ट्रांजिस्टर क्या होते हैं?

इस लेख में, हम इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के बहुत ही बुनियादी बिल्डिंग ब्लॉक्स - वैक्यूम ट्यूब और ट्रांजिस्टर पर ध्यान केंद्रित करने जा रहे हैं। हालांकि हमारा ध्यान ट्रांजिस्टर पर ज्यादा रहेगा।

Table of Contents

• इलेक्ट्रॉनिक्स के बिल्डिंग ब्लॉक्स
• ट्रांजिस्टर के प्रकार
• ट्रांजिस्टर का अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनिक्स के बिल्डिंग ब्लॉक्स

इलेक्ट्रॉनिक्स में हमें इलेक्ट्रॉनों के नियंत्रित प्रवाह की आवश्यकता होती है, यानी इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के माध्यम से करंट का नियंत्रित प्रवाह। ऐसे उपकरण जो हमें इस नियंत्रण की अनुमति दे सकते हैं, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के बुनियादी निर्माण खंड बनते हैं।

क्या आप ऐसे कुछ उपकरणों के नाम बता सकते हैं?

निर्वात पम्प ट्यूब (Vacuum Tubes)

इनका उपयोग प्रारंभिक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में किया जाता था। कहने की जरूरत नहीं है क़ि इनमें कई कमियां थीं, जैसे:

• वे भारी थे।
• वे बहुत अधिक शक्ति का उपभोग करते थे। हमें उन्हें संचालित करने के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता थी - तक़रीबन 100 V वोल्टेज।
• वे बहुत विश्वसनीय नहीं थे और उनका जीवनकाल बहुत सीमित था।

ट्रांजिस्टर (Transistors)

1930 के दशक में, वैज्ञानिकों ने पाया कि कुछ ठोस-अवस्था वाले अर्धचालक और उनके जंक्शन हमें निम्नलिखित की अनुमति देते हैं:

• उनके माध्यम से आवेश वाहकों की संख्या को नियंत्रित करना, और
• उन आवेश वाहकों के प्रवाह की दिशा को नियंत्रित करना।

अर्धचालक में गतिमान/मोबाइल चार्ज वाहकों की संख्या को प्रकाश, गर्मी या छोटे वोल्टेज जैसी सरल उत्तेजनाओं का उपयोग करके आसानी से बढ़ाया या घटाया जा सकता है।

यह आधुनिक सॉलिड-स्टेट सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स (solid-state semiconductor electronics) की शुरुआत थी।

उसके बाद, 1948 में ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया गया, और वे इलेक्ट्रॉनिक्स में एक क्रांति लाए। किसी ट्रांजिस्टर में, p-n जंक्शनों को श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है। इसमें तीन डोप्ड क्षेत्र (doped regions) होते हैं, जो उनके बीच दो p-n जंक्शन बनते हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

कई इलेक्ट्रॉनिक चीज़ों, जो हम अपने आस-पास देखते हैं, उदा. कंप्यूटर, कैलकुलेटर, आदि, को इन ट्रांजिस्टरों के बिना बनाना संभव नहीं होता।

वैक्यूम ट्यूबों के विपरीत जो अब उपयोग नहीं किए जाते हैं, हम अभी भी अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, टेलीविजन और कंप्यूटर मॉनीटर के पुराने संस्करणों में प्रयुक्त कैथोड रे ट्यूब (Cathode Ray Tubes, CRT) में वैक्यूम ट्यूब के सिद्धांत का उपयोग किया गया था। वे अब लगभग पूरी तरह से लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (Liquid Crystal Display, LCD) मॉनिटरों द्वारा प्रतिस्थापित किए जा चुके हैं, जिनमें सॉलिड-स्टेट सेमीकंडक्टर प्रयुक्त होते हैं। इसलिए, हम अपना अधिकांश ध्यान ट्रांजिस्टर पर केंद्रित करेंगे।

वैक्यूम ट्यूबों की तुलना में ट्रांजिस्टर के लाभ

• हम जानते हैं कि बिजली का संचालन करने के लिए हमें गतिमान/मोबाइल इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है। वैक्यूम ट्यूबों में, इन गतिमान इलेक्ट्रॉनों को एक गर्म कैथोड से प्राप्त किया जाता था और उन्हें एक खाली स्थान या वैक्यूम में प्रवाहित करा जाता था। इसलिए, हमें बाहरी हीटिंग तंत्र और एक बड़े खाली स्थान की आवश्यकता होती थी। जाहिर है, इस सब ने पूरे सेटअप को काफी भारी बना दिया। ट्रांजिस्टर के मामले में, इसकी आवश्यकता नहीं है - अर्धचालक द्वारा गतिमान इलेक्ट्रॉन प्रदान किए जाते हैं, और वे ठोस के भीतर ही प्रवाहित होते हैं। नतीजतन, वैक्यूम ट्यूब/वाल्व की तुलना में ट्रांजिस्टर आकार में छोटे होते हैं, कम बिजली की खपत करते हैं, और कम वोल्टेज पर काम करते हैं।
• ट्रांजिस्टर अधिक टिकाऊ होते हैं, यानी उनका जीवन लंबा होता है और इसलिए वे अधिक विश्वसनीय होते हैं। इसका एक मुख्य कारण यह है कि इनमें चलने वाले हिस्से कम होते हैं।

ट्रांजिस्टर के प्रकार

अर्धचालकों की व्यवस्था के आधार पर ट्रांजिस्टर दो प्रकार के होते हैं।

n-p-n ट्रांजिस्टर

इस प्रकार के ट्रांजिस्टर में, n-टाइप सेमीकंडक्टर्स (जिन्हें एमिटर/emitter और कलेक्टर/collector कहा जाता है) के बीच में p-टाइप सेमीकंडक्टर (जिसे बेस/base कहा जाता है) लगाया जाता है।

ऐसे कई तरीके हैं जिनसे n-p-n ट्रांजिस्टर को निरूपित किया जा सकता है:

p-n-p ट्रांजिस्टर

इस प्रकार के ट्रांजिस्टर में, p-टाइप सेमीकंडक्टर्स (जिन्हें एमिटर/emitter और कलेक्टर/collector कहा जाता है) के बीच में n-टाइप सेमीकंडक्टर (बेस/base) लगाया जाता है।

ऐसे कई तरीके हैं जिनसे p-n-p ट्रांजिस्टर को निरूपित किया जा सकता है:

किसी ट्रांजिस्टर के तीनों खंडों की मोटाई अलग-अलग होती है, और उनका डोपिंग स्तर भी अलग-अलग होता है।

ट्रांजिस्टर का अनुप्रयोग

आजकल लगभग सभी सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल डिवाइस, बाइपोलर (bipolar) या यूनिपोलर (unipolar) जंक्शन ट्रांजिस्टर से बनाए जाते हैं।

कुछ इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जो सीधे जंक्शन ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं, वे हैं पावर एम्पलीफायर (power amplifiers), वोल्टेज एम्पलीफायर (voltage amplifiers), ऑसिलेटर (oscillators), मॉड्यूलेटर (modulators), आदि।