Characteristics of a transistor in common-emitter configuration

সাধারণ নিঃসারক বিন্যাসে npn ট্রানজিস্টরের বৈশিষ্ট্যঃ

[..........অতএব একটি ট্রানজিস্টর, একটি মাইক্রো অ্যামিটার, একটি মিলি অ্যামিটার, একটি মিলি ভোল্ট মিটার, একটি ভোল্ট মিটার এবং দুটি পাওয়ার সাপ্লাই (একটি দিয়েও হতে পারে) হাতের কাছে থাকলেই নির্ণয় করা যেতে পারে ঐ ট্রানজিস্টরের বৈশিষ্ট্যাবলি। এখানে উল্লেখ্য যে অ্যামিটার এবং ভোল্টমিটারের কাজটা মাল্টিমিটার দিয়ে অনায়াসেই করা যায়। যদিও চিত্রে চারটি মিটার ব্যাবহার করা হয়েছে এমনটাই দেখানো হচ্চে তবে দুটি মাল্টিমিটার দিয়েও করা যেতে পারে যদিও সেক্ষেত্রে একটু ঝামালে পোহাতে হবে।]

ট্রানজিস্টরের তিনটি প্রান্তের একটি সংগ্রাহক, একটি ভূমি এবং অপরটি নিঃসারক, ইংরেজীতে এগুলোকে বলা হয় কালেক্টর (Collector), বেস (Base) এবং এমিটার (Emitter)। এখন থেকে আমরা কালেক্টর, বেস এবং এমিটার এই নামগুলোই ব্যাবহার করব। যাহোক, ট্রানজিস্টরের যেহেতু তিনটি প্রান্ত এবিং আমাদের ইনপুট দেওয়া এবং আউটপুট নেওয়ার জন্য চারটি প্রান্ত প্রয়োজন তাই যেকোনো একটিকে সাধারণ বা কমন ধরতে হবে। তিনটি প্রান্তের যে কোনটিকে সাধারণ ধরা যায়, তাই বর্তনী সংযোগের সময় তিন ধরনের বিন্যাস করা যায়। যেমন- ১। কমন কালেক্টর, ২। কমন বেস এবং ৩। কমন এমিটার।

এই তিন ধরনের বর্তনীর মধ্যে কমন বেস এবং কমন এমিটার বর্তনী সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়। এখানে আমরা কমন এমিটার নিয়ে আলোচনা করব।

কমন এমিটার- নাম থেকেই বোঝা যায় যে এই ধরনের বর্তনী বিন্যাসে ইনপুট এবং আউটপুটের ক্ষেত্রে এমিটার কমন থাকবে, অর্থাৎ, বেস এবং এমিটার প্রান্তে ইনপুটের দুটি প্রান্ত সংযুক্ত করতে হবে এবং কালেক্টর এবং এমিটার থেকে আউটপুট নিতে হবে। যেকোন ধরনের বিন্যাসেই ট্রানজিস্টরের কিছু বৈশিষ্ট্য থাকে, তাই কমন এমিটার বিন্যাসেও কিছু বৈশিষ্ট্য থাকবে। আমরা সেই বৈশিষ্ট্যগুলোর দিকেই নজর দেওয়ার চেষ্টা করব। আসলে ট্রানজিস্টরের বৈশিষ্ট্য মানেই হল বিভিন্ন ধরনের ভোল্টেজ এবং কারেন্টের সাপেক্ষে এর আচরণ কিরকম হবে তা। তাই আমরা এবার কমন এমিটার বিন্যাসে বিভিন্ন ধরনের ভোল্টেজ এবং কারেন্ট প্রয়োগ করলে ট্রানজিস্টর কিরকম আচরণ করে তা জানব।

