ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ/ಡಯೋಡ್ ಕವಾಟ

ಡಯೋಡ್ ಕವಾಟ - ಒಂದು ಆ್ಯನೋಡ್ ಮತ್ತು ಒಂದು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಇರುವ ಗಾಜಿನ ನಿರ್ವಾತ ಬುರುಡೆ (ಡಯೋಡ್ ವಾಲ್ಟ್). ಇದನ್ನು ಉಷ್ಣಾಯಾನಿಕ ಕವಾಟವೆಂದೂ ಕರೆಯುವುದಿದೆ. ಇಂಗ್ಲಿಷ್ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿ ಸರ್ ಜಾನ್ ಆಂಬ್ರೋಸ್. ಫ್ಲೆಮಿಂಗ್ (1849-1945) ಎಂಬಾತ ಇದನ್ನು ಮೊದಲಿಗೆ (1940) ಉಪಜ್ಞಿಸಿದ. ವಿದ್ಯುತ್ ತಾಪಕವೊಂದರಿಂದ (ಹೀಟರ್) ಕಾದ ತಂತುವಿನ (ಫಿಲಮೆಂಟ್) ಸಮೀಪ ಒಂದು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಇರುತ್ತದೆ. ಈ ಕ್ಯಾಥೋಡಿನ ಬಳಿ ಒಂದು ಫಲಕ (ಪ್ಲೇಟ್) ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡನ್ನು ಇರಿಸಿ, ಸೂಕ್ತ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳ ನೆರವನ್ನು ಪಡೆದು ಕ್ಯಾಥೋಡಿನಿಂದ ಫಲಕದೆಡೆಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹವನ್ನು (ಕರೆಂಟ್) ಹರಿಸಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಫ್ಲೆಮಿಂಗ್ ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟ. ಹೀಗಾಗಿ ಕೇವಲ ಎರಡೇ ಕವಾಟಗಳಿದ್ದು ಅವುಗಳ ನಡುವೆ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಇಲ್ಲವೆ ಬಹುಪಾಲು ಒಂದೇ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿ ಸಾಗ ಬಿಡುವ ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನವನ್ನು ಡಯೋಡ್ ಎಂದು ಕರೆಯುವುದು ರೂಢಿಗೆ ಬಂತು.

ನಿರ್ವಾತ ಡಯೋಡ್ (ವ್ಯಾಕ್ಯೂಮ್ ಡಯೋಡ್), ಅನಿಲ ಡಯೋಡ್ (ಗ್ಯಾಸ್ ಡಯೋಡ್), ಅರ್ಥವಾಹಕಗಳಿಂದ (ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ಸ್) ರಚಿಸಿರುವ ಸ್ಫಟಿಕ ಡಯೋಡ್ (ಕ್ರಿಸ್ಟಲ್ ಡಯೋಡ್)-ಹೀಗೆ ವಿವಿಧ ಬಗೆಯ ಡಯೋಡುಗಳುಂಟು. ಉದ್ದೇಶಕ್ಕೆ ತಕ್ಕಂತೆ ಇವುಗಳ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಿರುತ್ತದೆ.

ನಿರ್ವಾತ ಡಯೋಡಿನ ಕ್ಯಾಥೋಡನ್ನು ಕಾಸಿ ಬಿಸಿಮಾಡಿದಾಗ ಅದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಕ್ರಿಯೆಗೆ ಉಷ್ಣಾಯಾನಿಕ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ (ಥರ್ಮಯಾನಿಕ್ ಎಮಿಷನ್) ಎಂದು ಹೆಸರು. ತಂತುರೂಪದಲ್ಲೂ ಇರಬಹುದಾದ ಕ್ಯಾಥೋಡಿನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಹರಿಸಿ ಬಿಸಿಮಾಡಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ನಿಕಲ್‍ಯುಕ್ತ ಮಿಶ್ರಲೋಹದಿಂದ ರಚಿಸಿದ ಗೂಡಿಗೆ (ಸ್ಲೀವ್) ಬೇರಿಯಮ್ ಸಟ್ರನ್‍ಷಿಯಮ್ ಮೊದಲಾದ ಲೋಹಗಳ ಆಕ್ಸೈಡುಗಳನ್ನು ಲೇಪಿಸಿ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ರಚಿಸುವುದು ಇನ್ನೊಂದು ಬಗೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡನ್ನು ಪರೋಕ್ಷವಾಗಿ ಬಿಸಿಮಾಡಲು ತಾಪಕವಾಗಿ ವರ್ತಿಸುವ ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ ಲೇಪಿತ ಟಂಗ್‍ಸ್ಟನ್ ಅಥವಾ ಮಾಲಿಬ್ಡಿನಮ್-ಟಂಗ್‍ಸ್ಟನ್ ಮಿಶ್ರಲೋಹದ ತಂತಿಯನ್ನು ಒಳಗೆ ಅಳವಡಿಸುತ್ತಾರೆ. ಶುದ್ಧ ಟಂಗ್‍ಸ್ಟನ್, ಕಾರ್ಬನ್ ಮತ್ತು ಥೋರಿಯಮ್ ಆಕ್ಸೈಡನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ಟಂಗ್‍ಸ್ಟನ್ನಿಂದಲೂ ಕ್ಯಾಥೋಡನ್ನು ತಯಾರಿಸುವುದಿದೆ.

