एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में ज़ेनर डायोड (Zener diode) का प्राथमिक कार्य क्या है?

Question

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The correct answer is B: वोल्टेज विनियमन (Voltage regulation). जेनर डायोड एक विशेष प्रकार का p-n जंक्शन डायोड है जिसे रिवर्स ब्रेकडाउन क्षेत्र में मज़बूती से काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसका मुख्य कार्य इनपुट आपूर्ति वोल्टेज या लोड करंट में उतार-चढ़ाव के बावजूद अपने टर्मिनलों के पार एक स्थिर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखना है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
जेनर डायोड एक विशेष प्रकार का p-n जंक्शन डायोड है जिसे रिवर्स ब्रेकडाउन क्षेत्र में मज़बूती से काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसका मुख्य कार्य इनपुट आपूर्ति वोल्टेज या लोड करंट में उतार-चढ़ाव के बावजूद अपने टर्मिनलों के पार एक स्थिर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखना है।

Working Principle: जब इसे जेनर ब्रेकडाउन वोल्टेज ($V_{Z}$) से अधिक रिवर्स-बायस किया जाता है, तो जेनर डायोड प्रतिरोध में तीव्र कमी प्रदर्शित करता है, जिससे करंट प्रवाहित होने लगता है और इसके सिरों पर वोल्टेज लगभग स्थिर रहता है। यह अत्यधिक डोप किए गए डायोड में जेनर ब्रेकडाउन (क्वांटम टनलिंग) या हल्के डोप किए गए डायोड में एवलांच ब्रेकडाउन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। चूँकि $V_{Z}$ तक पहुँचने के बाद वोल्टेज ड्रॉप स्थिर रहता है, यह प्रभावी रूप से आउटपुट वोल्टेज को 'क्लैंप' (clamp) कर देता है।

Key Formulas: $V_{out} = V_{Z}$ — आउटपुट वोल्टेज जेनर ब्रेकडाउन वोल्टेज पर क्लैंप रहता है।; $I_{Z} = \frac{V_{in} - V_{Z}}{R_{s}}$ — श्रृंखला प्रतिरोध $R_{s}$ का उपयोग करके गणना किया गया जेनर करंट।

Key Points: विनियमन (regulation) उद्देश्यों के लिए जेनर डायोड को हमेशा रिवर्स बायस में जोड़ा जाता है।; जेनर प्रभाव को सक्षम करने के लिए इन्हें मानक सिग्नल डायोड की तुलना में भारी रूप से डोप किया जाता है।; जेनर डायोड में ब्रेकडाउन क्षेत्र गैर-विनाशकारी होता है, बशर्ते बिजली अपव्यय (power dissipation) की सीमा पार न हो।

Advantages: एक बहुत ही स्थिर संदर्भ वोल्टेज प्रदान करता है; कॉम्पैक्ट आकार और ठोस-अवस्था विश्वसनीयता; कम लागत और आसानी से उपलब्ध

Disadvantages: सीमित बिजली प्रबंधन क्षमता; तापमान परिवर्तन के साथ आउटपुट वोल्टेज में थोड़ा बदलाव आ सकता है

Applications: बिजली आपूर्ति में वोल्टेज रेगुलेटर; ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट (क्राउबार सर्किट)

Additional Info: डोपिंग सांद्रता के आधार पर जेनर ब्रेकडाउन वोल्टेज आमतौर पर 2V से 200V तक होता है।. विकल्प A (रेक्टिफिकेशन) एक मानक PN जंक्शन डायोड का कार्य है।. विकल्प C (सिग्नल एम्प्लीफिकेशन) एक ट्रांजिस्टर (BJT/FET) का कार्य है।. विकल्प D (ऑसिलेशन) ट्रांजिस्टर या Op-Amp जैसे सक्रिय तत्व के साथ संयुक्त LC सर्किट का कार्य है।

Answer: B सही है — जेनर डायोड को विशेष रूप से एक स्थिर संदर्भ वोल्टेज प्रदान करने के लिए रिवर्स ब्रेकडाउन क्षेत्र में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो एक वोल्टेज रेगुलेटर के रूप में कार्य करता है।

Exam Tip: प्रतियोगी परीक्षाओं में याद रखें कि मानक डायोड का उपयोग रेक्टिफिकेशन (फॉरवर्ड बायस) के लिए किया जाता है, जबकि जेनर डायोड का उपयोग रेगुलेशन (रिवर्स बायस) के लिए किया जाता है।

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Option A: दिष्टकरण (Rectification)

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Option C: सिग्नल प्रवर्धन (Signal amplification)

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Option D: दोलन (Oscillation)

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