Experiment No.: 3 P-N जंक्शन डायोड के अभिलक्षणों (Characteristics) का अध्ययन
1. उद्देश्य (Objective)
P-N जंक्शन डायोड के फॉरवर्ड बायस (Forward Bias) और रिवर्स बायस (Reverse Bias) कार्यप्रणाली का अध्ययन करना और इसका V-I (वोल्टेज-करंट) ग्राफ खींचना।
2. आवश्यक उपकरण (Apparatus Required)
- P-N जंक्शन डायोड: (जैसे IN4007 सिलिकॉन डायोड)
- वैरिएबल DC पावर सप्लाई: (0-30V)
- वोल्टमीटर: (0-2V फॉरवर्ड के लिए, 0-30V रिवर्स के लिए)
- अमीटर: (0-50mA फॉरवर्ड के लिए, 0-100µA रिवर्स के लिए)
- प्रतिरोध (Resistor): (1k$\Omega$ करंट को सीमित करने के लिए)
- ब्रेडबोर्ड और कनेक्टिंग वायर्स
3. सिद्धांत (Theory)
जब P-टाइप सेमीकंडक्टर को N-टाइप सेमीकंडक्टर के साथ जोड़ा जाता है, तो P-N जंक्शन बनता है।
- फॉरवर्ड बायस: जब P-सिरे को बैटरी के पॉजिटिव (+) और N-सिरे को नेगेटिव (-) से जोड़ा जाता है। इसमें करंट तब बहता है जब वोल्टेज नी वोल्टेज (Knee Voltage) (सिलिकॉन के लिए 0.7V) से अधिक हो जाता है।
- रिवर्स बायस: जब P-सिरे को नेगेटिव (-) और N-सिरे को पॉजिटिव (+) से जोड़ा जाता है। इसमें करंट बहुत कम (नगण्य) बहता है, जिसे लीकेज करंट कहते हैं।
4. सर्किट आरेख (Circuit Diagram)
- फॉरवर्ड बायस: डायोड का एनोड (+) सप्लाई के (+) से और कैथोड (-) अमीटर के माध्यम से सप्लाई के (-) से जुड़ा होता है।
- रिवर्स बायस: डायोड के टर्मिनल्स को सप्लाई के विपरीत दिशा में जोड़ा जाता है।
5. कार्य विधि (Procedure)
फॉरवर्ड बायस के लिए:
- सर्किट को आरेख के अनुसार जोड़ें।
- इनपुट वोल्टेज को धीरे-धीरे $0.1V के स्टेप्स में बढ़ाएं।
- हर स्टेप पर वोल्टमीटर (V_f) और अमीटर (I_f) की रीडिंग नोट करें।
- ध्यान दें कि 0.7V के बाद करंट तेजी से बढ़ना शुरू होगा।
रिवर्स बायस के लिए:
- डायोड के कनेक्शन बदल दें (उल्टा कर दें)।
- वोल्टेज को 1V या 2V के स्टेप्स में बढ़ाएं।
- माइक्रो-अमीटर (mu A) में करंट की रीडिंग नोट करें।
6. प्रेक्षण तालिका (Observation Table – Sample)
तालिका 1: फॉरवर्ड बायस (Forward Bias)
| वोल्टेज (Vf) वोल्ट में | करंट (If) mA में |
| 0.0 | 0.0 |
| 0.2 | 0.0 |
| 0.4 | 0.3 |
| 0.6 | 2.5 |
| 0.7 (Knee) | 12.0 |
| 0.8 | 30.0 |
तालिका 2: रिवर्स बायस (Reverse Bias)
| वोल्टेज (Vr) वोल्ट में | करंट (Ir) μA में |
| 0 | 0 |
| 5 | 0.5 |
| 10 | 1.2 |
| 20 | 2.5 |
| 30 | 4.0 |
7. V-I अभिलक्षण वक्र (Graph)
ग्राफ पेपर पर X-अक्ष पर वोल्टेज और Y-अक्ष पर करंट को प्रदर्शित करें।
- प्रथम चतुर्थांश (1st Quadrant) में फॉरवर्ड बायस कर्व बनेगा।
- तृतीय चतुर्थांश (3rd Quadrant) में रिवर्स बायस कर्व बनेगा।
8. परिणाम (Result)
- P-N जंक्शन डायोड का V-I ग्राफ सफलतापूर्वक खींचा गया।
- सिलिकॉन डायोड के लिए Knee Voltage लगभग 0.7V प्राप्त हुआ।
- यह सिद्ध हुआ कि डायोड केवल एक दिशा (फॉरवर्ड) में करंट को आसानी से प्रवाहित होने देता है।
9. सावधानियां (Precautions)
- सर्किट के सभी कनेक्शन कसे (tight) होने चाहिए।
- डायोड की निर्धारित करंट क्षमता से अधिक करंट प्रवाहित न करें (हमेशा सीरीज रेजिस्टेंस लगाएं)।
- फॉरवर्ड बायस में वोल्टेज को बहुत सावधानी से धीरे-धीरे बढ़ाएं।
