PN Junction and Diode Questions in Gujarati

(A) આપેલ છે: બેટરીનો વોલ્ટેજ $V = 8\, V$,ડાયોડનો ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ ડ્રોપ $V_d = 0.5\, V$,અને અવરોધ $R = 2.2\, k\Omega = 2200\, \Omega$.
લૂપમાં કિર્ચોફનો વોલ્ટેજનો નિયમ $(KVL)$ લાગુ પાડતા:
$V - V_d - I \times R = 0$
$8 - 0.5 - I \times 2200 = 0$
$7.5 = I \times 2200$
$I = \frac{7.5}{2200}\, A$
$I = 0.003409\, A$
મિલીએમ્પિયર $(mA)$ માં રૂપાંતર કરતા:
$I = 0.003409 \times 1000\, mA = 3.409\, mA \approx 3.4\, mA$.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(A) $p-n$ જંકશન ડાયોડમાં,ડિફ્યુઝન પ્રવાહ ચાર્જ કેરિયર્સના સાંદ્રતા ઢાળ (concentration gradient) ને કારણે ઉદભવે છે.
$p-$ વિસ્તારમાં હોલ્સની સાંદ્રતા વધુ હોવાથી અને $n-$ વિસ્તારમાં ઇલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતા વધુ હોવાથી,હોલ્સ $p-$ વિસ્તારમાંથી $n-$ વિસ્તાર તરફ ડિફ્યુઝ થાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન $n-$ વિસ્તારમાંથી $p-$ વિસ્તાર તરફ ડિફ્યુઝ થાય છે.
પરંપરાગત રીતે,વિદ્યુત પ્રવાહની દિશા એ ધન વીજભાર (હોલ્સ) ના વહનની દિશામાં લેવામાં આવે છે.
તેથી,ડિફ્યુઝન પ્રવાહ $p-$ વિસ્તારથી $n-$ વિસ્તાર તરફ વહે છે.

(B) $p-n$ જંકશન ડાયોડમાં,જ્યારે રિવર્સ બાયસ લાગુ કરવામાં આવે છે,ત્યારે $p$-ટાઈપ મટિરિયલને બેટરીના ઋણ ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે છે,જે હોલ્સને જંકશનથી દૂર ખેંચે છે.
તેવી જ રીતે,$n$-ટાઈપ મટિરિયલને ધન ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે છે,જે ઈલેક્ટ્રોનને જંકશનથી દૂર ખેંચે છે.
પરિણામે,ડેપ્લેશન રીજનની પહોળાઈ વધે છે.
ડેપ્લેશન રીજનમાં થતો આ વધારો પોટેન્શિયલ બેરિયરમાં વધારો કરે છે,જેના કારણે ચાર્જ કેરિયર્સ માટે જંકશન પાર કરવું વધુ મુશ્કેલ બને છે.

(B) આપેલ પરિપથમાં, બે ડાયોડ વિરુદ્ધ દિશામાં સમાંતર જોડાયેલા છે.
એક ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે, જ્યારે બીજો રિવર્સ બાયસમાં છે.
ફોરવર્ડ બાયસ ડાયોડ શોર્ટ સર્કિટ તરીકે કાર્ય કરે છે (કારણ કે તેનો ફોરવર્ડ અવરોધ શૂન્ય છે), અને રિવર્સ બાયસ ડાયોડ ઓપન સર્કિટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
આમ, પરિપથમાં કુલ અવરોધ $R = 2 \, k\Omega = 2000 \, \Omega$ છે.
વોલ્ટેજ સ્ત્રોત $E = 20 \, V$ છે.
ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરતા, પ્રવાહ $I$ નીચે મુજબ મળે છે:
$I = \frac{E}{R} = \frac{20 \, V}{2000 \, \Omega} = 0.01 \, A = 10 \, mA$.

(A) આપેલ પરિપથમાં,ડાયોડનો $p$-ટર્મિનલ $2 \ V$ ના પોટેન્શિયલ સાથે જોડાયેલ છે અને $n$-ટર્મિનલ $100 \ \Omega$ ના અવરોધ દ્વારા $5 \ V$ ના પોટેન્શિયલ સાથે જોડાયેલ છે.
ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં હોય તે માટે,$p$-ટર્મિનલ પરનું પોટેન્શિયલ $n$-ટર્મિનલ પરના પોટેન્શિયલ કરતા વધારે હોવું જોઈએ.
અહીં,$p$-ટર્મિનલ પરનું પોટેન્શિયલ $(2 \ V)$ એ $n$-ટર્મિનલ પરના પોટેન્શિયલ $(5 \ V)$ કરતા ઓછું છે.
તેથી,ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે.
રિવર્સ બાયસમાં રહેલ આદર્શ ડાયોડ ઓપન સર્કિટ તરીકે વર્તે છે,જેનો અર્થ છે કે તે અનંત અવરોધ આપે છે.
પરિણામે,પરિપથમાંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી.
આમ,ડાયોડમાંથી વહેતો પ્રવાહ $0 \ A$ છે.

(C) જ્યારે $p-n$ જંકશનનો $n-$પ્રકારનો સેમિકન્ડક્ટર $p-$પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટર કરતા ઉચ્ચ પોટેન્શિયલ પર હોય,ત્યારે ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે તેમ કહેવાય છે.
ધારો કે $V_p$ એ $p-$બાજુનું પોટેન્શિયલ છે અને $V_n$ એ $n-$બાજુનું પોટેન્શિયલ છે.
$A$: $V_p = 0 \text{ V}$,$V_n = +5 \text{ V}$. અહીં $V_n > V_p$ હોવાથી,તે રિવર્સ બાયસ છે.
$B$: $V_p = +5 \text{ V}$,$V_n = +10 \text{ V}$. અહીં $V_n > V_p$ હોવાથી,તે રિવર્સ બાયસ છે.
$C$: $V_p = -12 \text{ V}$,$V_n = -5 \text{ V}$. અહીં $V_n > V_p$ (કારણ કે $-5 > -12$) હોવાથી,તે રિવર્સ બાયસ છે.
$D$: $V_p = 0 \text{ V}$,$V_n = -10 \text{ V}$. અહીં $V_p > V_n$ હોવાથી,તે ફોરવર્ડ બાયસ છે.
નોંધ: સામાન્ય રીતે આવા પ્રશ્નોમાં વિકલ્પ $C$ ને સાચો માનવામાં આવે છે.

(C) $p-n$ જંકશન ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં જોડાયેલ છે કારણ કે બેટરીનો ધન છેડો ડાયોડના $p$-વિભાગ સાથે જોડાયેલ છે.
ફોરવર્ડ બાયસમાં,બાહ્ય અવરોધ $R$ પરનો અસરકારક વોલ્ટેજ $V_{eff} = V_{battery} - V_{barrier}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
આપેલ છે: $V_{battery} = 5.5\, V$,$V_{barrier} = 0.4\, V$,અને $R = 5.1\, k\Omega = 5.1 \times 10^3\, \Omega$.
$V_{eff} = 5.5\, V - 0.4\, V = 5.1\, V$.
ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,પરિપથમાં પ્રવાહ $I = \frac{V_{eff}}{R}$ મળે છે.
$I = \frac{5.1\, V}{5.1 \times 10^3\, \Omega} = 1 \times 10^{-3}\, A = 1\, mA$.
તેથી,પરિપથમાં વહેતો પ્રવાહ $1\, mA$ છે.

