લિનિયર ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (4341105) - શિયાળો 2023 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

નેગેટિવ ફિડબેક શું છે? નેગેટિવ ફિડબેકના ફાયદા અને ગેરફાયદાની સૂચિ બનાવો.

જવાબ: નેગેટિવ ફિડબેક એટલે આઉટપુટ સિગ્નલનો એક ભાગ 180° ફેઝ શિફ્ટ સાથે ઇનપુટમાં પાછો મોકલવો જેથી ઇનપુટ સિગ્નલમાં ઘટાડો થાય.

મેમરી ટ્રીક: “SIRS” - Stability Improved, Reduced distortion, Sensitivity decreased

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

એમ્પલિફાયરના ફ્રિક્વન્સી રિસ્પોન્સ અને ડિસ્ટોર્શન ઉપર નેગેટિવ ફિડબેકની અસર સમજાવો.

જવાબ: નેગેટિવ ફિડબેક એમ્પલિફાયરમાં ફ્રિક્વન્સી રિસ્પોન્સ સુધારે છે અને ડિસ્ટોર્શન ઘટાડે છે.

આકૃતિ:

graph TD
    A[Feedback વગરનો એમ્પલિફાયર] --> B[સાંકડી બેન્ડવિડ્થ]
    C[નેગેટિવ ફિડબેક સાથેનો એમ્પલિફાયર] --> D[વધુ પહોળી બેન્ડવિડ્થ]
    E[હાર્મોનિક્સ સાથેનું ઇનપુટ] --> F[Feedback વગરનો એમ્પલિફાયર] --> G[વધુ હાર્મોનિક્સ સાથેનું આઉટપુટ]
    E --> H[નેગેટિવ ફિડબેક સાથેનો એમ્પલિફાયર] --> I[ઓછા હાર્મોનિક્સ સાથેનું આઉટપુટ]

મેમરી ટ્રીક: “WIDE” - With negative feedback, Improved response, Distortion reduced, Extended bandwidth

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

નેગેટિવ ફિડબેક વોલ્ટેજ એમ્પલિફાયરના ઓવરઓલ ગેઇન માટે સમીકરણ તારવો.

જવાબ: નેગેટિવ ફિડબેક વોલ્ટેજ એમ્પલિફાયરના ઓવરઓલ ગેઇન માટેનું સમીકરણ નીચે મુજબ તારવી શકાય:

આકૃતિ:

• ઇનપુટ સમીકરણ: V’ = Vi - βVo
• આઉટપુટ સમીકરણ: Vo = AV'
• બંનેને જોડતા: Vo = A(Vi - βVo)
• Vo માટે ઉકેલતા: Vo = AVi - AβVo
• ફેરવીને: Vo(1 + Aβ) = AVi
• અંતિમ સમીકરણ: Vo/Vi = A/(1 + Aβ) = Af

મેમરી ટ્રીક: “LOOP” - Look at Original Open-loop gain and Proceed with feedback

પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 ગુણ]

#

વોલ્ટેજ શંટ એમ્પ્લીફાયર અને વર્તમાન શ્રેણીના એમ્પ્લીફાયરની તુલના કરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TB
    subgraph "વોલ્ટેજ શંટ"
        A1[ઇનપુટ વોલ્ટેજ] --> B1[શંટ જોડાયેલ β]
        B1 --> C1[એમ્પલિફાયર]
        C1 --> D1[આઉટપુટ વર્તમાન]
    end
    subgraph "વર્તમાન શ્રેણી"
        A2[ઇનપુટ વર્તમાન] --> B2[શ્રેણીમાં જોડાયેલ β]
        B2 --> C2[એમ્પલિફાયર]
        C2 --> D2[આઉટપુટ વોલ્ટેજ]
    end

મેમરી ટ્રીક: “VICS” - Voltage shunt In, Current out; Series has opposite

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

ઓસિલેશન માટે Barkhausen’s criteriaની ચર્ચા કરો.

