നാം കരിക്കുലത്തില്നിന്നും ഒരുപാട് ദൂരെയെത്തി. തിരിച്ചുപോയാലോ? ട്രാന്സിസ്റ്ററുകള്, ഡയോഡുകള് എന്നിങ്ങനെയുള്ള components ഉള്പ്പെടുന്ന ചെറിയ സര്ക്യൂട്ടുകളെക്കുറിച്ച് നമുക്ക് കുട്ടികള്ക്ക് പറ്റിയ ചെറിയ പഠനോപകരണ നിര്ദ്ദേശങ്ങള് ചര്ച്ച ചെയ്താലോ?
ട്രാന്സിസ്റ്റര് ആംപ്ലിഫൈ ചെയ്യുന്നു എന്നത് കുട്ടികളെ നാം പറഞ്ഞ് വിശ്വസിപ്പിക്കുകയാണ്. ബേസിലൂടെ നേരിയ വൈദ്യുത പ്രവാഹമുണ്ടാവുമ്പോള് അതിനെക്കാള് എത്രയോ മടങ്ങ് തീവ്രതയുള്ള കറന്റ് കളക്റ്റര്-എമിറ്റര് വഴി ഒഴുകും. ഇത് പക്ഷെ, എങ്ങനെ കുട്ടികളെ കാണിച്ചുകൊടുക്കും? മീറ്ററുകളൊക്കെ ഘടിപ്പിച്ച് അളന്ന് കാണിക്കാമെന്നാണോ? വലിയ പാടായിരിക്കും.
ഒരു കാര്യം ചെയ്യാം. രണ്ട് ട്രാന്സിസ്റ്ററുകള് ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ആംപ്ലിഫയര് സര്ക്യൂട്ടുണ്ടാക്കിവെക്കണം. ഒന്നാമത്തെ ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ ബേസിലെത്തുന്ന വളരെ നേരിയകറന്റ് താരതമ്യേന വലിയ കളക്റ്റര്-എമിറ്റര് കറന്റാക്കി, ആ കറന്റിനെ രണ്ടാമത്തെ ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ ബേസിലേക്ക് നല്കുന്ന സര്ക്യൂട്ട്. രണ്ടാമത്തെ ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ കളക്റ്റര് സര്ക്യൂട്ടില്നിന്നും നമുക്ക് output എടുക്കുകയും ചെയ്യാം.
ആദ്യം ട്രാന്സിസ്റ്ററുകള് എങ്ങനെ കണക്റ്റ് ചെയ്യണം എന്ന് പറയാം. രണ്ട് രീതിയില് നമുക്ക് ട്രാന്സിസ്റ്റര് ജോടികള് തയ്യാറാക്കാം. ആദ്യത്തെ രീതിയില് രണ്ട് സമാന ട്രാന്സിസ്റ്ററുകളാണ് ജോടിയാക്കുന്നത്. അതിങ്ങനെ:
ഇത്തരമൊരു ട്രാന്സിസ്റ്റര് ജോടിയും ചെറിയൊരു ബാറ്ററിയും ഒരു LEDയും കുറച്ച് വയറും ഒരു റോള് സെല്ലോ ടേപ്പുമായി ക്ലാസിലേക്ക് നടന്നു കയറുക.
എന്നിട്ട് ബോര്ഡില് ഈ ചിത്രമങ്ങ് വരച്ചിടുക. ചിത്രത്തിലെ ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ സ്ഥാനത്ത് നമ്മുടെ Darlington വരത്തക്കവിധം സെല്ലോ ടേപ്പ് വെച്ച് ഉറപ്പിക്കുക. ബാക്കി വയറുകളും LEDയും ഇതുപോലെ ഒട്ടിച്ചുവെക്കുക. രണ്ട് പെന്ടോര്ച്ച് സെല്ലുകള്ക്കുള്ള ഒരു ബാറ്ററി ഹോള്ഡറോ, അല്ലെങ്കില് 9V ബാറ്ററിയോ എന്തെങ്കിലും ഒരു പവര് സോഴ്സ് വേണം. അതും ബോര്ഡില് ഒട്ടിച്ചു നിര്ത്താം. ഇനി, (ഈ ഒട്ടിപ്പിനും ചിത്രം വരയ്ക്കുന്ന സമയമേ വേണ്ടിവരൂ) ഇനി, ഫ്രീയാക്കിയിട്ട ബേസില് വിരല്കൊണ്ട് തൊട്ടു നോക്കൂ.