(D) આપેલ પરિપથમાં, ડાયોડ $D_{2}$ રિવર્સ બાયસમાં છે કારણ કે તેનો p-ટર્મિનલ બેટરીના ઋણ ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ છે, જ્યારે ડાયોડ $D_{1}$ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે.
$D_{2}$ રિવર્સ બાયસમાં હોવાથી, તે ઓપન સર્કિટ તરીકે વર્તે છે અને $D_{2}$ વાળી શાખામાંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી.
તેથી, પ્રવાહ ફક્ત $D_{1}$ અને $10\, \Omega$ ના અવરોધ ધરાવતી શાખામાંથી વહે છે.
પરિપથનો કુલ અવરોધ $R_{eq} = 10\, \Omega + 15\, \Omega = 25\, \Omega$ છે.
$10\, \Omega$ ના અવરોધમાંથી વહેતો પ્રવાહ $I$ ઓહ્મના નિયમ મુજબ:
$I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{2\, V}{25\, \Omega} = 0.08\, A$.
આને મિલિએમ્પિયર $(mA)$ માં ફેરવતા:
$I = 0.08 \times 1000\, mA = 80\, mA$.

(A) આપેલ પરિપથમાં,સમાંતર શાખાઓમાં બે ડાયોડ છે.
ડાયોડની દિશા જોતા,ઉપરનો ડાયોડ ફોરવર્ડ-બાયસ્ડ છે,જ્યારે વચ્ચેનો ડાયોડ રિવર્સ-બાયસ્ડ છે.
રિવર્સ-બાયસ્ડ ડાયોડ ખુલ્લા પરિપથ તરીકે વર્તે છે,તેથી વચ્ચેની શાખામાંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી.
ઉપરની શાખામાં $2\,\Omega$ ના અવરોધ સાથે શ્રેણીમાં એક ડાયોડ છે.
નીચેની શાખામાં $6\,V$ ની બેટરી $1\,\Omega$ ના અવરોધ સાથે શ્રેણીમાં છે.
વચ્ચેની શાખા ખુલ્લી હોવાથી,પરિપથ $6\,V$ ની બેટરી,$1\,\Omega$ નો અવરોધ,ઉપરનો ડાયોડ અને $2\,\Omega$ ના અવરોધ ધરાવતા શ્રેણી પરિપથમાં ફેરવાય છે.
પરિપથનો કુલ અવરોધ $R_{eq} = 1\,\Omega + 2\,\Omega = 3\,\Omega$ છે.
ઓહ્મના નિયમ મુજબ પરિપથમાં પ્રવાહ $I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{6\,V}{3\,\Omega} = 2\,A$ મળે છે.
આમ,$1\,\Omega$ ના અવરોધમાંથી વહેતો પ્રવાહ $2\,A$ છે.

(C) પરિપથમાં $2\,V$ ની બેટરી,એક ડાયોડ અને શ્રેણીમાં અવરોધ $R$ છે.
કિર્ચોફના વોલ્ટેજ નિયમ $(KVL)$ મુજબ:
$V_{battery} = V_{diode} + V_{resistor}$
અહીં $V_{battery} = 2\,V$,$V_{diode} = 0.5\,V$ અને જરૂરી પ્રવાહ $I = 5\,mA = 5 \times 10^{-3}\,A$ છે.
આ કિંમતો મૂકતા:
$2\,V = 0.5\,V + I \times R$
$2 - 0.5 = 5 \times 10^{-3} \times R$
$1.5 = 5 \times 10^{-3} \times R$
$R = \frac{1.5}{5 \times 10^{-3}} = \frac{1500}{5} = 300\,\Omega$
તેથી,જરૂરી શ્રેણી અવરોધ $300\,\Omega$ છે.

(A) સિલિકોન ડાયોડ માટે,ની (knee) વોલ્ટેજ અથવા બેરિયર પોટેન્શિયલ આશરે $0.7\, V$ હોય છે.
બલ્ક અવરોધ $(r_f)$ ડાયોડ પરના વધારાના વોલ્ટેજ દ્વારા ગણવામાં આવે છે:
$r_f = \frac{V_f - V_k}{I_f} = \frac{1.2\, V - 0.7\, V}{100 \times 10^{-3}\, A} = \frac{0.5\, V}{0.1\, A} = 5\,\Omega$.
રિવર્સ અવરોધ $(r_r)$ રિવર્સ બાયસ સ્થિતિ માટે ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરીને ગણવામાં આવે છે:
$r_r = \frac{V_r}{I_r} = \frac{10\, V}{1 \times 10^{-6}\, A} = 10 \times 10^6\, \Omega = 10\, M\Omega$.
આમ,બલ્ક અવરોધ $5\,\Omega$ છે અને રિવર્સ અવરોધ $10\, M\Omega$ છે.

(A) $PN$ જંકશન ડાયોડ $P$-પ્રકાર અને $N$-પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટરના જોડાણથી બને છે,જે જંકશન પર ડેપ્લેશન રિજન અને બેરિયર પોટેન્શિયલ બનાવે છે.
ફોરવર્ડ બાયસ સ્થિતિમાં,બાહ્ય બેટરીનો ધન છેડો $P$-બાજુ સાથે અને ઋણ છેડો $N$-બાજુ સાથે જોડવામાં આવે છે.
આ બાહ્ય વોલ્ટેજ આંતરિક બેરિયર પોટેન્શિયલનો વિરોધ કરે છે.
ડાયોડ નોંધપાત્ર રીતે પ્રવાહનું વહન કરે તે માટે,લાગુ પાડવામાં આવેલ ફોરવર્ડ બાયસ વોલ્ટેજ બેરિયર પોટેન્શિયલ કરતાં વધારે હોવું જોઈએ.
તેથી,ફોરવર્ડ બાયસ વોલ્ટેજ બેરિયર પોટેન્શિયલ કરતાં વધારે હોવું જરૂરી છે (દા.ત.,સિલિકોન માટે $\approx 0.7 \ V$ અને જર્મેનિયમ માટે $\approx 0.3 \ V$).

(A) $P-N$ જંકશન એ $p$-ટાઈપ અને $n$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર વચ્ચેનું જોડાણ છે.
જ્યારે બંને સેમિકન્ડક્ટરને જોડવામાં આવે છે,ત્યારે ચાર્જ કેરિયર્સ જંકશનની આરપાર પ્રસરણ પામે છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,$n$-વિસ્તારમાંથી ઇલેક્ટ્રોન $p$-વિસ્તાર તરફ અને $p$-વિસ્તારમાંથી હોલ્સ $n$-વિસ્તાર તરફ ગતિ કરે છે.
આ પ્રસરણને કારણે જંકશનની નજીક અચલ આયનીકૃત પરમાણુઓ બાકી રહે છે,જે ડેપ્લેશન રીજન બનાવે છે.
આ અચલ આયનો દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુતક્ષેત્ર બેરિયર પોટેન્શિયલ બનાવે છે.
આ બેરિયર પોટેન્શિયલ મેજોરિટી ચાર્જ કેરિયર્સ ($n$-વિસ્તારમાં ઇલેક્ટ્રોન અને $p$-વિસ્તારમાં હોલ્સ) ની જંકશનની આરપાર થતી વધુ ગતિનો વિરોધ કરે છે.
તેથી,બેરિયર પોટેન્શિયલ $n$-વિસ્તારમાં રહેલા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન અને $p$-વિસ્તારમાં રહેલા હોલ્સ માટે અવરોધ પેદા કરે છે.