જવાબ: Barkhausen’s criteria અનુસાર સતત ઓસિલેશન માટે, નીચેની શરતો પૂરી થવી જોઈએ:

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: “LOOP” - Loop gain One, Oscillation needs Phase shift zero

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

હાર્ટલી ઓસીલેટર અને કોલપીટ્સ ઓસીલેટરનો સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

હાર્ટલી ઓસીલેટર:

કોલપીટ્સ ઓસીલેટર:

મેમરી ટ્રીક: “HaLs CoCs” - Hartley has inductors in series, Colpitts has Capacitors in series

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

UJT ને રિલેક્સેશન ઓસિલેટર તરીકે સમજાવો

જવાબ: UJT (Unijunction Transistor) કૅપેસિટરને વારંવાર ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કરીને રિલેક્સેશન ઓસિલેટર તરીકે કામ કરે છે.

આકૃતિ:

• ઇન્ટ્રિન્સિક સ્ટેન્ડઓફ રેશિયો: η = RB1/(RB1+RB2)
• પીક વોલ્ટેજ: VP = η×VBB + VD
• ફ્રિક્વન્સી: f = 1/[R×C×ln(1/(1-η))]

મેમરી ટ્રીક: “CFDR” - Charge, Fire, Discharge, Repeat

પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 ગુણ]

#

ઓસિલેટરનું વર્ગીકરણ કરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[ઓસિલેટર્સ] --> B[RC ઓસિલેટર્સ]
    A --> C[LC ઓસિલેટર્સ]
    A --> D[ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર્સ]
    A --> E[રિલેક્સેશન ઓસિલેટર્સ]
    B --> F[વિએન બ્રિજ]
    B --> G[ફેઝ શિફ્ટ]
    C --> H[હાર્ટલી]
    C --> I[કોલપીટ્સ]
    C --> J[ક્લેપ]
    E --> K[UJT આધારિત]
    E --> L[IC 555 આધારિત]

મેમરી ટ્રીક: “SRLC” - Sine waves from RC, LC, and Crystal oscillators

પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 ગુણ]

#

UJT નું બાંધકામ તેના પ્રતીક (સિમ્બોલ) સાથે સમજાવો.

જવાબ: UJT (Unijunction Transistor) માં હલકા ડોપ્ડ N-પ્રકારના સિલિકોન બાર હોય છે જેમાં બંને છેડે ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન (બેઝિસ) અને P-પ્રકારના એમિટર જંક્શન હોય છે.

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: “BEB” - Bases at Ends, Emitter in Between

પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 ગુણ]

#

વેન બ્રિજ ઓસિલેટર સર્કિટનું કાર્ય સમજાવો.તેની એપ્લિકેશનની યાદી બનાવો.

જવાબ: વેન બ્રિજ ઓસિલેટર પોઝિટિવ ફિડબેક માટે RC નેટવર્ક અને એમ્પ્લિટ્યુડ સ્ટેબિલિટી માટે નેગેટિવ ફિડબેક વાપરીને સાઇન વેવ્સ ઉત્પન્ન કરે છે.

આકૃતિ:

graph TD
    subgraph "પોઝિટિવ ફિડબેક"
        R1 --- C1
        R2 --- C2
    end
    subgraph "નેગેટિવ ફિડબેક"
        R3
        R4
    end
    A[ઓપ-એમ્પ] --> Output
    R1 & C1 & R2 & C2 --> A
    A --> R3 --> R4 --> A

એપ્લિકેશન્સ:

• ઓડિયો સિગ્નલ જનરેટર્સ
• ફંક્શન જનરેટર્સ
• મ્યુઝિકલ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ ટ્યુનિંગ
• ટેસ્ટ ઇક્વિપમેન્ટ
• ફિલ્ટર સર્કિટ્સ

મેમરી ટ્રીક: “APPS” - Audio Production, Pure Sine waves, Stable frequency

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

વોલ્ટેજ અને પાવર એમ્પ્લીફાયર વચ્ચે તફાવત કરો.

