட்டுமே மாறுகிறது.
கட்டுரை வினா 3
10 புள்ளி
(a) p-n சந்தியில் குறையழிந்த பகுதியும் தடை மின்னழுத்தமும் எவ்வாறு உருவாகின்றன எனக் கூறுக. (b) முன்னோக்கு & எதிர்நோக்கு சார்பில் டயோடு செயல்பாட்டை விளக்குக. (c) ஒரு டயோடின் I–V பண்பு வரைபடத்தை விவரித்து, அது ஏன் ஒரு-திசைக் கடத்தி எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) சந்தியில் n-பக்க இலத்திரன்கள் p-பக்கம் பரவி துளைகளுடன் மீளிணைந்து, கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகள் இல்லாத, நிலையான அயனிகள் (n பக்கம் நேர், p பக்கம் எதிர்) மட்டுமுள்ள "குறையழிந்த பகுதி" உருவாகி உள் தடை மின்னழுத்தம் (≈0.7 V Si) ஏற்படுகிறது.
(b) முன்னோக்கு (p→+): தடை குறைந்து >0.7 V-இல் பெரிய மின்னோட்டம் கடத்தும். எதிர்நோக்கு (p→−): குறையழிந்த பகுதி விரிந்து மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கும் (சிறு கசிவு மட்டும்).
(c) I–V வரைபடம்: முன்னோக்கில் 0.7 V-க்குப் பிறகு மின்னோட்டம் விரைவாக ஏறும்; எதிர்நோக்கில் ≈0 (முறிவு வரை). ஒரு திசையில் மட்டும் கடத்துவதால் ஒரு-திசைக் கடத்தி → நேராக்கிக்கு (rectifier) பயன்படும்.
(b) முன்னோக்கு (p→+): தடை குறைந்து >0.7 V-இல் பெரிய மின்னோட்டம் கடத்தும். எதிர்நோக்கு (p→−): குறையழிந்த பகுதி விரிந்து மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கும் (சிறு கசிவு மட்டும்).
(c) I–V வரைபடம்: முன்னோக்கில் 0.7 V-க்குப் பிறகு மின்னோட்டம் விரைவாக ஏறும்; எதிர்நோக்கில் ≈0 (முறிவு வரை). ஒரு திசையில் மட்டும் கடத்துவதால் ஒரு-திசைக் கடத்தி → நேராக்கிக்கு (rectifier) பயன்படும்.
கட்டுரை வினா 4
10 புள்ளி
(a) தெர்மிஸ்டர் & LDR-இன் செயல்பாட்டைக் கூறுக. (b) ஒரு LDR-ஐ மின்னழுத்தப் பிரிப்பானில் பயன்படுத்தி தானியங்கி தெருவிளக்குச் சுற்றை எவ்வாறு அமைக்கலாம் எனக் கூறுக. (c) LED ஒளி தருவதன் கொள்கையைக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) தெர்மிஸ்டர் (NTC): வெப்பம்↑ → R↓. LDR: ஒளி↑ → R↓ (அதிக சுமைக்கேற்பி). இரண்டும் அரைக்கடத்தி உணரிகள்.
(b) LDR-ஐ ஒரு பிரிப்பானில் வைக்க: இருளில் LDR தடை↑ → வெளியீட்டு மின்னழுத்தம்↑ → இது டிரான்சிஸ்டர்/ரிலேயை இயக்கி விளக்கை ஏற்றும். பகலில் LDR தடை↓ → வெளியீடு↓ → விளக்கு அணையும்.
(c) LED முன்னோக்கு சார்பில் கடத்தும்போது, கடத்தற் கட்ட இலத்திரன்கள் துளைகளுடன் மீளிணைந்து பட்டை இடைவெளிக்குச் சமமான ஆற்றலை ஒளியாக (போட்டான்) வெளியிடுகின்றன; நிறம் பட்டை இடைவெளியைச் சார்ந்தது.
(b) LDR-ஐ ஒரு பிரிப்பானில் வைக்க: இருளில் LDR தடை↑ → வெளியீட்டு மின்னழுத்தம்↑ → இது டிரான்சிஸ்டர்/ரிலேயை இயக்கி விளக்கை ஏற்றும். பகலில் LDR தடை↓ → வெளியீடு↓ → விளக்கு அணையும்.
(c) LED முன்னோக்கு சார்பில் கடத்தும்போது, கடத்தற் கட்ட இலத்திரன்கள் துளைகளுடன் மீளிணைந்து பட்டை இடைவெளிக்குச் சமமான ஆற்றலை ஒளியாக (போட்டான்) வெளியிடுகின்றன; நிறம் பட்டை இடைவெளியைச் சார்ந்தது.