(B) આપેલ પરિપથમાં, ડાયોડ $D_{1}$ રિવર્સ બાયસમાં છે કારણ કે તેનો $p$-ટર્મિનલ પરિપથ દ્વારા બેટરીના ઋણ છેડા સાથે જોડાયેલ છે, જ્યારે $D_{2}$ અને $D_{3}$ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે.
$D_{1}$ રિવર્સ બાયસમાં હોવાથી, તે ઓપન સર્કિટ તરીકે વર્તે છે અને $10 \, \Omega$ ના અવરોધમાંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી.
પરિપથ $10 \, V$ ની બેટરી સાથે જોડાયેલ બે સમાંતર શાખાઓમાં સરળ બને છે:
$1$. ઉપરની શાખામાં ડાયોડ $D_{3}$ અને $5 \, \Omega$ નો અવરોધ છે.
$2$. નીચેની શાખામાં ડાયોડ $D_{2}$ અને $20 \, \Omega$ નો અવરોધ છે.
પરિપથ આકૃતિ જોતા, $5 \, \Omega$ નો અવરોધ આ શાખાઓના સમાંતર જોડાણ સાથે શ્રેણીમાં છે.
સમાંતર શાખાઓનો સમતુલ્ય અવરોધ:
$R_{p} = \frac{5 \times 20}{5 + 20} = \frac{100}{25} = 4 \, \Omega$.
આ સમાંતર જોડાણ આઉટપુટ પરના $5 \, \Omega$ ના અવરોધ સાથે શ્રેણીમાં છે.
$R_{eq} = 4 \, \Omega + 5 \, \Omega = 9 \, \Omega$.
$I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{10}{9} \approx 1.11 \, A$.
આપેલ વિકલ્પોને ધ્યાનમાં લેતા, સાચો જવાબ $1 \, A$ છે.

(B) આપેલ પરિપથમાં,ઉપરની શાખામાં રહેલ ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે કારણ કે તેનો p-છેડો બેટરીના ઋણ ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ છે. તેથી,ઉપરની શાખામાંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી.
વચ્ચેની શાખામાં રહેલ ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે કારણ કે તેનો p-છેડો બેટરીના ધન ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ છે. તેથી,આ શાખામાંથી પ્રવાહ વહે છે.
પરિપથનો કુલ અવરોધ એ વચ્ચેની શાખાના અવરોધ $(30 \, \Omega)$ અને મુખ્ય શાખાના અવરોધ $(20 \, \Omega)$ નો સરવાળો છે.
કુલ અવરોધ $R_{eq} = 30 \, \Omega + 20 \, \Omega = 50 \, \Omega$.
ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,પ્રવાહ $i$ નીચે મુજબ મળે છે:
$i = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{5 \, V}{50 \, \Omega} = \frac{5}{50} \, A$.

(C) આપેલ સર્કિટમાં,ડાયોડનો $P-$છેડો $1\,V$ ની બેટરીના ઋણ ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ છે,અને $N-$છેડો $3\,V$ ની બેટરીના ઋણ ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ છે.
બાયસિંગ નક્કી કરવા માટે,આપણે ડાયોડ પરના પોટેન્શિયલ તફાવતને જોઈએ છીએ. $P-$ટર્મિનલ પરનું પોટેન્શિયલ $-1\,V$ છે અને $N-$ટર્મિનલ પરનું પોટેન્શિયલ $-3\,V$ છે.
કારણ કે $P-$બાજુનું પોટેન્શિયલ $(-1\,V)$ એ $N-$બાજુના પોટેન્શિયલ $(-3\,V)$ કરતા વધારે છે,તેથી ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે.
ફોરવર્ડ બાયસમાં આદર્શ ડાયોડ માટે,અવરોધ શૂન્ય હોય છે.
સર્કિટમાં કુલ વોલ્ટેજ $V_{net} = (-1\,V) - (-3\,V) = 2\,V$ છે.
સર્કિટમાં અવરોધ $R = 100\,\Omega$ છે.
ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,પ્રવાહ $I$ નીચે મુજબ મળે છે:
$I = \frac{V_{net}}{R} = \frac{2\,V}{100\,\Omega} = 0.02\,A$.
મિલીએમ્પિયરમાં રૂપાંતર કરતા: $I = 0.02 \times 1000\,mA = 20\,mA$.

(A) પરિપથ માટે કિર્ચોફનો વોલ્ટેજ નિયમ $(KVL)$ લાગુ પાડતા:
$8\, V - 0.5\, V - I \times (2.2 \times 10^3\, \Omega) = 0$
$7.5\, V = I \times 2200\, \Omega$
$I = \frac{7.5}{2200}\, A$
$I = 0.003409\, A$
મિલીએમ્પિયર $(mA)$ માં ફેરવતા:
$I = 0.003409 \times 1000\, mA \approx 3.4\, mA$
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(B) આપેલ સર્કિટમાં,બેટરી $12 \, V$ નો વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત પૂરો પાડે છે.
ડાયોડ $D_1$ બેટરીના ધન ટર્મિનલની સાપેક્ષમાં રિવર્સ બાયસમાં જોડાયેલ છે,તેથી તે ઓપન સર્કિટ તરીકે વર્તે છે (તેથી $3 \, \Omega$ વાળી શાખામાંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી).
ડાયોડ $D_2$ ફોરવર્ડ બાયસમાં જોડાયેલ છે,તેથી તે શોર્ટ સર્કિટ તરીકે વર્તે છે (આદર્શ ડાયોડ).
તેથી,સર્કિટનો કુલ અવરોધ $4 \, \Omega$ અને સક્રિય શાખામાં રહેલા $2 \, \Omega$ ના અવરોધનો સરવાળો છે: $R_{eq} = 4 \, \Omega + 2 \, \Omega = 6 \, \Omega$.
ઓમના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,પ્રવાહ $I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{12 \, V}{6 \, \Omega} = 2 \, A$ મળે છે.

(D) $p-n$ જંકશન ડાયોડમાં,જંકશનની આરપાર ચાર્જ કેરિયર્સના પ્રસરણને કારણે પોટેન્શિયલ બેરિયર રચાય છે,જે ડેપ્લેશન રિજન બનાવે છે.
જ્યારે ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસ્ડ હોય છે,ત્યારે બાહ્ય વોલ્ટેજ આંતરિક પોટેન્શિયલ બેરિયરનો વિરોધ કરે છે.
આ પોટેન્શિયલ બેરિયરની ઊંચાઈ ઘટાડે છે અને ડેપ્લેશન રિજનની પહોળાઈ ઘટાડે છે.
આપેલ આકૃતિઓમાં,વિકલ્પ $(A)$ અને $(B)$ પોટેન્શિયલ બેરિયર દર્શાવે છે જે વધી રહ્યું છે (રિવર્સ બાયસની લાક્ષણિકતા),જ્યારે વિકલ્પ $(C)$ અને $(D)$ પોટેન્શિયલ બેરિયર દર્શાવે છે જે ઘટી રહ્યું છે (ફોરવર્ડ બાયસની લાક્ષણિકતા).
$(C)$ અને $(D)$ ની સરખામણી કરતા,ફોરવર્ડ બાયસ સ્થિતિમાં પોટેન્શિયલ બેરિયરની ઊંચાઈ ઓછી અને ડેપ્લેશનની પહોળાઈ ઓછી હોય છે.
તેથી,ફોરવર્ડ બાયસ્ડ $p-n$ જંકશન માટે સાચું નિરૂપણ વિકલ્પ $(D)$ માં દર્શાવેલ છે.

