ডায়োড ও ট্রায়োড: অদ্ভুতভাবে উদ্ভাবিত হওয়া দুটি অতি-মূল্যবান ডিভাইস

বিজ্ঞান আর প্রযুক্তির সম্পর্কটা বেশ মধুর। বিজ্ঞানীরা বিস্তর খাটাখাটনি করে প্রকৃতির কোনো বিষয়ে জ্ঞান আহরণ করেন, প্রকৃতির আচরণগুলোকে বাঁধেন নানা তত্ত্ব ও সূত্রের মাঝে। তারপর প্রকৌশলী বা প্রযুক্তিবিদরা খুঁজতে থাকেন সে জ্ঞানকে মানুষের কল্যাণে কাজে লাগানোর উপায়। তারা বিজ্ঞানীদের কাছ থেকে জানেন কোনো কিছু কীভাবে কাজ করে। এরপর নিজেরা চেষ্টা করেন সেটিকে নিয়ন্ত্রণ করে কীভাবে নিজেদের ইচ্ছামতো কাজ লাগানো যায়।

বিদ্যুতের ক্ষেত্রেও তা-ই হয়েছিল। বিদ্যুৎ সম্পর্কে ধারণা পাওয়ার পর থেকে  প্রযুক্তিবিদরা উঠেপড়ে লেগেছিলেন এর প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণের চেষ্টায়। ইলেকট্রন আবিষ্কার এক্ষেত্রে বিশাল এক অর্জন নিয়ে আসে। মানুষ জানতে পারে এটিই বিদ্যুতের মূল কারিগর। এটিকে বাগে আনতে পারলেই বিদ্যুৎ নামক এক অমিত সম্ভাবনাময় শক্তিকে ইচ্ছেমতো কাজে লাগানো যাবে। ইলেকট্রনকে নিয়ন্ত্রণের চেষ্টা থেকেই প্রকৌশলবিদ্যার একটি শাখা ইলেকট্রনিক্স-এর জন্ম। 

ইলেকট্রনিক্স নিয়ে সামান্য নাড়াচাড়া করেছে এমন যে কেউই দু’টি ডিভাইসের নাম অকপটে বলে দিতে পারবে- ডায়োড ও ট্রানজিস্টর। এগুলো ইলেকট্রন নিয়ন্ত্রণের জন্য একদম মৌলিক দু’টি ডিভাইস। ডায়োড নামক দুই পায়ের ডিভাইসটি ইলেকট্রনের প্রবাহকে একমূখী করে। অর্থাৎ ইলেকট্রনের চলার পথে এটি লাগিয়ে দিলে ইলেকট্রন কেবল এক দিকে প্রবাহিত হবে; সামনে চলতে পারবে কেবল, ফেরত আসার কোনো সুযোগ নেই।

এদিকে ট্রানজিস্টরের পা তিনটি। এর দুটি পায়ের মধ্য দিয়ে চলমান বিদ্যুৎ প্রবাহ অন্য পায়ের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। দুই ধরনের কাজ করতে পারে এটি; সুইচ হিসেবে ও অ্যামপ্লিফায়ার হিসেবে। সুইচ হিসেবে কাজটি সাধারণ সুইচের মতোই, ঐ পথ দিয়ে বিদ্যুৎ যাবে কি যাবে না তা নিয়ন্ত্রণ করা যায়। অ্যামপ্লিফায়ার হিসেবে কাজ করার অর্থ হলো, এটির ইনপুটে অল্প একটু ভোল্টেজের পরিবর্তন, আউটপুটে বেশ বড়সড় পরিবর্তন এনে দেয়।

হয়তো ডায়োড ও ট্রানজিস্টরের এ কাজগুলোকে সাধারণভাবে তেমন বড় কিছু মনে হচ্ছে না। কিন্তু এ দু’টি ডিভাইসই মানুষের হাতে ইলেকট্রনের প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণের ক্ষমতা এনে দেয়। এ ক্ষমতাকে কাজে লাগিয়ে ইলেকট্রনিক্স জিনিয়াসরা অসাধারণ সব উদ্ভাবন করেছেন। আজকের কম্পিউটারের কথাই ধরুন, কী অসাধারণ ক্ষমতাসম্পন্ন এক যন্ত্র! কিন্তু একদম ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র পর্যায়ে এটিও আসলে ডায়োড, ট্রানজিস্টরের মতো এমন মৌলিক কিছু ডিভাইসের সমন্বয়েই গঠিত।