വര്ഷക്കാലത്ത് ആ തൊടല് മതിയാവും, LED കത്താന്. അല്ലെങ്കിലോ? അല്പ്പംകൂടി നാടകീയമാക്കാം. ഒരു കുട്ടി free ആയ ബേസില് തൊടട്ടെ. മറ്റൊരു കുട്ടി ബാറ്ററിയുടെ പോസിറ്റീവ് ഭാഗത്ത് എവിടെയെങ്കിലും തൊടട്ടെ. ആ അവസ്ഥയില്ത്തന്നെ രണ്ട് കുട്ടികളും പരസ്പരം തൊടാനാവശ്യപ്പെടുക. കുട്ടികള് പരസ്പരം തൊട്ടാല് ബോര്ഡില് LED തെളിയും. എങ്ങനെ എന്ന് വിശദീകരിച്ചാല് മാത്രം മതി. ബേസിലേക്ക് കുട്ടികളുടെ വിരലുകളിലൂടെ കടന്നുവന്ന നേര്ത്ത കറന്റിനെ ട്രാന്സിസ്റ്റര് ആംപ്ലിഫൈ ചെയ്ത കഥയൊക്കെ ………
(ഇതിനിടയിലെല്ലാം ചോദ്യങ്ങള് വരുന്നുണ്ട്.) ഒരു Transister ന്റെ 3 Modes ,ie active region, saturation, cut off, ഒന്നു വിശദമാക്കുമോ?
ഈ വിശദീകരണത്തിനൊരു പരിമിതിയുണ്ട്. കുറച്ചെങ്കിലും തിയറി പറയാതെ, ഇപ്പറഞ്ഞ operation mode കള് പറഞ്ഞു മനസ്സിലാക്കാനാവില്ല. ഉദാഹരണത്തിന്, ഞാന് ഇങ്ങനെ പറയുന്നു എന്നിരിക്കട്ടെ. ബേസ്-എമിറ്റര് സന്ധി ഫോര്വേഡ് ബയസിലും ബേസ്-കളക്റ്ററ് റിവേഴ്സ് ബയസിലുമാവുന്ന അവസ്ഥയാണ് ആക്റ്റീവ് മോഡ്എന്താണ് മനസ്സിലാവുക? അതിനാല് തല്ക്കാലം ഇങ്ങനെ പറയാം:
ഒരു ട്രാന്സിസ്റ്ററിനെ നമുക്ക് ഒരു വേരിയബിള് റസിസ്റ്ററായി കണക്കാക്കാം. അതിന്റെ പ്രതിരോധം ബേസ് കറന്റിനെ ആശ്രയിച്ചാണ് എന്നു മാത്രം. ബേസ് കറന്റിനെ ആശ്രയിച്ച് പൂജ്യം മുതല് അനന്തത വരെ പ്രതിരോധമുണ്ടാക്കുന്ന വിദ്വാനാണ് ട്രാന്സിസ്റ്റര് എന്നര്ത്ഥം. ആവശ്യത്തിന് ബേസ് കറന്റുണ്ടെങ്കില് പ്രതിരോധമില്ല. അപ്പോള് ട്രാന്സിസ്റ്റര് saturation modeലാണ് എന്ന് പറയാം. പൂരിതമായി എന്ന് മലയാളം. പൂരിതമായാല് പിന്നെ അതില് കൂടുതല് എന്നതിന് പ്രസക്തിയില്ലല്ലോ. എന്നുവെച്ചാല്, ആവശ്യത്തില് കൂടുതല് ബേസ് കറന്റ് കൊടുത്താലും പ്രതിരോധം പൂജ്യത്തില് താഴില്ലല്ലോ. അതായത്, കറന്റിന് (കളക്റ്റര്-എമിറ്റര് കറന്റിന്) ഇപ്പോള് ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ ഭാഗത്തുനിന്ന് ഒരു നിയന്ത്രണവുമില്ല. നിങ്ങള്ക്ക് വേണമെങ്കില് നിയന്ത്രണം കൊണ്ടുവരാം. അത് ബാഹ്യ സര്ക്യൂട്ടില് നിങ്ങളേര്പ്പെടുത്തുന്ന പ്രതിരോധത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കും. ഇത്തരം കറന്റി ലിമിറ്ററില്ലെങ്കില്, അനന്തമായ വൈദ്യുതപ്രവാഹം അനുവദിക്കാന് പാവം ട്രാന്സിസ്റ്ററിന് ഒരു മടിയുമില്ല. പക്ഷെ, അത്രയേറെ പ്രവാഹം താങ്ങാന് നമ്മുടെ ട്രാന്സിസ്റ്ററിന് കെല്പ്പില്ല എന്നതിനാല് നമുക്ക് മടിയുണ്ട്. അതിനാലാണ് നാം കറന്റ് ലിമിറ്റിങ്ങ് റസിസ്റ്ററുകള് ബാഹ്യ സര്ക്യൂട്ടില് ഏര്പ്പെടുത്തുന്നത്.