(B) જ્યારે $p-n$ જંકશન રિવર્સ બાયસમાં હોય,ત્યારે બેટરીનો ઋણ છેડો $p$-વિસ્તાર સાથે અને ધન છેડો $n$-વિસ્તાર સાથે જોડવામાં આવે છે.
આના કારણે મેજોરિટી ચાર્જ કેરિયર્સ જંકશનથી દૂર જાય છે.
પરિણામે,ડેપ્લેશન વિસ્તારની પહોળાઈ વધે છે.
તેથી,પોટેન્શિયલ બેરિયરની ઊંચાઈ પણ વધે છે,જે મેજોરિટી ચાર્જ કેરિયર્સના પ્રવાહને અવરોધે છે.

(A) આ સર્કિટમાં એક $p-n$ જંકશન ડાયોડ લોડ અવરોધ $R_L$ સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલ છે.
જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ $+5\, V$ હોય,ત્યારે ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં હોય છે. આદર્શ ડાયોડ ધારીએ તો,તે શોર્ટ સર્કિટ તરીકે વર્તે છે અને $+5\, V$ નો સંપૂર્ણ ઇનપુટ વોલ્ટેજ લોડ અવરોધ $R_L$ પર મળે છે.
જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ $-5\, V$ હોય,ત્યારે ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં હોય છે. તે ઓપન સર્કિટ તરીકે વર્તે છે,તેથી અવરોધ $R_L$ માંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી. પરિણામે,$R_L$ પર આઉટપુટ વોલ્ટેજ $0\, V$ મળે છે.
આમ,આઉટપુટ સિગ્નલ એ એક ચોરસ તરંગ છે જે $+5\, V$ અને $0\, V$ ની વચ્ચે બદલાય છે.

(D) $p-n$ જંકશનના નિર્માણ દરમિયાન,$p-$વિસ્તારમાંથી હોલ્સ $n-$વિસ્તારમાં અને $n-$વિસ્તારમાંથી ઇલેક્ટ્રોન $p-$વિસ્તારમાં પ્રસરણ પામે છે.
જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન હોલ સાથે મળે છે,ત્યારે તેઓ એકબીજાની અસરને નાબૂદ કરે છે,જેના પરિણામે જંકશન પર એક પાતળું સ્તર બને છે જે મુક્ત વીજભાર વાહકોથી મુક્ત હોય છે. આને ડેપ્લેશન લેયર કહેવામાં આવે છે.
પ્રસરણ પ્રક્રિયાને કારણે,અચલ આયનીકૃત પરમાણુઓ બાકી રહે છે: $p-$બાજુ પર ઋણ આયનો અને $n-$બાજુ પર ધન આયનો.
આ અચલ વીજભારોનું સંચય જંકશન પર વિદ્યુતક્ષેત્ર અને પોટેન્શિયલ તફાવત બનાવે છે,જેને પોટેન્શિયલ બેરિયર કહેવામાં આવે છે.

(A) જંકશન ડાયોડની $p-$બાજુ $+5\, V$ સાથે અને $n-$બાજુ $+2\, V$ સાથે જોડાયેલ છે.
$p-$બાજુ એ $n-$બાજુ કરતા ઉચ્ચ સ્થિતિમાન પર હોવાથી $(5\, V > 2\, V)$,$p-n$ જંકશન ફોરવર્ડ બાયસમાં છે.
તેથી,પરિપથમાં પ્રવાહ વહે છે.
અવરોધ પરનો વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત $V = 5\, V - 2\, V = 3\, V$ છે.
અવરોધ $R = 300\, \Omega$ છે.
ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,પ્રવાહ $I$ નીચે મુજબ મળે છે:
$I = \frac{V}{R} = \frac{3\, V}{300\, \Omega} = 0.01\, A = 10\, mA$.
વિધાન અને કારણ બંને સાચા છે,અને કારણ એ સમજાવે છે કે પ્રવાહ શા માટે વહે છે (ફોરવર્ડ બાયસ સ્થિતિ).

(B) ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે કારણ કે $A$ પાસેનું વિદ્યુતસ્થિતિમાન $B$ કરતા વધારે છે. આદર્શ ડાયોડ ધારતા,તે શોર્ટ સર્કિટ તરીકે વર્તે છે.
ધારો કે $B$ પાસેનું વિદ્યુતસ્થિતિમાન $0 \ V$ છે. સર્કિટમાં $30 \ V$ નો સ્ત્રોત $10 \ k\Omega$ ના અવરોધ સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલ છે,જે બે $10 \ k\Omega$ ના સમાંતર જોડાણ સાથે જોડાયેલ છે (એક $A$ અને $B$ વચ્ચે,અને બીજો ડાયોડ સાથે શ્રેણીમાં).
બે સમાંતર $10 \ k\Omega$ અવરોધોનો સમતુલ્ય અવરોધ $R_p = \frac{10 \times 10}{10 + 10} = 5 \ k\Omega$ છે.
સર્કિટનો કુલ અવરોધ $R_{eq} = 10 \ k\Omega + 5 \ k\Omega = 15 \ k\Omega$ છે.
બેટરીમાંથી વહેતો પ્રવાહ $I = \frac{30 \ V}{15 \ k\Omega} = 2 \ mA$ છે.
$B$ ની સાપેક્ષમાં $A$ પાસેનું વિદ્યુતસ્થિતિમાન એ સમાંતર જોડાણ $R_p$ પરનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ છે:
$V_{AB} = I \times R_p = 2 \ mA \times 5 \ k\Omega = 10 \ V$.

(C) આપેલ સર્કિટમાં,બે ડાયોડ એવી રીતે જોડાયેલા છે કે ઉપરનો ડાયોડ ફોરવર્ડ-બાયસમાં છે અને નીચેનો ડાયોડ રિવર્સ-બાયસમાં છે.
તેથી,રિવર્સ-બાયસ ડાયોડ ધરાવતી નીચેની શાખા ઓપન સર્કિટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
સર્કિટ $5 \ \Omega$ અવરોધ (બાહ્ય),$5 \ \Omega$ અવરોધ (ઉપરની મધ્યમાં),$10 \ \Omega$ અવરોધ (ઉપર જમણી બાજુ) અને $10 \ \Omega$ અવરોધ (ઉપર ડાબી બાજુ) ના શ્રેણી જોડાણમાં સરળ બને છે.
કુલ અવરોધ $R_{eq} = 5 \ \Omega + 5 \ \Omega + 10 \ \Omega + 10 \ \Omega = 30 \ \Omega$ છે.
પ્રવાહ $i = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{9 \ V}{30 \ \Omega} = 0.3 \ A$ મળે છે.