বর্তমান সময়ে যেসব ডায়োড, ট্রানজিস্টর ব্যবহার করা হয় তাদের সবই সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস। সেমিকন্ডাক্টর বা অর্ধ-পরিবাহী পদার্থ যেমন সিলিকন, জার্মেনিয়াম ইত্যাদি থেকে তৈরি করা হয় এসব ডিভাইস। কিন্তু ইলেকট্রনিক্সের শুরু যখন হয় তখনো মানুষ সেমিকন্ডাক্টরের খোঁজ পায়নি। তখন চলছিল ভ্যাকুয়াম ইলেকট্রনিক্সের যুগ। ভ্যাকুয়াম ইলেকট্রনিক্স বলতে বায়ুশূন্য গ্লাস টিউবের মধ্যে ইলেকট্রনের প্রবাহকে বোঝায়। ইলেকট্রন আবিষ্কারও হয় ভ্যাকুয়াম টিউব নিয়ে কাজ করতে গিয়েই। (এ বিষয়ে বিস্তারিত জানতে দেখুন এখানে।)

মানুষ যখন প্রথম ইলেকট্রন নিয়ন্ত্রণ করতে শেখে তখনকার ডায়োড, ট্রানজিস্টরও ছিল ভ্যাকুয়াম ডিভাইস। তখন অবশ্য ট্রানজিস্টর বলা হতো না, এর তিন পায়ের জন্য এটিকে ট্রায়োড বলা হতো। সেই ভ্যাকুয়াম যুগে ডায়োড ও ট্রায়োড ডিভাইস দু’টি অসাধারণ উদ্ভাবন হলেও এদের উদ্ভাবনের পদ্ধতিটা ঠিক আর দশটা ডিভাইসের মতো ছিল না। এদের উদ্ভাবনের সেই অদ্ভুতুড়ে গল্পই আলোচনার বিষয়।

ভ্যাকুয়াম ডায়োড উদ্ভাবন

ডায়োড উদ্ভাবনের ক্ষেত্রে টমাস আলভা এডিসন বেশ গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রেখেছিলেন। ১৮৮২ সালের দিকের কথা, তিনি তখন তার বৈদ্যুতিক বাতির উন্নয়নে ব্যস্ত। বাতি ঠিকঠাক মতো কাজ করার পরও এটিতে একটি সমস্যা হচ্ছিল, বাতি জ্বলার সময় ফিলামেন্ট থেকে ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র কার্বন কণা ছিটকে বাতির কাচে জমা হতো। একপর্যায়ে কণার পরিমাণ বাড়তে বাড়তে কাচই সম্পূর্ণ অস্বচ্ছ হয়ে পড়ত। এডিসন এ সমস্যা দূর করার জন্য বিস্তর পরীক্ষা চালাচ্ছিলেন, কিছুতেই কিছু হচ্ছিল না।

একপর্যায়ে তিনি ভাবলেন যে ফিলামেন্টের ওপর একটি কপার প্লেট লাগিয়ে দিলে কেমন হয়? কিন্তু এতেও লাভ হল না। এরপর তিনি ভাবলেন যদি কপার প্লেটে বিদ্যুৎ ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়, তবে কি কোনো লাভ হতে পারে? এরপর তিনি এমন একটি বাতির ডিজাইন করলেন। ফিলামেন্টের ওপর একটি কপার প্লেট স্থাপন করা হল, এরপর সেই প্লেটে বিভিন্ন মাত্রার বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হল। এ পরীক্ষাতেও বাতির সমস্যা দূর হয়নি। তবে এখানে এডিসন বেশ চমৎকার একটি বিষয় লক্ষ্য করলেন।

তিনি দেখলেন যখন কপার প্লেটের ভোল্টেজ ফিলামেন্টের তুলনায় ধনাত্মক থাকে তখন ফিলামেন্ট ও কপার প্লেটের মধ্যে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়। কিন্তু যখন কপার প্লেট ফিলামেন্টের তুলনায় ঋণাত্বক হয় তখন বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয় না, যদিও তখন বিপরীত দিকে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হওয়ার কথা। এক কথায় তিনি বিদ্যুতের একমূখী প্রবাহ লক্ষ্য করলেন। তবে এটি তার কাছে খুব একটা গুরুত্ব পায়নি। তিনি তার অভ্যাসবশত এ নিয়ে একটা পেটেন্ট করে আবার তার বাতির সমস্যা সমাধানে মনোযোগী হন। যেহেতু তিনি এ নিয়ে কোনো গবেষণাপত্র লিখেননি, তাই খুব কম বিজ্ঞানী ও প্রযুক্তিবিদরাই জানতে পেরেছিলেন তার এ আবিষ্কারের কথা।

অবশ্য এডিসনের আগেও কার্ল ফার্ডিন্যান্ড ব্রন নামক এক বিজ্ঞানী ১৮৭৪ সালে ডায়োড উদ্ভাবন করেছিলেন। তিনি গ্যালেনা নামক খনিজ পদার্থের দু’পাশে তার সংযুক্ত করে এটি তৈরি করেন। অবশ্য মানের দিক থেকে এটি তেমন একটা উন্নত ছিল না। এডিসনের মতো ব্রনের এ আবিষ্কারও ল্যাবরেটরির মধ্যেই রয়ে গিয়েছিল। কেউ তেমন কোনো ব্যবহার খুঁজে পায়নি এর।

