ආපසු Dashboard එකට
Unit 09
ඉලෙක්ට්රොනික විද්යාව (Electronics) - අධ්යයන පිටුව
අර්ධ සන්නායක, ට්රාන්සිස්ටර, මෙහෙයුම් ප්රවර්ධක සහ තාර්කික ද්වාරවල ලෝකය.
සම්පත් පොත් මූලික සංකල්ප
- • P-N සන්ධි දියෝඩය: පෙරබෑවුම් (Forward Bias) අවස්ථාවේදී ධාරාව ගලා යන අතර, පසුබෑවුම් (Reverse Bias) අවස්ථාවේදී ධාරාව ගලා නොයයි.
- • ට්රාන්සිස්ටරය: පොදු විමෝචක වින්යාසයේදී මෙය ප්රවර්ධකයක් ලෙස හෝ ස්විචයක් ලෙස ක්රියා කරයි.
- • මෙහෙයුම් ප්රවර්ධක (Op-Amps): ඉතා ඉහළ ප්රදාන ප්රතිරෝධයක් සහ ඉතා ඉහළ වෝල්ටීයතා ලාභයක් සහිත IC වර්ගයකි.
Paper Marking රහස් (Exam Traps)
⚠️ අවස්ථා විපර්යාසය (Phase Inversion):පොදු විමෝචක (CE) ප්රවර්ධකයක ප්රතිදාන සංඥාව ප්රදාන සංඥාවට සාපේක්ෂව 180° ක් වෙනස් වේ. ප්රස්ථාර අඳින විට මෙය අනිවාර්යයෙන්ම දැක්විය යුතුය.
⚠️ තාර්කික ද්වාර සත්යතා වගු:සත්යතා වගුවක ප්රතිදානය (Output) ලිවීමේදී 0 සහ 1 භාවිත කළ යුතුය. ඇතැම් විට විභාගයේදී High/Low ලෙසද ඇසිය හැක.
📘 සම්පත් පොත් සාරාංශය: ඉලෙක්ට්රොනික විද්යාව
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- සහජ අර්ධ සන්නායක (Intrinsic Semiconductors): කිසිදු අපද්රව්යයක් අඩංගු නොවන, අතිශය පිරිසිදු අර්ධ සන්නායක වේ (උදා: පිරිසිදු Si, Ge).
- මාත්රණය (Doping): සහජ අර්ධ සන්නායකවල සන්නායකතාව වැඩි කිරීම සඳහා සුදුසු අපද්රව්ය පරමාණු (Impurity atoms) ඉතා කුඩා ප්රමාණයක් එකතු කිරීමේ ක්රියාවලියයි.
- වියුක්ති කලාපය (Depletion Region): p-n සන්ධියක් ආසන්නයේ නිදහස් ආරෝපණ වාහක නොමැති, නිශ්චල අයන පමණක් පවතින කලාපයයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- සන්ධි ධාරාව: I_E = I_B + I_C
- සෙනර් ඩයෝඩයේ උපරිම ජවය: P_ZM = V_Z * I_ZM
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- n-වර්ගයේ බහුතර වාහක ඉලෙක්ට්රෝන වන අතර p-වර්ගයේ බහුතර වාහක කුහර (Holes) වේ.
- p-n සන්ධියක් පෙර නැඹුරු (Forward bias) කළ විට වියුක්ති කලාපයේ පළල අඩු වේ. පසු නැඹුරු (Reverse bias) කළ විට පළල වැඩි වේ.
- සිලිකන් (Si) ඩයෝඩයක කැපුම් වෝල්ටීයතාව (Knee voltage) ≈0.7 V ද, ජර්මේනියම් (Ge) සඳහා ≈0.3 V ද වේ.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
සෙනර් ඩයෝඩය (Zener Diode): වෝල්ටීයතා නියාමනය (Voltage regulation) සඳහා මෙය සැමවිටම පරිපථයට සම්බන්ධ කළ යුත්තේ පසු නැඹුරු (Reverse biased) තත්ත්වයෙනි. එසේම ඒ හරහා ගලන ධාරාව සීමා කිරීමට ශ්රේණිගත ප්රතිරෝධකයක් (R) අනිවාර්යයෙන් තිබිය යුතුය.