(C) આપેલ સર્કિટમાં,ડાયોડ $D_{1}$ એ $12.7\; V$ સાથે જોડાયેલ છે અને ડાયોડ $D_{2}$ એ $4\; V$ સાથે જોડાયેલ છે.
ડાયોડ $D_{1}$ ના એનોડ પરનું પોટેન્શિયલ $(12.7\; V)$ એ ડાયોડ $D_{2}$ ના એનોડ પરના પોટેન્શિયલ $(4\; V)$ કરતા વધારે હોવાથી,ડાયોડ $D_{1}$ ફોરવર્ડ બાયસમાં હશે અને ડાયોડ $D_{2}$ રિવર્સ બાયસમાં હશે.
$0.7\; V$ ના ઇન-બિલ્ટ પોટેન્શિયલ ધરાવતા ફોરવર્ડ-બાયસ્ડ ડાયોડ માટે,બિંદુ $A$ પરનો આઉટપુટ વોલ્ટેજ $V_{A} = V_{in} - V_{barrier}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કિંમતો મૂકતા,આપણને $V_{A} = 12.7\; V - 0.7\; V = 12\; V$ મળે છે.
આમ,બિંદુ $A$ પરનો વોલ્ટેજ $12\; V$ છે.

(NO) ના,તે શક્ય નથી. કોઈપણ સ્લેબ,ભલે તે ગમે તેટલો સપાટ હોય,તેની સપાટીની ખરબચડી (roughness) આંતર-પરમાણ્વીય સ્ફટિક અંતર $(\sim 2$ થી $3 \mathring{A})$ કરતા ઘણી વધારે હશે.
આ ખરબચડાપણાને કારણે,પરમાણુ સ્તરે સતત સંપર્ક પ્રાપ્ત કરી શકાતો નથી.
આ જંકશન વહેતા વિદ્યુતભાર વાહકો માટે અસતતતા (discontinuity) તરીકે વર્તશે,જે યોગ્ય $p-n$ જંકશનની રચનાને અટકાવશે.

(N/A) ડાયોડનો અવરોધ ગણવા માટે,આપણે ઓહ્મના નિયમ $R = V / I$ અથવા $r = \Delta V / \Delta I$ નો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
$(a)$ ફોરવર્ડ બાયસ વિસ્તાર માટે,આપણે $I_{D} = 15 \, mA$ પર ડાયનેમિક અવરોધ ગણીએ છીએ. આલેખ પરથી,આપણે $I = 10 \, mA$ $(V = 0.7 \, V)$ અને $I = 20 \, mA$ $(V = 0.8 \, V)$ વચ્ચેનો ઢાળ લઈ શકીએ છીએ.
$r_{f} = \Delta V / \Delta I = (0.8 \, V - 0.7 \, V) / (20 \, mA - 10 \, mA) = 0.1 \, V / 10 \, mA = 10 \, \Omega$.
$(b)$ રિવર્સ બાયસ વિસ્તાર માટે $V_{D} = -10 \, V$ પર,પ્રવાહ $I = -1 \, \mu A$ છે.
સ્થિર અવરોધ $r_{r} = |V| / |I| = 10 \, V / 1 \, \mu A = 10 \, V / (1 \times 10^{-6} \, A) = 1.0 \times 10^{7} \, \Omega$ થાય.

(C) જ્યારે $p-n$ જંકશનને ફોરવર્ડ બાયસ આપવામાં આવે છે,ત્યારે બાહ્ય બેટરીનો ધન છેડો $p$-વિસ્તાર સાથે અને ઋણ છેડો $n$-વિસ્તાર સાથે જોડવામાં આવે છે.
આ બાહ્ય વોલ્ટેજ ડેપ્લેશન વિસ્તારના આંતરિક વિદ્યુતક્ષેત્રનો વિરોધ કરે છે.
પરિણામે,ડેપ્લેશન સ્તરની પહોળાઈ ઘટે છે અને જંકશન પરનો પોટેન્શિયલ બેરિયર ઘટે છે.
આનાથી મેજોરિટી ચાર્જ કેરિયર્સ સરળતાથી જંકશન ઓળંગી શકે છે,જેના પરિણામે નોંધપાત્ર વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે.

(N/A) $p-n$ જંકશન ડાયોડમાં પ્રવાહનું સૂત્ર $I = I_{0} [\exp(eV / k_{B}T) - 1]$ છે.
આપેલ છે: $I_{0} = 5 \times 10^{-12} \; A$, $T = 300 \; K$, $k_{B} = 8.6 \times 10^{-5} \; eV/K$.
$(a)$ $V = 0.6 \; V$ માટે, ઘાતાંક $eV / k_{B}T = 0.6 / (8.6 \times 10^{-5} \times 300) \approx 23.256$.
$I = 5 \times 10^{-12} \times \exp(23.256) \approx 0.063 \; A$.
$(b)$ $V = 0.7 \; V$ માટે, ઘાતાંક $0.7 / (8.6 \times 10^{-5} \times 300) \approx 27.132$.
$I' = 5 \times 10^{-12} \times \exp(27.132) \approx 3.035 \; A$.
પ્રવાહમાં વધારો $\Delta I = I' - I = 3.035 - 0.063 = 2.972 \; A$.
$(c)$ ડાયનેમિક અવરોધ $r_{d} = \Delta V / \Delta I = (0.7 - 0.6) / 2.972 \approx 0.0336 \; \Omega$.
$(d)$ રિવર્સ બાયસમાં, $V$ ઋણ હોય છે। $V = -1 \; V$ અને $V = -2 \; V$ માટે, $\exp(eV/k_{B}T) \approx 0$. તેથી, $I \approx -I_{0} = -5 \times 10^{-12} \; A$. પ્રવાહ વ્યવહારિક રીતે $-5 \times 10^{-12} \; A$ પર અચળ રહે છે.

(B) ડાયોડ એ બે ટર્મિનલ ધરાવતો ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટક છે જે મુખ્યત્વે એક દિશામાં (જેને ફોરવર્ડ-બાયસ્ડ દિશા કહેવાય છે) પ્રવાહનું વહન કરે છે,જ્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં (જેને રિવર્સ-બાયસ્ડ દિશા કહેવાય છે) પ્રવાહને અટકાવે છે. તે સામાન્ય રીતે $p$-પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટર અને $n$-પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટરને જોડીને $p-n$ જંકશન બનાવીને બનાવવામાં આવે છે. તેના એકદિશ ગુણધર્મને કારણે,તેનો ઉપયોગ રેક્ટિફાયર,વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર અને સિગ્નલ ડિમોડ્યુલેટરમાં વ્યાપકપણે થાય છે.

(A) ડાયોડ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર માટેનો પ્રાથમિક બંધારણીય એકમ $p-n$ જંકશન છે.
ઘણા સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોના કાર્યને સમજવા માટે $p-n$ જંકશનનું કાર્ય સમજવું જરૂરી છે.
$p-n$ જંકશનમાં બે ઇલેક્ટ્રોડ હોવાથી,તેને $p-n$ જંકશન ડાયોડ કહેવામાં આવે છે,અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર એ મૂળભૂત રીતે બે $p-n$ જંકશનનું સંયોજન છે.