ডায়োডের প্রথম উল্লেখযোগ্য ব্যবহার করেন আমাদের জগদীশ চন্দ্র বসু। ১৮৯৯ সালে তিনি দেখান যে, ডায়োড ব্যবহার করে তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গের উপস্থিতি নির্দেশ করা যায়। এ কাজের জন্য তখন ‘কোহেরার’ প্রযুক্তি ব্যবহার করা হতো। জগদীশ চন্দ্র বসু দেখালেন যে ডায়োড এক্ষেত্রে কোহেরারের চেয়েও ভালো কাজ করে। তিনি এক্ষেত্রে গ্যাকেনা ডায়োড ব্যবহার করেন।

ডায়োডের উদ্ভাবন সম্পূর্ণতা পায় আরো পরে, জন এমব্রোস ফ্লেমিংয়ের হাত ধরে। ওয়্যারলেস টেলিগ্রাফির আবিষ্কারক মার্কনি তাকে আহ্বান জানিয়েছিলেন তার সাথে কাজ করতে। মার্কনির টেলিগ্রাফে তখনো ওয়্যারলেস সিগন্যালের উপস্থিতি নির্দেশ করার জন্য কোহেরার ব্যবহার করা হতো, কিন্তু এটি তেমন একটা সংবেদনশীল ছিল না। ফ্লেমিং জগদীশ চন্দ্র বসুর আবিষ্কারের বিষয়টি জানতেন। পূর্বে এডিসনের কোম্পানিতে উপদেষ্টা হিসেবে কাজ করার সুবাধে এডিসনের আবিষ্কার সম্পর্কে জানা হাতে গোনা কয়েকজনের একজন ছিলেন তিনি।

ফ্লেমিং ঠিক করলেন ওয়্যারলেস টেলিগ্রাফে জগদীশ চন্দ্র বসুর আবিষ্কার ব্যবহার করবেন। এটিকে উন্নত করে টেলিগ্রাফে ব্যবহারের জন্য তিনি এতে গ্যালেনা ডায়োডের বদলে এডিসনের মতো ডায়োড ব্যবহার করার পরিকল্পনা করেন। সে উদ্দেশ্যে তিনি এডিসনের সেই পরীক্ষা অনুসারে উন্নত একটি ডায়োড ডিজাইন করেন। তার তৈরি করা এ ডায়োডটিই পরে ভ্যাকুয়াম ডায়োড হিসেবে পরিচিত হয়ে ওঠে। হয়ে ওঠে ভ্যাকুয়াম ইলেকট্রনিক্সের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ডিভাইসগুলোর একটি। ফ্লেমিংয়ের জন্যেও এটি বিস্তর অর্থ ও খ্যাতি নিয়ে আসে। বিজ্ঞানের প্রতি অবদানের জন্য তিনি নাইট উপাধিতেও ভূষিত হন।

ডায়োড উদ্ভাবনের ঘটনাটা কেমন অদ্ভুতুড়ে মনে হচ্ছে না? এডিসন কোনোরকম পরিকল্পিত গবেষণা ছাড়া এ ঘটনা লক্ষ্য করে বসলেন। এমনকি লক্ষ্য করার পরও এটি তাকে আগ্রহী করে তুলতে পারল না। এটি কেন হয় তাও তিনি বুঝতে পারেননি। আর এদিকে ফ্লেমিং এডিসন ও জগদীশচন্দ্র বসুর গবেষণাকে যুক্ত করে, ডায়োডের ব্যবহার দেখিয়ে বিশ্ববিখ্যাত হয়ে গেলেন। অদ্ভুতুড়ে কাণ্ড-কীর্তি। তবে ট্রায়োড ঘটনা একেও ছাড়িয়ে যায়।

ভ্যাকুয়াম ট্রায়োড উদ্ভাবন

ট্রায়োড আবিষ্কার করেন লী ডি ফরেস্ট। শৈশব থেকেই বিভিন্ন যন্ত্রপাতি নিয়ে কাজ করার শখ ছিল তার। শিক্ষাজীবনে এসে তড়িৎচুম্বক নিয়ে আগ্রহী হয়ে উঠেছিলেন। ইয়েল ইউনিভার্সিটি থেকে পিএইচডি করার সময় তার থিসিস ছিল এ বিষয়ে। গ্র্যাজুয়েশন শেষ করে ব্যবসায়ও নেমেছিলেন, চেয়েছিলেন মার্কনির সাথে তারবিহীন টেলিগ্রাফির ব্যবসায় পাল্লা দিতে। অবশ্য সে ব্যবসায় ভরাডুবি হয় তার। এমন যন্ত্রপাতি ও ওয়্যারলেস টেলিগ্রাফি নিয়ে আগ্রহী একজন ব্যক্তি যে ফ্লেমিংয়ের ডায়োড নিয়ে আগ্রহী হয়ে ওঠবেন তা তো জানা কথাই।