જવાબ:

મેમરી ટ્રીક: “VICE” - Voltage amplifiers Increase voltage, Current not important, Efficiency not critical

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

વર્ગ B પુશ પુલ એમ્પ્લીફાયરની કાર્યક્ષમતા માટે સમીકરણ મેળવો.

જવાબ: વર્ગ B પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયરની કાર્યક્ષમતા (η) નીચે મુજબ મેળવવામાં આવે છે:

આકૃતિ:

• AC પાવર આઉટપુટ: P₀ = Vrms × Irms = (Vm/√2) × (Im/√2) = Vm × Im/2
• DC પાવર ઇનપુટ: PDC = VCC × IDC = VCC × (2×Im/π)
• કાર્યક્ષમતા: η = P₀/PDC = (Vm×Im/2)/(VCC×2×Im/π) = (Vm×π)/(4×VCC)
• મહત્તમ સ્વિંગ માટે: Vm = VCC, તેથી η = π/4 = 78.5%

મેમરી ટ્રીક: “POP” - Push-pull Output Power = π/4 or 78.5%

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

વેવફોર્મ અને તેની કાર્યક્ષમતા સાથે વર્ગ-બી પુશ પુલ એમ્પ્લીફાયરનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: વર્ગ B પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયર ઇનપુટ વેવફોર્મના વિપરીત અર્ધચક્રોને એમ્પ્લિફાય કરવા માટે બે ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સનો ઉપયોગ કરે છે.

આકૃતિ:

graph LR
    A[ઇનપુટ સિગ્નલ] --> B[ડ્રાઇવર સ્ટેજ]
    B --> C[ઉપરનો ટ્રાન્ઝિસ્ટર]
    B --> D[નીચેનો ટ્રાન્ઝિસ્ટર]
    C --> E[આઉટપુટ ટ્રાન્સફોર્મર]
    D --> E
    E --> F[આઉટપુટ સિગ્નલ]

    subgraph "વેવફોર્મ્સ"
    direction LR
    G[ઇનપુટ] --- H[T1 કન્ડક્ટ કરે છે] --- I[T2 કન્ડક્ટ કરે છે]
    end

મુખ્ય મુદ્દાઓ:

• કાર્યક્ષમતા: આશરે 78.5% (π/4)
• કન્ડક્શન એંગલ: દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટર માટે 180°
• ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન: શૂન્ય ક્રોસિંગ નજીક બંને ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સ બંધ હોવાને કારણે
• ફાયદા: ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી ગરમી, ઉચ્ચ પાવર માટે યોગ્ય

મેમરી ટ્રીક: “HOPE” - Half cycle Operation, Push-pull, Efficiency high

પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 ગુણ]

#

પાવર એમ્પ્લીફાયરનું વર્ગીકરણ સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[પાવર એમ્પ્લિફાયર્સ] --> B[વર્ગ A]
    A --> C[વર્ગ B]
    A --> D[વર્ગ AB]
    A --> E[વર્ગ C]
    B --> F[ઓછું ડિસ્ટોર્શન, ઓછી કાર્યક્ષમતા]
    C --> G[મધ્યમ ડિસ્ટોર્શન, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા]
    D --> H[ઓછું ડિસ્ટોર્શન, મધ્યમ કાર્યક્ષમતા]
    E --> I[ઉચ્ચ ડિસ્ટોર્શન, અત્યંત ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા]

મેમરી ટ્રીક: “ABCE” - As Biasing Changes, Efficiency increases

પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 ગુણ]

#

વર્ગ A પાવર એમ્પ્લીફાયરની કાર્યક્ષમતા માટે સમીકરણ મેળવો.