(N/A) $p-n$ જંકશન એ $p$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર અને $n$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરને જોડીને બનાવવામાં આવે છે. જ્યારે $Si$ વેફરના એક ભાગમાં એક્સેપ્ટર અશુદ્ધિ (જેમ કે $Al$) ઉમેરવામાં આવે છે,ત્યારે તે $p$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર બને છે,અને જ્યારે બીજા ભાગમાં ડોનર અશુદ્ધિ (જેમ કે $As$) ઉમેરવામાં આવે છે,ત્યારે તે $n$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર બને છે.
$p-n$ જંકશનના નિર્માણ દરમિયાન બે મહત્વની પ્રક્રિયાઓ થાય છે: ડિફ્યુઝન (વિસરણ) અને ડ્રિફ્ટ.
ચાર્જ કેરિયર્સના સાંદ્રતા તફાવતને કારણે,હોલ્સ $p$-બાજુથી $n$-બાજુ તરફ $(p \rightarrow n)$ અને ઇલેક્ટ્રોન $n$-બાજુથી $p$-બાજુ તરફ $(n \rightarrow p)$ ગતિ કરે છે. આ ગતિને કારણે ડિફ્યુઝન પ્રવાહ રચાય છે.
જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન $n \rightarrow p$ તરફ ડિફ્યુઝ થાય છે,ત્યારે તેઓ $n$-બાજુ પર આયનાઈઝ્ડ ડોનર અણુઓ (ધન વીજભાર) પાછળ છોડી જાય છે. તેવી જ રીતે,જ્યારે હોલ્સ $p \rightarrow n$ તરફ ડિફ્યુઝ થાય છે,ત્યારે તેઓ $p$-બાજુ પર આયનાઈઝ્ડ એક્સેપ્ટર અણુઓ (ઋણ વીજભાર) પાછળ છોડી જાય છે. આ આયનાઈઝ્ડ વીજભારો અચલ (immobile) હોય છે.
જંકશનની આસપાસનો વિસ્તાર જ્યાં મોબાઈલ ચાર્જ કેરિયર્સનો અભાવ હોય છે તેને ડિપ્લેશન રીજન અથવા ડિપ્લેશન લેયર કહેવામાં આવે છે. તેની જાડાઈ સામાન્ય રીતે $0.5 \mu m$ ના ક્રમની હોય છે.
$n$-બાજુ પર ધન સ્પેસ-ચાર્જ અને $p$-બાજુ પર ઋણ સ્પેસ-ચાર્જને કારણે,$n$-બાજુથી $p$-બાજુ તરફ એક વિદ્યુતક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે. આ વિદ્યુતક્ષેત્ર વધુ ડિફ્યુઝનનો વિરોધ કરે છે અને ચાર્જ કેરિયર્સના ડ્રિફ્ટનું કારણ બને છે. આ વિદ્યુતક્ષેત્રને કારણે જંકશન પર જે પોટેન્શિયલ તફાવત વિકસે છે તેને બેરિયર પોટેન્શિયલ $(V_0)$ કહેવામાં આવે છે.

(N/A) જ્યારે $p-n$ જંકશન બનાવવામાં આવે છે,ત્યારે સાંદ્રતાના તફાવતને કારણે ઇલેક્ટ્રોન $n$-વિસ્તારમાંથી $p$-વિસ્તારમાં અને હોલ્સ $p$-વિસ્તારમાંથી $n$-વિસ્તારમાં પ્રસરણ પામે છે.
જેમ ઇલેક્ટ્રોન $n$-વિસ્તાર છોડે છે,તેમ તેઓ પાછળ ધન ભારિત ડોનર આયનો છોડી જાય છે. તેવી જ રીતે,જેમ હોલ્સ $p$-વિસ્તાર છોડે છે,તેમ તેઓ પાછળ ઋણ ભારિત એક્સેપ્ટર આયનો છોડી જાય છે. આ અચલ આયનો જંકશનની નજીક એક એવો વિસ્તાર બનાવે છે જેમાં મોબાઈલ ચાર્જ કેરિયર્સ હોતા નથી,જેને ડેપ્લેશન રીજન (અવક્ષય વિસ્તાર) કહેવામાં આવે છે.
આ વીજભારનું વિતરણ $n$-બાજુથી $p$-બાજુ તરફ નિર્દેશિત એક વિદ્યુતક્ષેત્ર બનાવે છે. આ વિદ્યુતક્ષેત્ર જંકશન પર એક પોટેન્શિયલ તફાવત બનાવે છે,જે ચાર્જ કેરિયર્સના વધુ પ્રસરણને અવરોધે છે. આ પોટેન્શિયલ તફાવતને બેરિયર પોટેન્શિયલ $(V_0)$ કહેવામાં આવે છે.
સંતુલન સ્થિતિમાં,બેરિયર પોટેન્શિયલ વધુ પ્રસરણને અટકાવે છે,જે ડાયોડની વીજભાર તટસ્થતા જાળવી રાખે છે.

(A) જ્યારે $p-n$ જંકશન રચાય છે,ત્યારે જંકશનની બંને બાજુએ રહેલા વિદ્યુતભારોના સાંદ્રતા તફાવતને કારણે બે મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ થાય છે:
$1$. વિસરણ (Diffusion): સાંદ્રતાના તફાવતને કારણે,$p$-વિસ્તારમાંથી હોલ્સ $n$-વિસ્તાર તરફ અને $n$-વિસ્તારમાંથી ઇલેક્ટ્રોન $p$-વિસ્તાર તરફ ગતિ કરે છે. આ ગતિને કારણે ઉદ્ભવતા પ્રવાહને વિસરણ પ્રવાહ કહે છે.
$2$. ડ્રિફ્ટ (Drift): જેમ જેમ વિદ્યુતભારોનું વિસરણ થાય છે,તેમ ડેપ્લેશન વિસ્તારમાં આયનીકૃત દાતા અને સ્વીકારક પરમાણુઓ બાકી રહે છે. આનાથી $n$-વિસ્તારથી $p$-વિસ્તાર તરફ એક વિદ્યુતક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે. આ વિદ્યુતક્ષેત્ર વિદ્યુતભારોને વિરુદ્ધ દિશામાં ગતિ કરાવે છે,જેને ડ્રિફ્ટ પ્રવાહ કહે છે.

(N/A) ડેપ્લેશન લેયર (અથવા અવક્ષય વિસ્તાર) એ $PN$ જંકશન પર બનતો એક વિસ્તાર છે જ્યાં મોબાઈલ ચાર્જ કેરિયર્સ (ઈલેક્ટ્રોન અને હોલ્સ) જંકશનની આરપાર પ્રસરણ પામીને પુનઃસંયોજિત થાય છે, જેનાથી ત્યાં અચલ આયનીકૃત દાતા અને સ્વીકારક પરમાણુઓ બાકી રહે છે.
કારણ કે આ વિસ્તાર મુક્ત ચાર્જ કેરિયર્સથી મુક્ત છે, તે એક અવાહક સ્તર તરીકે કાર્ય કરે છે જે સંતુલન સ્થિતિમાં જંકશનની આરપાર વિદ્યુતપ્રવાહના વહેણને અટકાવે છે.
ડેપ્લેશન લેયરની જાડાઈનો ક્રમ સામાન્ય રીતે $10^{-6} \, m$ અથવા $1 \, \mu m$ હોય છે.

