இருமுனையம்

இருமுனையம் (Diode) அல்லது இருமுனையி (இலங்கை வழக்கு: இருவாயி) என்பது ஒரு திசையில் மட்டும் கடத்தும் மின்னனியல் உறுப்பாகும். இன்று இது பெரும்பாலும் அரைக்கடத்திப் பொருள்களால் ஆன ஒரு நுண்மின்னணுக் கருவி. இது ஒரு திசையில் மின்னழுத்தம் தந்தால் மிக்க் குறைவான மின்தடை தந்து எளிதாக கடத்தி அதிக மின்னோட்டம் தருகின்றது. ஆனால் எதிர் திசையில் மின்னழுத்தம் தந்தால் பேரலவு மின் தடை தந்து அரிதில் கடத்தியாக மிகக்குறைவான மின்னோட்டமே தருகிறது. எனவே இக்கருவியை ஒருவழிக் கடத்தி அல்லது ஒருபால் கடத்தி எனச் சுருக்கமாகக் கூறலாம். இச் சிறப்புப் பண்பின் பயனாக மாறுமின்னோட்டத்தை ஒரே திசையில் பாயும் நேர்மின்னோட்டமாக நெறிப்படுத்த இது பயன்படுகின்றது. இருமுனையம் மிகப்பெரும்பாலான இலத்திரனியல் அல்லது மின்னனியல் கருவிகளில் பயன்படுகின்றது. மின்னழுத்தச் சீர்படுத்தி, எண்ம உறுப்புக் கருவிகள், அலைத்திருத்திகள், குறிப்பலைப் பிரிப்பிகள், மின்னனியல்அலைவிகள் ஆகியவற்றின் மின்னணுவியல் சுற்றுக்களில் இருமுனையம் சிறப்பாகப் பயன்படுகின்றது.
அரைக்கடத்தி இருமுனையம் இன்று மிகப் பரவலாக வழக்கில் உள்ள படிக க் கட்டமைப்புள்ள அரைக்கடத்தி பொருளால் செய்யப்பட்ட மின்னனியல் உறுப்பாகும். இதில் உள்ள p–n சந்திகள் இரு மின்புள்ளிகளில் இணைக்கப்படுகின்றன. வெற்றிடக் குழல் இருமுனையம் ஒரு தட்டு, நேர்முனை, வெப்பமூட்டிய எதிர்முனை ஆகியவை அமைந்த இரு மின்முனையங்களால் ஆகிய மின்னனியல் உறுப்பாகும். இவற்றில் முன்னவையே முதலில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன படிகத்தின் அலைசீராக்கும் இயல்பு 1874 இல் பெர்டினாண்டு பிரவுன் அவர்களால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. பூனைமீசை எனும் முதல்வகை அரைக்கடத்தி இருமுனையங்கள்1906 இல் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. இவை கலினா எனும் கனிமப் படிகத்தால் ஆனவை. இன்று பெரும்பாலான இருமுனையங்கள் மணலகத்தாலோ (சிலிக்கான்) சிலவேளைகளில், ஜெர்மேனியம், செலினியம் ஆகிய படிகப் பொருள்களாலோ செய்யப்படுகின்றன.
இருமுனையத்தின் வழக்கமான செயல் மின்னோட்டத்தை ஒருதிசையில் மட்டும் கடத்துவதாகும். இந்தத் திசை இருமுனையத்தின் முன்னேகும் திசை எனப்படும்.இது எதிர்த்திசையில் மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கும். இருமுனையத்தின் இந்தத் திசை எதிர்திரும்பல் அல்லது எதிரோட்டத் திசை எனப்படும். எனவே இருமுனையத்தைச் சரிபார்ப்புக் கவாடத்தின் (ஓரதரின்) மின்னனியல் வடிவமாகக் கருதலாம். இந்த ஒருதிசை இயக்கம் சீராக்கம் எனப்படுகிறது. இது மாறுதிசை மின்னோட்டத்தை நேர்மின்னோட்டமாக மாற்ற உதவுகிறது. மேலும் வானொலி அலைவாங்கிகளில் வானொலி அலைகளில் இருந்து குறிகைகளைப் பிரிக்க உதவுகிறது. இந்த இருமுனையங்கள் அலைசீராக்கிகளாகச் செயல்படுகின்றன. இவை அலையொற்றிகள் (Detectors) எனப்படுகின்றன.
முன்னேகு திசையில் அரைக்கடத்தி இருமுனையங்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட வாயில்நில மின்னழுத்தம் தரபட்டால் மட்டுமே மின்னோட்டத்தைக் கடத்தத் தொடங்கும். இந்நிலையில் இருமுனையம் முன்னேகும் மின்னழுத்தநிலையில் உள்ளதாகக் கூறப்படும். முன்னேகும் மின்னழுத்தமூட்டிய நிலையில் இருமுனையத்தின் குறுக்கே அமையும் மின்னழுத்தம் மின்னோட்டத்தைப் பொறுத்து மிகவும் அருகியே மாறும்.அன்னல் வெப்பநிலை மாற்றத்தைப் பொறுத்து இம்மின்னழுத்தம் மாறுகிறது; இந்த விளைவு அல்லது பான்மை மின்னழுத்தத்தை மேற்கோளாக்க் கொண்டு வெப்பநிலையை அளக்க உதவுகிறது. இது வெப்பநிலை உணரியாகவோ மின்னழுத்த மேற்கோளாகவோ இருமுனையத்தைப் பயன்கொள்ள உதவுகிறது.