જવાબ: વર્ગ A પાવર એમ્પ્લિફાયરની કાર્યક્ષમતા નીચે મુજબ મેળવવામાં આવે છે:

આકૃતિ:

• મહત્તમ AC પાવર આઉટપુટ: P₀ = (Vrms)²/RL = (VCC/2√2)²/RL = VCC²/8RL
• DC પાવર ઇનપુટ: PDC = VCC × IDC = VCC × (VCC/2RL) = VCC²/2RL
• કાર્યક્ષમતા: η = P₀/PDC = (VCC²/8RL)/(VCC²/2RL) = 1/4 = 25%

મેમરી ટ્રીક: “ONE” - Output Never Exceeds 25% efficiency in Class A

પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 ગુણ]

#

વેવફોર્મ અને તેની કાર્યક્ષમતા સાથે વર્ગ-A ટ્રાન્સફોર્મર કપલ્ડ એમ્પ્લીફાયરનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: વર્ગ A ટ્રાન્સફોર્મર કપલ્ડ એમ્પ્લિફાયર આઉટપુટ કપલિંગ માટે ટ્રાન્સફોર્મરનો ઉપયોગ કરીને સંપૂર્ણ ઇનપુટ સાયકલ (360°) માટે કન્ડક્ટ કરે છે.

આકૃતિ:

વેવફોર્મ લક્ષણો:

• ઇનપુટ અને આઉટપુટ વેવફોર્મ્સ ફેઝમાં હોય છે
• ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન નથી
• સંપૂર્ણ સાયકલ એમ્પ્લિફિકેશન
• ઓછી કાર્યક્ષમતા (25%)
• ઓછું ડિસ્ટોર્શન

મેમરી ટ્રીક: “FACT” - Full cycle Amplification in Class-a with Transformer

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

વ્યાખ્યાયિત કરો (i) CMRR (ii) સ્લ્યુ રેટ

જવાબ:

CMRR: CMRR = 20 log₁₀(Ad/Acm) જ્યાં Ad એ ડિફરેન્શિયલ ગેઇન અને Acm એ કોમન મોડ ગેઇન છે

સ્લ્યુ રેટ: SR = dVout/dt (V/μs)

મેમરી ટ્રીક: “CRiSp” - CMRR Rejects common signals, Slew Rate limits speed

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

સ્કેચ સાથે ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયરના ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લીફાયર સમજાવો.

જવાબ: ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લિફાયર નેગેટિવ ફિડબેકનો ઉપયોગ કરીને 180° ફેઝ શિફ્ટ સાથે ગેઇન પ્રદાન કરે છે.

આકૃતિ:

મુખ્ય સમીકરણો:

• ગેઇન: A = -Rf/Ri
• ઇનપુટ ઇમ્પિડન્સ: Z = Ri
• બેન્ડવિડ્થ: ઓપ-એમ્પ અને ગેઇન પર આધારિત

મેમરી ટ્રીક: “IRON” - Inverting, Resistance ratio gives gain, Output Negative phase

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

Op-amp ને સમિંગ એમ્પ્લીફાયર તરીકે સમજાવો.

જવાબ: સમિંગ એમ્પ્લિફાયર ભારિત યોગદાન સાથે બહુવિધ ઇનપુટ સિગ્નલોને ઉમેરે છે.

આકૃતિ:

graph LR
    V1[V1] -->|R1| A((\+))
    V2[V2] -->|R2| A
    V3[V3] -->|R3| A
    A --- B[Op-Amp]
    B --- C[Vout]
    C -.->|Rf| A

સર્કિટ:

એપ્લિકેશન્સ:

• ઓડિયો મિક્સર્સ
• સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ
• એનેલોગ કમ્પ્યુટર્સ
• ભારિત સરેરાશ

મેમરી ટ્રીક: “SARI” - Summing Amplifier Requires Inverting configuration

પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 ગુણ]