ಚಿತ್ರ-1

ಆ್ಯನೊಡನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನಿಕಲ್, ಮಾಲಿಬ್ಡಿನಮ್, ಗ್ರಾಫೈಟ್, ಟ್ಯಾಂಟಲಮ್-ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದನ್ನು ಬಳಸಿ ಮಾಡುತ್ತಾರೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಟೊಳ್ಳು ಸಿಲಿಂಡರಿನ ಆಕೃತಿ ಉಂಟು. ತಾಪಕ, ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಮತ್ತು ಆ್ಯನೋಡುಗಳು ನಿರ್ವಾತಗೊಳಿಸಿದ ಲೋಹದ ಇಲ್ಲವೆ ಗಾಜಿನ ಬುರುಡೆಯೊಳಗಿರುತ್ತವೆ. ವಿದ್ಯುನ್ಮಂಡಲಕ್ಕೆ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಸರ್ಕಿಟ್) ಆವಶ್ಯಕವಾದ ಜೋಡಣೆಯ ಮೊಳೆಗಳು ಬುರುಡೆಯ ತಳಭಾಗದಲ್ಲಿ ಇವೆ.

ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಸಾಕಷ್ಟು ಬಿಸಿಯಾದಾಗ ಅದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ ಆಗುತ್ತದೆ. ಇವು ಕ್ಯಾಥೋಡಿನ ಸುತ್ತ ಇರುವುವು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಂಡು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಧನಾವಿಷ್ಟವಾಗುವುದರಿಂದ ಅದರ ಸುತ್ತ ಇರುವ ಋಣಾವಿಷ್ಟ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಮುಗಿಲು ಚದರುವುದಿಲ್ಲ. ಆ್ಯನೋಡ್ ಮತ್ತು ಕ್ಯಾಥೋಡುಗಳ ನಡುವೆ ಇರುವ ಈ ಮುಗಿಲಿಗೆ ಆಕಾಶಾವೇಶ (ಸ್ಪೇಸ್ ಚಾರ್ಜ್) ಎಂದು ಹೆಸರು. ಇದು ಸಮತೋಲದಲ್ಲಿ (ಈಕ್ವಿಲಿಬ್ರಿಯಮ್) ಇರುವಾಗ ಕ್ಯಾಥೋಡಿನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೊಂಡಂತೆ ಮುಗಿಲಿನಿಂದ ಇತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಕ್ಯಾಥೋಡಿಗೆ ಬೀಳುತ್ತವೆ.

ಕ್ಯಾಥೋಡಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಆ್ಯನೋಡಿನ ವಿಭವ ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿದ್ದರೆ ಅದು ಆಕಾಶಾವೇಶದ ಮುಗಿಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಅಪಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ; ಆ್ಯನೋಡ್-ಕ್ಯಾಥೋಡುಗಳ ಪರಿಪಥದಲ್ಲಿ ಪ್ರವಾಹ (ಇದನ್ನು ಫಲಕ ಪ್ರವಾಹ-ಪ್ಲೇಟ್ ಕರೆಂಟ್ ಎಂದೂ ಕರೆಯುವುದುಂಟು) ಹರಿಯುವುದಿಲ್ಲ. (ಚಿತ್ರ 2) ಕ್ಯಾಥೋಡಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಆ್ಯನೋಡನ್ನು ಧನಾತ್ಮಕವನ್ನಾಗಿ ಮಾಡಿದರೆ ಆಕಾಶಾವೇಶದ ಮುಗಿಲಿನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಅದರೆಡೆ ಆಕರ್ಷಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವಲ್ಲದೆ ಆ್ಯನೋಡ್ ಕಡೆಗೂ ಚಲಿಸಿ ಬಾಹ್ಯ ಪರಿಪಥದಲ್ಲಿ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತವೆ.