அரைக்கடத்தி இருமுனையத்தின் மின்னோட்ட-மின்னழுத்தப் பான்மைகளை அரைக்கடத்திப் பொருள்களின் தேர்வாலோ அப்பொருள்களுக்குத் தரும் மாசூட்டிகளாலோ வேண்டிவண்னம் மாற்றலாம். இந்நுட்பங்கள் பலவகைப் பயன்பாடுகளைக் கொண்ட சிறப்புவகை இருமுனையங்களை வடிவமைக்க உதவுகிறது. எடுத்துகாட்டாக, மின்னழுத்தஞ் சீராக்கும் சீனர் இருமுனையங்களையும் உயரழுத்த மின்னலையெழுச்சிகளில் இருந்து மின்சுற்ரதர்களுக்குப் பாதுகாப்புதரும் தொடர்பாய்வு இருமுனையங்களையும் வானொலி, தொலைக்கட்சி அலைவாங்கிகளை மின்னனியலாக இசைவிக்கும் மாறுஞ்செயல் இருமுனையங்களையும், வானொலி அலைவெண் அலைகளை உருவாக்கும் அலைவிகளைப் படைக்க உதவும் சுருங்கை இருமுனையங்களையும் குன்வகை இருமுனையங்களையும் இம்பேட் (IMPATT) இருமுனையங்களையும் ஒளிதரும் ஒளியுமிழ் இருமுனையங்களையும் கூறலாம்.சுருங்கை, குன்வகை, இம்பேட்வகை இருமுனையங்கள் எதிர்மத் தடையைக் கொண்டுள்ளதால் இவை நுண்ணலை, நிலைமாற்றச் சுற்றதர்களில் பயன்படுகின்றன.
வெற்றிட, அரைக்கடத்தி இருமுனையங்களை இரைச்சல் ஆக்கிகளாகவும் பயன்படுத்தலாம்.
தூய மணலகம்(சிலிக்கான்) அல்லது சாம்பலகம்(ஜேர்மானியம்) அரைக்கடத்தியின் ஒற்றைப்படிகம் ஒன்றின் ஒருபுறம் ஏற்பான் மாசு அணுக்களாலும் மறுபுறம் கொடை மாசு அணுக்களாலும் மாசூட்டப்படுவதால் PN சந்தி உருவாக்கப்படுகிறது. P-பகுதி அதிகளவில் மின்துளைகளையும் , N-பகுதி அதிகளவில் மின்னன்களையும் பெற்றுள்ளன
சந்தி உருவாக்கப்பட்டவுடன் விரவல் நிகழ்வதால் , மின்துளைகளும் கட்டுறா எதிர்மின்னிகளும் சந்தியைக் கடக்கின்றன. இந்நிகழ்வின் போது N-பகுதியிலிருந்து P-பகுதிக்குச் சந்தியைக் கடந்து செல்லும் எதிர்மின்னிகள் சந்திக்கு அருகில் P-பகுதியில் உள்ள துளைகளுடன் ஒன்றிணைகின்றன. இதுபோன்று மின்துளைகள் சந்தி வழியே P-பகுதியிலிருந்து N-பகுதிக்குச் சென்று சந்திக்கு அருகில் N-பகுதியில் உள்ள எதிர்மின்னிகளுடன் ஒன்றிணைகின்றன. இதனால் சந்திக்கு இருபுறமும் இயக்க மின்னூட்டங்கள் அருகிய பகுதி உருவாக்கப்படுகிறது. இப்பகுதி ஊட்டம் அருகிய பகுதி (depletion region) என்று அழைக்கப்படுகிறது.
ஆகவே சந்திக்கு இடதுபுறம் உள்ள ஏற்பான் அணுக்கள் எதிர்மின்னணுக்களாகவும் வலது புறம் உள்ள கொடை அணுக்கள் நேர்மின்னணுக்களாகவும் மாறுகின்றன.