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- ද්විධ්රැවීය ට්රාන්සිස්ටර (Bipolar Junction Transistors - BJT): ඉලෙක්ට්රෝන සහ කුහර යන වාහක වර්ග දෙකම සන්නායකතාව සඳහා දායක වන ට්රාන්සිස්ටර වර්ගයකි (npn සහ pnp).
- ක්ෂේත්ර ආචරණ ට්රාන්සිස්ටර (Field Effect Transistors - FET): එක් ආරෝපණ වාහක වර්ගයක් (ඉලෙක්ට්රෝන හෝ කුහර) පමණක් ධාරාව ගෙන යන ඒකධ්රැවීය (Unipolar) ට්රාන්සිස්ටරයකි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- BJT ධාරා ලාභය: β = I_C / I_B
- BJT ධාරා සම්බන්ධය: I_E = I_B + I_C
- වෝල්ටීයතා සමීකරණය (ප්රතිදාන පුඩුව): V_CE = V_CC - I_C * R_C
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- ට්රාන්සිස්ටරයක් වර්ධකයක් (Amplifier) ලෙස ක්රියා කිරීමට නම් එය සක්රිය ප්රදේශයේ (Active Region) පැවතිය යුතුය. මෙහිදී E-B සන්ධිය පෙර නැඹුරු ද, B-C සන්ධිය පසු නැඹුරු ද විය යුතුය.
- ට්රාන්සිස්ටරයක් ස්විචයක් (Switch) ලෙස භාවිත කිරීමේදී එය ක්රියා කරන්නේ කපාහැරීමේ ප්රදේශය (Cut-off - OFF තත්ත්වය) සහ සංතෘප්ත ප්රදේශය (Saturation - ON තත්ත්වය) තුළ පමණි.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
BJT යනු ධාරා පාලිත (Current controlled) උපාංගයකි (I_B මගින් I_C පාලනය කරයි). නමුත් FET යනු වෝල්ටීයතා පාලිත (Voltage controlled) උපාංගයකි (V_GS මගින් I_D පාලනය කරයි).
| ලක්ෂණය (Characteristic) | BJT ට්රාන්සිස්ටරය | JFET ට්රාන්සිස්ටරය |
|---|---|---|
| පාලනය (Control) | ධාරා පාලිත (I_B මගින් පාලනය වේ) | වෝල්ටීයතා පාලිත (V_GS මගින් පාලනය වේ) |
| ප්රදාන ප්රතිරෝධය (Input Resistance) | අඩුය (කිලෝ ඕම් / kΩ ගණනකි) | ඉතා ඉහළය (මෙගා ඕම් / MΩ ගණනකි) |
| ධාරා වර්ගය (Carrier Type) | द्वිධ්රැවීය (කුහර සහ ඉලෙක්ට්රෝන) | ඒකධ්රැවීය (කුහර හෝ ඉලෙක්ට්රෝන පමණි) |
| ඝෝෂාව (Noise level) | වැඩිය | ඉතා අඩුය |
ප්රධාන أර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- කාරක වර්ධකය: කාරක වර්ධකය යනු ඉතා ඉහළ වෝල්ටීයතා ලාභයක් (Open-loop gain) සහිත, සෘජු ධාරා (DC) මෙන්ම ප්රත්යාවර්ත ධාරා (AC) සංඥා වර්ධනය කළ හැකි මූලික ඉලෙක්ට්රොනික උපාංගයකි.