১৯০৪ সালে যখন ফ্লেমিং ভ্যাকুয়াম ডায়োডকে সবার সামনে নিয়ে আসলেন, তখন থেকে ফরেস্ট এ নিয়ে নাড়াচাড়া শুরু করেন। কোনোভাবে এটিকে উন্নত করার উপায় ভাবতে থাকেন তিনি। একবার তিনি একটি ডায়োডকে একজন কাঁচনির্মাতার কাছে নিয়ে যান এবং বলেন ডায়োডের দুই পায়ের মাঝে অন্য একটি পা যুক্ত করে দিতে। তারপর এই তৃতীয় পা নিয়ে নানান পরীক্ষা নিরীক্ষা করতে গিয়ে তিনি লক্ষ্য করেন ঐ দুই পায়ের মধ্যে চলা বিদ্যুৎ প্রবাহের পরিমাণকে, এই তৃতীয় পায়ের মাধ্যমে প্রভাবিত করা যাচ্ছে।

তিনি যেন অনেকটা পানির পাইপের মধ্যে একটি ট্যাপ জুড়ে দিয়েছেন, এই ট্যাপকে ঘুরিয়ে তিনি এখন ওই দুই পায়ের মধ্যবর্তী প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণ করতে সক্ষম হন। তবে সবচেয়ে মজার বিষয় হচ্ছে পরে যখন লী ডি ফরেস্টকে জিজ্ঞেস করা হয়েছিল যে, তিনি কেন এ তৃতীয় পা যুক্ত করতে চেয়েছিলেন, তিনি এর জবাব দিতে পারেননি। এমনকি এটি তৈরি হওয়ার পর এটি কীভাবে কাজ করে এ বিষয়েও তার ধারণা ছিল ভুল।

বিষয়টা সত্যিই অবাক করার মতো। ইলেকট্রনিক্সের সবচেয়ে বড় হাতিয়ারটি যিনি আবিষ্কার করলেন, তিনি জানতেনই না কীভাবে তিনি এটি করলেন। এমন ঘটনাকেই হয়তো ‘এক্সপার্ট ইনটুইশন’ বলা যায়। অনেকসময় অনেক বিষয়ে বিশেষজ্ঞদের স্রেফ মনে হয় এটা হয়তো কাজ করতে পারে এবং সেটি কাজ করে। কিন্তু তারা সচেতনভাবে ব্যাখ্যা দিতে পারেন না যে কেন তাদের এমনটা মনে হল। হিসাব নিকাশ সব ঘটে তাদের অবচেতন মনে।

যাহোক সচেতনভাবে হোক বা অবচেতনে হোক লী ডি ফরেস্ট ইলেকট্রনিক্সকে এর সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ারটি দিয়েছেন। ডায়োড ও ট্রায়োড আবিষ্কারের পর এদের অসাধারণ সব প্রয়োগ খুঁজে পাওয়া যায়। ডায়োড তো ওয়্যারলেস টেলিগ্রাফির জন্যেই উদ্ভাবিত হয়েছিল। এরপর এসি থেকে ডিসি কারেন্টে রূপান্তরের জন্যেও এর ব্যবহার জনপ্রিয় হয়। আর ট্রায়োড রেডিও সিগন্যাল ও অডিও সিগন্যালের জন্য অ্যামপ্লিফায়ার হিসেবে এবং ইলেকট্রনিক সার্কিটে অসিলেটর হিসেবে ব্যবহৃত হতে শুরু করে।

এ দু’টি ডিভাইসের আবিষ্কার সত্যিকার অর্থে ভ্যাকুয়াম ইলেকট্রনিক্স যুগের শুরু করে। কারণ এগুলো ইলেকট্রনের প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণের ক্ষমতা এনে দেয় মানুষের হাতে। ভ্যাকুয়াম ডিভাইস দিয়ে তৈরি সবচেয়ে অসাধারণ প্রযুক্তি ছিল সম্ভবত ইনিয়াক, পৃথিবীর প্রথম কম্পিউটারটি। এরপর আসে সেমিকন্ডাক্টর ইলেকট্রনিক্সের যুগ, যে যে যুগ আমরা ভোগ করছি বর্তমানে। সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস কীভাবে ইলেকট্রনিক্সের জগতকে বদলে দিয়েছিল তা নিয়ে আলোচনা আছে। দেখুন এখানে। 

তথ্যসূত্র

Conquering the Electron by Derek Cheung, Eric Brach, page (118-125)

ফিচার ইমেজ- wallscover.com