প্রথমে আমরা কমন এমিটারের জন্য ট্রানজিস্টরকে বায়াস করে নিব। আমরা বায়াসিং করার ক্ষেত্রে দুটি ভল্টেজ সোর্স ব্যাবহার করব। ইনপুট প্রান্তে আমরা বেস এবং এমিটারে ভোল্টেজ প্রয়োগ করব, তাই এই ভোল্টেজকে বেস-এমিটার ভোল্টেজ বলব এবং একে v_BE দ্বারা প্রকাশ করব। আউটপুট প্রান্তে আমরা যেহেতু কালেক্টর এবং এমিটারে ভোল্টেজ প্রয়োগ করব তাই একে v_CE দ্বারা প্রকাশ করব। কালেক্টর প্রান্তে যে রোধ সংযুক্ত করব তাকে কালেক্টর রোধ বলব এবং একে R_c দ্বারা প্রকাশ করব। একইভাবে বেস প্রান্তে যে রোধ সংযুক্ত করব তাকে ইনপুট রেসিসটেন্স বলব এবং একে R_B দ্বারা প্রকাশ করব। এখন যেহেতু আমরা বিভিন্ন ধরনের ভোল্টেজ এবং কারেন্ট পরিমাপ করব তাই আমাদের অবশ্যই ভোল্টমিটার এবং অ্যামিটার ব্যাবহার করতে হবে। আমরা ট্রানজিস্টরের বেসে কতটুকু প্রবাহ পাঠাচ্ছি এটা পরিমাপ করার জন্য ট্রানজিস্টরের বেসে প্রান্তে একটা অ্যামিটার সংযুক্ত করে নিব (চিত্র ১)। এটা মাইক্রো রেঞ্জের হতে হবে, কারণ আমরা বেসে খুব কম কারেন্ট প্রবাহিত করাব। একইভাবে কালেক্টরে কতটা কারেন্ট প্রবাহিত হচ্ছে এটা মাপার জন্য আমরা কালেক্টর প্রান্তে একটা অ্যামিটার সংযুক্ত করব। এবার বেসে-এমিটার ভোল্টেজ পরিমাপ করার জন্য আমরা বেস এবং এমিটার-এ একটি ভোল্টমিটারের দুটি প্রান্ত সংযুক্ত করব। এই ভোল্টমিটারটি মিলি রেঞ্জের হলে ভাল হয়। একইভাবে আমরা কালেক্টর এবং এমিটার- এই দুই প্রান্তে অপর একটি ভোল্টমিটার সংযুক্ত করব যাতে করে কালেক্টর-এমিটার ভোল্টেজ পরিমাপ করা যায়। যত ধরনের সংযোগ করা হয়েছে তা চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে। ইনপুট এবং আউটপুট প্রান্তে দুটি পটেনশিওমিটার ব্যবহার করা হয়েছে যাতে করে ভোল্টেজকে ইচ্ছেমত নিয়ন্ত্রন করা যায়।

চিত্র ১ঃ কমন এমিটার সজ্জায় npn ট্রানজিসটর।

প্রথমে আমরা ইনপুট বৈশিষ্ট্য নির্ণয় করব, তাই আমরা অউটপুট অংশকে তেমন কোনো পরিবর্তন না করে ইনপুট ভোল্টেজকে পরিবর্তন করব (চিত্রঃ ১)। আমরা আউটপুট ভোল্টেজকে একটি নির্দিষ্ট মানে রাখব। এখন ইনপুট ভোল্টেজকে পরিবর্তন করলে ইনপুট কারেন্টও পরিবর্তিত হবে। আমরা ইনপুট ভোল্টেজ এবং কারেন্টের এই পরিবর্তন লিপিবদ্ধ করে রাখব। এটিই মূলত কমন এমিটার বিন্যাসে ট্রানজিস্টরের ইনপুট লেখ বৈশিষ্ট্য। ভোল্টেজকে এক্স অক্ষ বরাবর এবং কারেন্টকে ওয়াই অক্ষ বরাবর নিয়ে একটি লেখচিত্র অংকন করব। আমরা জানি যে বেস এমিটার জাংশন একটি pn ডায়োডের জাংশনের মতই তাই আমাদের প্রত্যাশা থাকবে যে আমাদের লেখটি একটি pn জাংশন ডায়োডের ফরোয়ার্ড বায়াসের লেখের মতই হবে কারণ আমরা ট্রানজিস্টরের বেস-এমিটার প্রান্তকে ফরোয়ার্ড বায়াসে রেখেছিলাম। এই লেখটি থেকে আমরা ট্রানজিস্টরের ইনপুট রেসিসটেন্সের মান নির্ণয় করতে পারি। ইনপুট ভোল্টেজ বা বেস-এমিটার ভোল্টেজের পার্থক্যকে সংশ্লিষ্ট বেস কারেন্টের পরিবর্তন দিয়ে ভাগ করলেই আমরা ইনপুট রেসিসটেন্সের মান নির্নয় করতে পারি। নিচের সমীকরণটি এইক্ষেত্রে সহায়ক হবে,