- අතාත්වික භූගතය (Virtual Earth): වර්ධකයේ එක් ප්රදානයක් (උදා: අනපවර්තන ප්රදානය) භූගත කර ඇති විට, අනෙක් ප්රදානය ද භූගත විභවයට (0 V) ආසන්නව පවතින බව සැලකීමේ සංකල්පයයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- විවෘත පුඩු ලාභය: A_0 = V_out / (V_+ - V_-)
- අපවර්තන වර්ධකයේ (Inverting Amp) ලාභය: G = -R_f / R_in
- අනපවර්තන වර්ධකයේ (Non-inverting Amp) ලාභය: G = 1 + R_f / R_in
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- පරමාදර්ශී (Ideal) Op-Amp ලක්ෂණ: අනන්ත ප්රදාන ප්රතිරෝධය (R_in = ∞), ශුන්ය ප්රතිදාන ප්රතිරෝධය (R_out = 0), අනන්ත විවෘත පුඩු ලාභය (A_0 = ∞), අනන්ත කලාප පළල (Infinite Bandwidth).
- ධන ප්රතිපෝෂණය (Positive feedback) දෝලක (Oscillators) සඳහා ද, සෘණ ප්රතිපෝෂණය (Negative feedback) වර්ධක (Amplifiers) සඳහා ද භාවිත වේ.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
ස්වර්ණමය නීති දෙක (Golden Rules): ගැටළු විසඳීමේදී අනිවාර්යයෙන් යොදාගන්න. 1. ප්රදාන අග්ර දෙක අතර විභව අන්තරය ශුන්ය වේ (V_+ = V_-). 2. ප්රදාන අග්ර තුළට ධාරාවක් ගමන් නොකරයි (I_+ = 0, I_- = 0).
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- තාර්කික ද්වාර (Logic Gates): තාර්කික ද්වාර යනු බූලියානු වීජ ගණිතය මත පදනම්ව සංඛ්යාංක සංඥා (1 සහ 0) හසුරුවන මූලික ඉලෙක්ට්රොනික පරිපථ වේ.
- සර්වත්ර ද්වාර (Universal Gates): වෙනත් ඕනෑම මූලික ද්වාරයක් (AND, OR, NOT) නිර්මාණය කරගැනීම සඳහා තනිවම භාවිත කළ හැකි ද්වාර වේ (උදා: NAND සහ NOR).
- ෆ්ලිප්-ෆ්ලොපය (Flip-Flop): දත්ත බිටුවක් (1 bit) ගබඩා කර තබා ගත හැකි, ස්ථායී අවස්ථා දෙකක් ඇති මූලික මතක උපාංගයකි (Memory element).
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- AND ද්වාරය: F = A · B
- OR ද්වාරය: F = A + B
- NOT ද්වාරය: F = Ā
- NAND ද්වාරය: F = A · B (inverted)
- NOR ද්වාරය: F = A + B (inverted)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- NOR ද්වාර දෙකක් කතිර හැඩයට සම්බන්ධ කිරීමෙන් (Cross-coupled) S-R ෆ්ලිප්-ෆ්ලොපයක් සාදා ගත හැක.
- මතක රෙජිස්ටර (Registers) සහ පරිගණක මතක (RAM) නිර්මාණය සඳහා ෆ්ලිප්-ෆ්ලොප් බහුලව භාවිත වේ.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
NOR ද්වාර භාවිතයෙන් සෑදූ S-R ෆ්ලිප්-ෆ්ලොපයකදී, ප්රදානයන් දෙකටම එකවර 1 ලබා දීම (S=1, R=1) "වලංගු නොවන අවස්ථාවක්" (Invalid state) ලෙස සැලකේ. විභාගයේදී මෙහි ප්රතිදානයන් Q=0 සහ Q̄=0 ලෙස ලැබේ, එය ෆ්ලිප්-ෆ්ලොපයේ මූලධර්මයට පටහැනි බැවින් භාවිත නොකෙරේ.
Logic Gate Playground (තාර්කික ද්වාර පුවරුව)
තාර්කික ද්වාරයක ක්රියාකාරීත්වය සත්යතා වගුවට අනුව සජීවීව පරීක්ෂා කරන්න.
Output Status
A
B
AND
Y = 0
BOOLEAN: Y = A . B
විභාග ප්රශ්න විමර්ශනය (Mini Quiz)
පොදු විමෝචක (Common Emitter) ප්රවර්ධකයක, ප්රදාන සංඥාවට සාපේක්ෂව ප්රතිදාන සංඥාවේ "අවස්ථා වෙනස" (Phase Difference) කොපමණද?