(N/A) જ્યારે $p-n$ જંકશન રચાય છે,ત્યારે સાંદ્રતાના તફાવતને કારણે ઇલેક્ટ્રોન $n$-વિસ્તારમાંથી $p$-વિસ્તારમાં અને હોલ્સ $p$-વિસ્તારમાંથી $n$-વિસ્તારમાં પ્રસરણ પામે છે.
આ પ્રસરણને લીધે જંકશનની નજીક $n$-વિસ્તારમાં આયનીકૃત દાતા પરમાણુઓ (ધન વીજભાર) અને $p$-વિસ્તારમાં આયનીકૃત સ્વીકારક પરમાણુઓ (ઋણ વીજભાર) બાકી રહે છે.
આ અચલ વીજભારો એક વિદ્યુતક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે જે $n$-વિસ્તાર (ધન બાજુ) થી $p$-વિસ્તાર (ઋણ બાજુ) તરફ હોય છે.
તેથી,$p-n$ જંકશનના ડેપ્લેશન વિસ્તારમાં વિદ્યુતક્ષેત્રની દિશા $n$-બાજુથી $p$-બાજુ તરફ હોય છે.

(N/A) ડેપ્લેશન બેરિયર,જેને ડેપ્લેશન રિજન અથવા ડેપ્લેશન લેયર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે $P-N$ જંકશન પર બનેલો એક વિસ્તાર છે જ્યાં મોબાઈલ ચાર્જ કેરિયર્સ (ઈલેક્ટ્રોન અને હોલ્સ) જંકશનની આરપાર પ્રસરણ પામીને પુનઃસંયોજિત (recombine) થાય છે.
$1$. આ પુનઃસંયોજનને કારણે,જંકશનની નજીકનો વિસ્તાર મોબાઈલ ચાર્જ કેરિયર્સથી ખાલી થઈ જાય છે.
$2$. $P$-બાજુ પર,આ વિસ્તારમાં ઋણ ભારિત અચલ એક્સેપ્ટર આયનો હોય છે,અને $N$-બાજુ પર,તેમાં ધન ભારિત અચલ ડોનર આયનો હોય છે.
$3$. આનાથી $N$-બાજુથી $P$-બાજુ તરફ એક વિદ્યુતક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થાય છે,જે ચાર્જ કેરિયર્સના વધુ પ્રસરણને અટકાવે છે.
$4$. આ વિસ્તારમાં રહેલા સ્થિતિમાનના તફાવતને બેરિયર પોટેન્શિયલ અથવા ડેપ્લેશન બેરિયર કહેવામાં આવે છે,જે જંકશનમાંથી પસાર થતા પ્રવાહ માટે અવરોધ તરીકે કાર્ય કરે છે.

(N/A) સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડ એ $p$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર અને $n$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરને જોડીને બનાવવામાં આવતું એક મૂળભૂત ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણ છે. આ જંકશનમાં બાહ્ય જોડાણો માટે બે ધાતુના સંપર્કો આપવામાં આવે છે,તેથી તેને $p-n$ જંકશન ડાયોડ કહેવામાં આવે છે. આ રચના આકૃતિ $(a)$ માં દર્શાવેલ છે.
$p-n$ જંકશન ડાયોડ માટેની સર્કિટ સંજ્ઞા આકૃતિ $(b)$ માં દર્શાવેલ છે.
સંજ્ઞામાં રહેલ તીરનું નિશાન જ્યારે ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં હોય ત્યારે પ્રવાહની પરંપરાગત દિશા સૂચવે છે.
જંકશન પરના સંતુલિત બેરિયર પોટેન્શિયલને ડાયોડના ટર્મિનલ્સ પર બાહ્ય વોલ્ટેજ $V$ લગાવીને બદલી શકાય છે.

(N/A) $p-n$ જંકશનને બે રીતે બાયસ (bias) કરી શકાય છે:
$(i)$ ફોરવર્ડ બાયસ: આ ગોઠવણીમાં,$p$-વિસ્તારને બાહ્ય બેટરીના ધન ધ્રુવ સાથે અને $n$-વિસ્તારને ઋણ ધ્રુવ સાથે જોડવામાં આવે છે.
$(ii)$ રિવર્સ બાયસ: આ ગોઠવણીમાં,$p$-વિસ્તારને બાહ્ય બેટરીના ઋણ ધ્રુવ સાથે અને $n$-વિસ્તારને ધન ધ્રુવ સાથે જોડવામાં આવે છે.

(N/A) જ્યારે બાહ્ય બેટરીનો ધન ટર્મિનલ $p$-વિસ્તાર સાથે અને ઋણ ટર્મિનલ $n$-વિસ્તાર સાથે જોડવામાં આવે,ત્યારે તે $p-n$ જંકશનને ફોરવર્ડ બાયસ કહેવામાં આવે છે,જે આકૃતિ $(a)$ માં દર્શાવેલ છે.
પરિપથની સંજ્ઞા આકૃતિ $(b)$ માં દર્શાવેલ છે.
જ્યારે ફોરવર્ડ બાયસ લાગુ કરવામાં આવે છે,ત્યારે બાહ્ય વોલ્ટેજ એ ઇન-બિલ્ટ પોટેન્શિયલ બેરિયર $(V_0)$ ની વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે.
પરિણામે,અસરકારક બેરિયરની ઊંચાઈ ઘટીને $(V_0 - V)$ થાય છે અને ડેપ્લેશન વિસ્તારની પહોળાઈ ઘટે છે.
ડેપ્લેશન વિસ્તારમાં ખૂબ ઓછા વિદ્યુતભાર વાહકો હોવાથી તેનો અવરોધ ઘણો વધારે હોય છે,તેથી લાગુ પાડવામાં આવેલ મોટાભાગનો વોલ્ટેજ ત્યાં ડ્રોપ થાય છે,જ્યારે $p$ અને $n$ વિસ્તારમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ નગણ્ય હોય છે.
બેરિયરની ઊંચાઈમાં ઘટાડો થવાને કારણે મેજોરિટી વિદ્યુતભાર વાહકો સરળતાથી જંકશન ઓળંગી શકે છે,જેનાથી પ્રવાહમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે,જે આકૃતિ $(c)$ માં પોટેન્શિયલ એનર્જી ડાયાગ્રામ દ્વારા દર્શાવેલ છે.