എന്നാല് ബേസ് കറന്റ് പൂജ്യമാണെങ്കിലോ? ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ പ്രതിരോധം അനന്തമാണ്. അതായത്, ആ വിദ്വാന് കറന്റ് കടത്തിവിടുകയേയില്ല. കളക്റ്റര് കറന്റ് പൂജ്യം എന്ന് പറയാം. ബാഹ്യ സര്ക്യൂട്ടില് പ്രതിരോധമേ ഇല്ല എങ്കിലും ട്രാന്സിസ്റ്റര് കറന്റ് കടത്തിവിടുന്ന പ്രശ്നമില്ല. ഈ അവസ്ഥയെ നമുക്ക് cut off state എന്നു പറയാം.
ഈ പറഞ്ഞ രണ്ട് അവസ്ഥകള്ക്കും ഒരു സ്വിച്ചിന്റെ സ്വഭാവമില്ലേ? ഒന്നുകില് കറന്റ് കടത്തിവിടും, അല്ലെങ്കില് ഇല്ല. സ്വിച്ചിട്ടാല് കറന്റിനെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് ബാഹ്യ സര്ക്യൂട്ടിലെ പ്രതിരോധമാണല്ലോ. (നാമതിനെ ലോഡ് എന്നൊക്കെ വിളിക്കാറില്ലേ?) ഇപ്പോള് ട്രാന്സിസ്റ്റര് ഒരു ഗേറ്റാണെന്ന് പറയാം. ഒന്നുകില് തുറക്കും, അല്ലെങ്കില് അടഞ്ഞുകിടക്കും. ഈ രണ്ട് മോഡുകളും toggle ചെയ്യുന്ന അവസ്ഥകൊണ്ട് എന്താണ് പ്രയോജനം?
പ്രയോജനമുണ്ട്. ഡിജിറ്റല് ഇലക്ട്രോണിക്സില്. അവിടെ നമുക്ക് വേണ്ടത്, YES or NO, അല്ലെങ്കില് 0 or 1 എന്ന അവസ്ഥയാണല്ലോ.
പക്ഷെ, ഇവിടെയൊന്നുമല്ല, നമ്മുടെ ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ തനി സ്വഭാവം കാണുന്നത്. ഈ പറഞ്ഞ രണ്ട് അവസ്ഥകള്ക്കുമിടയിലാണ്. ആ അവസ്ഥയില് ട്രാന്സിസ്റ്റര് സക്രിയമായിരിക്കും. അതായത് ആക്റ്റീവായിരിക്കും. ഈ അവസ്ഥയെയാണ് Active mode എന്നു പറയുന്നത്. ഈ അവസ്ഥയില് ബേസ് കറന്റില് വരുന്ന വളരെ നേരിയ വ്യതിയാനങ്ങള് ട്രാന്സിസ്റ്ററിന്റെ പ്രതിരോധത്തില് വലിയ മാറ്റങ്ങളുണ്ടാക്കുകയും കളക്റ്റര് കറന്റ് പൂജ്യത്തിനും മാക്സിമത്തിനും ഇടയില് വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യും. ഇപ്പോഴാണ് നാം ബേസ് കറന്റിനോടൊപ്പം നേരിയ സിഗ്നല് കറന്റ്കൂടി കൂട്ടിക്കെട്ടി വലിയ കളക്റ്റര് കറന്റ് വ്യതിയാനങ്ങളുണ്ടാക്കുന്നത്. ഈ പ്രക്രിയയാണ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷന്.
എന്റെ ഫിസിക്സ് പഠന ചിന്തകള് 