இயக்கமில்லாப் பகுதியில், கொடை மற்றும் ஏற்பான் அயனிகளுக்கிடையே ஒரு மின்புலம் உருவாக்கப்படுகிறது. N-பகுதியின் மின்னழுத்தம் P-பகுதியின் மின்னழுத்தத்தை விட அதிகம். எனவே எதிர்மின்னிகள் N-பகுதியிலிருந்து குறைந்த மின்னழுத்தம் உள்ள P-பகுதிக்குச் செல்வது தடுக்கப்படுகிறது. இதே போல், P-பகுதியில் மின்துளைகள் குறைந்த மின்னழுத்தத்தில் அமைவதால் N-பகுதிக்குச் செல்வது தடுக்கப்படுகிறது. ஆகவே பெரும்பான்மை மின்னூட்டஙளின் இயக்கத்தை எதிர்க்கும் ஒரு தடை , சந்தியில் உருவாகிறது. தடையின் ஒரு பக்கத்திற்கும் மற்றொரு பக்கத்திற்கும் இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாடே 'மின்னழுத்த அரண்' (potential barrier) ஆகும். மண்ணியத்தினாலான PN-சந்திக்கு ஏறத்தாழ 0.7V ஆகவும் , சாம்பலியத்தினாலான PN-சந்திக்கு ஏறத்தாழ 0.3V ஆகவும் மின்னழுத்த அரண் அமைகிறது. தடையின் ஒரு பகுதியிலிருந்து மற்றொரு பகுதிக்கு உள்ள தொலைவு மின்னழுத்த அரணின் அகலம் என்றழைக்கப்படுகிறது.
இருமுனையத்தின் (Diode) இயக்க இயல்புகளை மின்னோட்ட-மின்னழுத்த இயல்புப் படம் எடுத்துரைக்கின்றது. எந்த திசையில் மின்னழுத்தம் தருகிறோம் என்பதைப் பொறுத்து இரண்டு இயக்க நிலைகளைக் கொண்டது. இது தவிர அத்துமீறிய ஒரு முறிவியக்க நிலையும் உண்டு. அவையானவை:
நேர் அழுத்த முறையில் மின்னழுத்தம் தரும் பொழுது இருமுனையம் மின்னோட்டத்தை அனுமதிக்கும். இந்நிலையில் இருமுனையம் ஒரு எதிர்ப்பற்ற சுற்று (முழுக்கடத்தி இழை) போல் செயல்படும்.
எதிர் அழுத்த முறையில் மின்னழுத்தம் தரும் பொழுது இருமுனையம் மின்னோட்டத்தை அனுமதிக்காது. இந்நிலையில் இருமுனையம் ஒரு விடு்பட்ட சுற்று (அறுந்த சுற்று) போல் செயற்படும்.
எதிர் அழுத்த முறையில் மின்னழுத்தம் தந்தால் இருமுனையம் அதிகம் கடத்தாது என்பது ஒரு குறிப்பட்ட அளவு எதிர் மின்னழுத்தம் வரையிலும் தான். அக் குறிப்பிட்ட எதிர்ம மின்னழுத்தத்தை மீறினால், கட்டின்றி அதிக அளவு மின்னோட்டத்தை எதிர் திசையிலும் கடத்தும். இந்நிலைக்கு முறிவியக்கம் என்று பெயர். இந்நிலையிலும் இருமுனையம் சிறப்பாக பயன்படுகின்றது. ஏனெனில், இருமுனையத்தின் இடையே உள்ள மின்னழுத்தம் அதிகம் மாறாமல் இருமுனையம் வழியே வேண்டிய அளவு மின்னோட்டம் பாய முடியும். அதன் மின்னாற்றல் திறனின் எல்லை அளவை மீறாதிருந்தால் போதுமானது. இவ்வகை பயன்பாட்டிற்காகவே சீனர் இருமுனையங்கள் (Zener Diodes) உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.
மேலே விளக்கப்பட்ட இருமுனைய தொழிற்பாடுகள் கருத்தியல் (ideal) இருமுனையங்களுக்கே பொருந்தும். பயன்பாட்டிலுள்ள இருமுனைய தொழிற்பாடுகள் சற்று வேறுபடும். குறிப்பாக நேர் அழுத்த முறையில் மின்னழுத்த அளவு 0 V அல்லாமல் சுமார் 0.7 V ஆக அமைந்திருக்கும்.
இருமுனையம் வழியே பாயும் மின்னோட்டம் I D {\displaystyle \ I_{\mathrm {D} }} என்றும், இருமுனையத்தின் இருமுனைக்கும் இடையே உள்ள மின்னழுத்தம் V D {\displaystyle \ V_{\mathrm {D} }} என்றும் கொண்டால், இருமுனையத்தின் ஊடே பாயும் மின்னோட்டம்:
மேலே உள்ள சமன் பாட்டில் I S {\displaystyle \ I_{\mathrm {S} }} என்பது எதிர் அழுத்த முறையில் பாயும் மிக மிகச் சிறிதளவான மின்னோட்டம். மேலே உள்ள சமன்பாட்டை (ஈடுகோளை) இன்னும் சுருக்கமாக எழுத,
என்றும் n = 1 {\displaystyle n=1} என்றும் கொண்டால் இருமுனையத்தின் மின்னோட்ட-மின்னழுத்த உறவை கீழ்க்காணுமாறு எழுதலாம்:
மேலுள்ளதில் அறை வெப்பநிலையில் (300 K) V γ = 25 m V {\displaystyle V_{\gamma }=25mV} என்பது குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் மாறா ஒரு நிலையெண்..