ಚಿತ್ರ-2

ಒಂದು ಸೆಕೆಂಡಿನಲ್ಲಿ ಆ್ಯನೊಡನ್ನು ಸೇರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಆ್ಯನೋಡ್-ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅಥವಾ ವಿಭವಾಂತರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿದೆ. ಈ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮುಗಿಲು ವಿರಳವಾಗಿ ಫಲಕ ಪ್ರವಾಹ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಈ ಹಂತದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ ಆಕಾಶವೇಶದಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿತವಾಗುವುದು. ಆ್ಯನೋಡ್-ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವೋಲ್ಟೇಜನ್ನು ಸಾಕಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿಸಿದರೆ ಆಕಾಶಾವೇಶದ ಸಾಂದ್ರತೆ ಬಹಳಷ್ಟು ಕಡಿಮೆಯಾಗಿ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೊಂಡ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನೂ ಆ್ಯನೋಡನ್ನು ಸೇರಲು ಅವಕಾಶವಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಫಲಕ ಪ್ರವಾಹ ಆ್ಯನೋಡ್-ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವೋಲ್ಟೇಜನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಬದಲಾಗಿ, ಅದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯ ದರವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಉಷ್ಣತೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸುತ್ತದೆ. (ಚಿತ್ರ 3) ಫಲಕ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು ಪ್ಲೇಟ್-ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವೋಲ್ಟೇಜುಗಳನ್ನು ಸಂಬಂಧಿಸುವ ಬಿಂದುಗಳನ್ನು ಗ್ರಾಫಿನಲ್ಲಿ ಗುರುತಿಸಿದಾಗ ಡಯೋಡಿನ ಲಕ್ಷಣರೇಖೆ (ಕ್ಯಾರೆಕ್ಟರಿಸ್ಟಿಕ್ ಕರ್ವ್) ಲಭಿಸುತ್ತದೆ. ಆಕಾಶಾವೇಶವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ ಫಲಕ ಪ್ರವಾಹ  ಉಂಟಾಗುವಾಗ ಅದು ಸುಮಾರಾಗಿ ಆ್ಯನೋಡ್-ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವೊಲ್ಟೇಜಿನ  ಘಾತಕ್ಕೆ ಸಮಾನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ (ಸಿ. ಡಿ. ಚೈಲ್ಡ್‍ನ ನಿಯಮ: , =ಸ್ಥಿರಾಂಕ).

ಚಿತ್ರ-3

ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಡಯೋಡುಗಳಲ್ಲಿ (ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್‍ನ ಡಯೋಡ್ಸ್) ಕ್ಯಾಥೋಡಿನ ಮೇಲೆ ಒಂದು ವಿಕಿರಣ ಬಿದ್ದಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಫಲಕ ಪ್ರವಾಹ ಪ್ರಧಾನವಾಗಿ ಅವಲಂಬಿಸುವುದು ವಿಕಿರಣ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು. ಪಾದರಸದ ಆವಿ ಇಲ್ಲವೆ ಆರ್ಗಾನ್, ಜೀóನಾನ್ ಮೊದಲಾದ ಅನಿಲಗಳಿರುವ ಡಯೋಡಿನಲ್ಲಿ ಆ್ಯನೋಡ್-ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವೋಲ್ಟೇಜಿನ ಪ್ರಮಾಣ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮಟ್ಟಕ್ಕಿಂತ ಮೇಲೆ ಹೋದಾಗ ಫಲಕ ಪ್ರವಾಹ ಬಹಳ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಅನಿದಲ್ಲಾಗುವ ಅಯಾನೀಕರಣವೇ ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ. ಅನಿಲವಿರುವಾಗ ಕ್ಯಾಥೋಡನ್ನು ಬಿಸಿಮಾಡದೆ ಇಲ್ಲವೆ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಒಳಪಡಿಸದೆ ವೋಲ್ಟೇಜನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿ ಈ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು. ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು (ಕಾಸ್ಮಿಕ್ ರೇಸ್), ವಿಕಿರಣಪಟು (ರೇಡಿಯೋ ಆಕ್ಟಿವ್) ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಅಲ್ಪಪ್ರಮಾಣದಷ್ಟು ಅಯಾನೀಕರಣವಾಗುವುದರಿಂದಲೂ ಇದು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ.