ইনপুট রেসিসটেন্স,

যখন আউটপুট ভোল্টেজ V_CE ধ্রুবক।

রাশিগুলোর মান বসিয়ে সহজেই আমরা কোন ট্রানজিসস্টরের ইনপুট রেসিসটেন্সের মান নির্ণয় করতে পারি।

এবার আউটপুট বৈশিষ্ট্য নির্ণয় করা যাক। যেহেতু আমরা আউটপুট বৈশিষ্ট্য নির্ণয় করব তাই আমরা একটি সুবিধাজনক ইনপুট ভোল্টেজ নির্বাচন করে ইনপুট প্রান্তকে স্থির রাখব অর্থাৎ ইনপুট প্রান্তে আর কোন পরিবর্তন করব না। এই অবস্থায় ইনপুট কারেন্টের মান স্থির থাকবে (ভোল্টেজ)। এখন আমরা কালেক্টর-এমিটার ভোল্টেজের বিভিন্ন মানের জন্য কালেক্টর কারেন্ট পরিমাপ করব এবং লিপিবদ্ধ করে রাখব। এবার কালেক্টর-এমিটার ভোল্টেজকে এক্স অক্ষ বরাবর এবং কালেক্টর কারেন্টকে ওয়াই অক্ষ বরাবর নিয়ে লেখচিত্র অংকন করব। আমার/আমাদের প্রত্যাশা হল যে এই লেখটি মূলবিন্দু থেকে বাড়তে বাড়তে একটা মানে স্থির হয়ে এক্স অক্ষের সমান্তরাল হয়ে যাবে যতক্ষণ না কালেক্টর-এমিটার ভোল্টেজ ট্রানজিস্টরকে নষ্ট করে না দেয়। এই লেখ থেকে আমরা ট্রানজিস্টরের আউটপুট রেসিসটেন্স পরিমাপ করতে পারি। এটা ঠিক ইনপুট রেসিসটেন্সের মান বের করার মতই। নিচের সূত্রটি সহায়ক হবে,

আউটপুট রেসিসটেন্স,

 যখন ইনপুট কারেন্ট I_B ধ্রুবক।

এছাড়াও আউটপুট বৈশিষ্ট্য লেখ থেকে আরও একটা খুব গুরুত্বপূর্ণ পদ আমরা নির্ণয় করতে পারি, তা হল কারেন্ট গেইন, β। আমরা জানি যে কমন এমিটার বিন্যাসের ক্ষেত্রে আউটপুট কারেন্ট বা কালেক্টর কারেন্ট এবং ইনপুট কারেন্ট বা বেস কারেন্টের অনুপাতই হল কারেন্ট গেইন β। তাই নিচের সূত্র হতে সহজেই এই মান নির্ণয় করা যায়,

এভাবেই বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য নির্ণয় করে আমরা বলতে পারি যে বাস্তব ক্ষেত্রে বিভিন্ন বর্তনীতে ব্যাবহারের সময় এই ট্রানজিস্টরটি কেমন আচরণ করবে।

অতএব একটি ট্রানজিস্টর, একটি মাইক্রো অ্যামিটার, একটি মিলি অ্যামিটার, একটি মিলি ভোল্ট মিটার, একটি ভোল্ট মিটার এবং দুটি পাওয়ার সাপ্লাই (একটি দিয়েও হতে পারে) হাতের কাছে থাকলেই নির্ণয় করা যেতে পারে ঐ ট্রানজিস্টরের বৈশিষ্ট্যাবলি। এখানে উল্লেখ্য যে অ্যামিটার এবং ভোল্টমিটারের কাজটা মাল্টিমিটার দিয়ে অনায়াসেই করা যায়। যদিও চিত্রে চারটি মিটার ব্যাবহার করা হয়েছে এমনটাই দেখানো হচ্চে তবে দুটি মাল্টিমিটার দিয়েও করা যেতে পারে যদিও সেক্ষেত্রে একটু ঝামালে পোহাতে হবে।