(N/A) $p-n$ જંકશન ડાયોડની સ્થિર લાક્ષણિકતાઓ ડાયોડ પર લાગુ પાડવામાં આવેલા વોલ્ટેજ અને તેમાંથી વહેતા પ્રવાહ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે. આ લાક્ષણિકતાઓ વોલ્ટેજ $(V)$ અને પ્રવાહ $(I)$ વચ્ચે આલેખ દોરીને મેળવવામાં આવે છે,જેને $V-I$ લાક્ષણિકતા વક્ર કહેવામાં આવે છે.
સ્થિર લાક્ષણિકતાઓના બે પ્રકાર છે:
$1$. ફોરવર્ડ બાયસ લાક્ષણિકતાઓ: જ્યારે $p$-વિસ્તારને બાહ્ય બેટરીના ધન ટર્મિનલ સાથે અને $n$-વિસ્તારને ઋણ ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે છે,ત્યારે ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે તેમ કહેવાય છે. આ સ્થિતિમાં,પ્રવાહ વોલ્ટેજ સાથે ઘાતાંકીય રીતે વધે છે,જે સામાન્ય રીતે $mA$ ના ક્રમમાં હોય છે.
$2$. રિવર્સ બાયસ લાક્ષણિકતાઓ: જ્યારે $p$-વિસ્તારને ઋણ ટર્મિનલ સાથે અને $n$-વિસ્તારને ધન ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે છે,ત્યારે ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં હોય છે. આ સ્થિતિમાં,ખૂબ જ નાનો પ્રવાહ (રિવર્સ સેચ્યુરેશન કરંટ) વહે છે,જે સામાન્ય રીતે $\mu A$ ના ક્રમમાં હોય છે,જ્યાં સુધી બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ $(V_{br})$ પ્રાપ્ત ન થાય.

(N/A) $1$. ફોરવર્ડ બાયસ: જ્યારે $p$-વિસ્તારને બાહ્ય વોલ્ટેજ સ્ત્રોતના ધન ટર્મિનલ સાથે અને $n$-વિસ્તારને ઋણ ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે છે,ત્યારે ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં હોય છે. ડેપ્લેશન વિસ્તાર સાંકડો થાય છે,અને થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ (સિલિકોન માટે આશરે $0.7 \ V$) પછી વોલ્ટેજ સાથે પ્રવાહ ઘાતાંકીય રીતે વધે છે.
$2$. રિવર્સ બાયસ: જ્યારે $p$-વિસ્તારને ઋણ ટર્મિનલ સાથે અને $n$-વિસ્તારને ધન ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે છે,ત્યારે ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં હોય છે. ડેપ્લેશન વિસ્તાર પહોળો થાય છે,અને માઇનોરિટી કેરિયર્સને કારણે ખૂબ જ ઓછો રિવર્સ સેચ્યુરેશન પ્રવાહ ($\mu A$ માં) વહે છે. બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ $(V_{br})$ તરીકે ઓળખાતા ચોક્કસ વોલ્ટેજ પર,પ્રવાહમાં તીવ્ર વધારો થાય છે.

(N/A) ફોરવર્ડ બાયસ: જ્યારે $PN$ જંકશન ડાયોડના $p$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરને બાહ્ય બેટરીના ધન (+) ટર્મિનલ સાથે અને $n$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરને ઋણ (-) ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે,ત્યારે તેને ફોરવર્ડ બાયસ કહેવામાં આવે છે. આ સ્થિતિમાં,ડેપ્લેશન લેયરની પહોળાઈ ઘટે છે અને પોટેન્શિયલ બેરિયર નીચું થાય છે,જેનાથી વિદ્યુતપ્રવાહ સરળતાથી વહી શકે છે.
રિવર્સ બાયસ: જ્યારે $PN$ જંકશન ડાયોડના $n$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરને બાહ્ય બેટરીના ધન (+) ટર્મિનલ સાથે અને $p$-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરને ઋણ (-) ટર્મિનલ સાથે જોડવામાં આવે,ત્યારે તેને રિવર્સ બાયસ કહેવામાં આવે છે. આ સ્થિતિમાં,ડેપ્લેશન લેયરની પહોળાઈ વધે છે અને પોટેન્શિયલ બેરિયર ઊંચું થાય છે,જે મેજોરિટી ચાર્જ કેરિયર્સના પ્રવાહનો વિરોધ કરે છે,પરિણામે નહિવત વિદ્યુતપ્રવાહ વહે છે.

(N/A) $PN$ જંકશન ડાયોડમાં,જંકશનની આરપાર ચાર્જ કેરિયર્સના પ્રસરણને કારણે પોટેન્શિયલ બેરિયર રચાય છે.
$1$. ફોરવર્ડ બાયસમાં,બાહ્ય વોલ્ટેજ આંતરિક પોટેન્શિયલ બેરિયરનો વિરોધ કરે છે. આનાથી ડેપ્લેશન રિજનની પહોળાઈ ઘટે છે અને પોટેન્શિયલ બેરિયરની ઊંચાઈ ઘટે છે.
$2$. રિવર્સ બાયસમાં,બાહ્ય વોલ્ટેજ આંતરિક પોટેન્શિયલ બેરિયરને ટેકો આપે છે. આનાથી ડેપ્લેશન રિજનની પહોળાઈ વધે છે અને પોટેન્શિયલ બેરિયરની ઊંચાઈ વધે છે.

(N/A) $1$. બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ: આ તે લઘુત્તમ રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ છે જે $P-N$ જંકશન ડાયોડ પર લાગુ કરવામાં આવે છે,જેના પર જંકશન તૂટી જાય છે અને તેમાંથી મોટો પ્રવાહ વહે છે. આ ઝેનર ઇફેક્ટ અથવા એવાલાન્ચ ઇફેક્ટને કારણે થાય છે.
$2$. સેચ્યુરેશન કરંટ: રિવર્સ બાયસ હેઠળ $P-N$ જંકશન ડાયોડમાં,પ્રવાહ લઘુમતી ચાર્જ કેરિયર્સને કારણે હોય છે. આ પ્રવાહ ખૂબ જ નાનો હોય છે અને રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજમાં વધારો થવા છતાં લગભગ અચળ રહે છે. આ અચળ પ્રવાહને રિવર્સ સેચ્યુરેશન કરંટ $(I_0)$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(N/A) થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ,જેને કટ-ઇન વોલ્ટેજ અથવા ની વોલ્ટેજ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે $P-N$ જંકશન ડાયોડમાંથી નોંધપાત્ર પ્રવાહનું વહન શરૂ કરવા માટે જરૂરી લઘુત્તમ ફોરવર્ડ બાયસ વોલ્ટેજ છે.
જર્મેનિયમ $(Ge)$ માટે,થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ આશરે $0.3 \ V$ છે.
સિલિકોન $(Si)$ માટે,થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ આશરે $0.7 \ V$ છે.

(N/A) ડાયનેમિક રેઝિસ્ટન્સ $(r_d)$ ને ડાયોડ પરના વોલ્ટેજમાં થતા નાના ફેરફાર $(\Delta V)$ અને તેના અનુરૂપ પ્રવાહમાં થતા નાના ફેરફાર $(\Delta I)$ ના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
સૂત્ર: $r_d = \frac{\Delta V}{\Delta I}$.
ફોરવર્ડ બાયસ માટે, ડાયનેમિક રેઝિસ્ટન્સ ખૂબ જ ઓછો હોય છે, જે સામાન્ય રીતે $1 \, \Omega$ થી $25 \, \Omega$ ની રેન્જમાં હોય છે.
રિવર્સ બાયસ માટે, ડાયનેમિક રેઝિસ્ટન્સ ખૂબ જ ઊંચો હોય છે, જે સામાન્ય રીતે $10^5 \, \Omega$ થી $10^6 \, \Omega$ ની રેન્જમાં હોય છે.