ಕೆಲವು ಡಯೋಡುಗಳಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್, ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಮೊದಲಾದ ಅರ್ಧವಾಹಕ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸುವುದೂ ಉಂಟು. ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಎರಡು ಪ್ರಧಾನವರ್ಗಗಳಿವೆ. ಬಿಂದು ಸಂಪರ್ಕ ಡಯೋಡುಗಳು (ಪಾಯಿಂಟ್ ಕಾಂಟೇಕ್ಟ್ ಡಯೋಡ್ಸ್) ಮತ್ತು ಸಂಧಿ ಡಯೋಡುಗಳು (ಜಂಕ್‍ಷನ್ ಡಯೋಡ್ಸ್).

ಚಿತ್ರ-4

ಬಿಂದು ಸಂಪರ್ಕ ಡಯೋಡಿನಲ್ಲಿ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಅಥವಾ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸ್ಫಟಿಕದ ಒಂದು ಚೂರನ್ನು ಸಪೂರವಾದೊಂದು ಲೋಹತಂತಿ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೆ ಸಾಪೇಕ್ಷವಾಗಿ ಲೋಹ ತಂತಿಯು ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿರುವಾಗ ಪ್ರವಾಹಕ್ಕೆ ಒದಗುವ ರೋಧ ಕಡಿಮೆ. ಲೋಹತಂತಿಯ ವಿರುದ್ಧ ವಿಭವದಲ್ಲಿರುವಾಗ ಒದಗುವ ರೋಧ ಮೊದಲಿನ ರೋಧಕ್ಕಿಂತಲೂ ಬಲು ಹೆಚ್ಚು. ಮುಕ್ತ ವಿದ್ಯುತ್ಕಣಗಳು ಋಣಾತ್ಮಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳೋ ಇಲ್ಲವೆ ಧನಾತ್ಮಕ ರಂಧ್ರಗಳೋ (ಹೋಲ್ಸ್) ಎಂಬುದನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ ಅರ್ಧವಾಹಕ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಅನುಕ್ರಮವಾಗಿ ನಮೂನೆಯವು ಮತ್ತು ನಮೂನೆಯವು ಎಂದು ಎರಡು ಬಗೆಯಲ್ಲಿ ವರ್ಗೀಕರಿಸುತ್ತಾರೆ. ಇವೆರಡೂ ನಮೂನೆಯ ಪದಾರ್ಥಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸಿ ಸಂಧಿಯನ್ನು ರೂಪಿಸಬಹುದು. ಭಾಗದ ವಿಭವ ಭಾಗಕ್ಕೆ ಸಾಪೇಕ್ಷವಾಗಿ ಧನಾತ್ಮಕವಾದರೆ ವಿಭವಾಂತರದೊಂದಿಗೆ (ವೋಲ್ಟೇಜ್) ಪ್ರವಾಹ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಋಣಾತ್ಮಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಇರುವಾಗ ಪ್ರವಾಹಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ರೋಧ ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಹೀಗೆ ಎರಡೂ ವಿಧಗಳಲ್ಲಿ ಕವಾಟಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಉಂಟು ಮಾಡಬಹುದು.

ಚಿತ್ರ-5

ವಿದ್ಯುತ್ತಿನ ವಿರ್ಯಾಯ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಏಕಮುಖ ಪ್ರವಾಹವನ್ನಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ದಿಷ್ಟಕಾರಿಯ (ರೆಕ್ಟಿಫಯರ್) ಕೆಲಸ, ಸ್ಪಂದಿತ ಅಲೆರೂಪದ ಪ್ರವಾಹಕ್ಕೆ ಏಕಮುಖ ಪ್ರವಾಹದ ಅಂಶವನ್ನು ಬೇಕಾದ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಸೇರಿಸುವುದು, ವಾಹಕ ರೇಡಿಯೋ ಅಲೆಗಳೊಂದಿಗೆ (ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ರೇಡಿಯೋ ವೇವ್ಸ್) ಕಳುಹಿಸುವ ಸಂಜ್ಞೆಗಳ ಪತ್ತೆ, ದಿಷ್ಟಪ್ರವಾಹದಿಂದ (ರೆಕ್ಟಿಫೈಡ್ ಕರೆಂಟ್) ವೋಲ್ಟೇಜನ್ನು ಅಳೆಯಲು ಸಾಧ್ಯವಿರುವುದರಿಂದ ವೋಲ್ಟ್‍ಮಾಪಕ ಆಗಿ ಬಳಕೆ-ಇವ ಡಯೋಡಿನ ಕೆಲವು ಉಪಯೋಗಗಳು. (ಎ.ಕೆ.ಬಿ.)