#

ઓપરેશનલ એમ્પ્લિફાયરના મૂળભૂત બ્લોક ડાયાગ્રામનું સ્કેચ કરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph LR
    A[ઇનપુટ ડિફરેન્શિયલ સ્ટેજ] --> B[ઇન્ટરમીડિયેટ સ્ટેજ]
    B --> C[લેવલ શિફ્ટર]
    C --> D[આઉટપુટ સ્ટેજ]
    E[બાયસ સર્કિટ] --> A
    E --> B
    E --> C
    E --> D

મેમરી ટ્રીક: “DILO” - Differential Input, Level shifting, Output amplification

પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 ગુણ]

#

ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયરના નોન ઇન્વર્ટીંગ એમ્પ્લીફાયરને સ્કેચ સાથે સમજાવો.

જવાબ: નોન-ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લિફાયર નેગેટિવ ફિડબેકનો ઉપયોગ કરીને ફેઝ ઇન્વર્ઝન વગર ગેઇન પ્રદાન કરે છે.

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: “NIPS” - Non-inverting, Input and output In Phase, Same polarity

પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 ગુણ]

#

Op-amp ને ઇન્ટિગ્રેટર તરીકે સમજાવો.

જવાબ: ઓપ-એમ્પ ઇન્ટિગ્રેટર ઇનપુટના સમય ઇન્ટિગ્રલના પ્રમાણમાં આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરે છે.

આકૃતિ:

એપ્લિકેશન્સ:

• એનેલોગ કમ્પ્યુટર્સ
• વેવફોર્મ જનરેટર્સ
• PID કન્ટ્રોલર્સ
• એક્ટિવ ફિલ્ટર્સ
• સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ

મેમરી ટ્રીક: “TIME” - Takes Input and Makes time-dependent Effect

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

IC 555 નો પિન ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: “GTOR-CTD” - Ground, Trigger, Output, Reset, Control, Threshold, Discharge

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

ટાઈમર IC 555ના એસ્ટેબલ મલ્ટિવાઈબ્રેટર સમજાવો.

જવાબ: IC 555 નો ઉપયોગ કરતો એસ્ટેબલ મલ્ટિવાઈબ્રેટર કોઈપણ બાહ્ય ટ્રિગર વગર સતત સ્ક્વેર વેવ આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરે છે.

આકૃતિ:

graph LR
    A[VCC] --> B[R1]
    B --> C[Pin 7]
    B --> D[Pin 6/2]
    C --> E[IC 555]
    D --> E
    F[R2] --> D
    F --> G[Pin 7]
    G --> E
    H[C] --> D
    H --> I[GND]
    E --> J[આઉટપુટ Pin 3]

મેમરી ટ્રીક: “FREE” - FREquency Established by External RC network

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

Complementary symmetry પુશ પુલ એમ્પ્લીફાયર્સનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: Complementary symmetry પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયર વેવફોર્મના બંને અર્ધભાગોને એમ્પ્લિફાય કરવા માટે કોમ્પ્લિમેન્ટરી ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સ (NPN અને PNP) નો ઉપયોગ કરે છે.

આકૃતિ:

મુખ્ય લક્ષણો:

• સેન્ટર-ટેપ્ડ ટ્રાન્સફોર્મર નથી: ટ્રાન્સફોર્મર-કપલ્ડ પુશ-પુલ કરતાં સરળ ડિઝાઇન
• ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન: ઓછું કરવા માટે બાયસિંગની જરૂર પડે છે
• કાર્યક્ષમતા: આશરે 78.5% (વર્ગ B ઓપરેશન)
• થર્મલ રનઅવે: યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન ન થયેલ હોય તો જોખમ
• એપ્લિકેશન્સ: ઓડિયો પાવર એમ્પ્લિફાયર્સ, ઓપ-એમ્પ્સના આઉટપુટ સ્ટેજ

મેમરી ટ્રીક: “COPS” - Complementary Opposing Pair of transistors for Symmetrical operation

પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 ગુણ]

#

સિક્વન્શિયલ ટાઈમરનો આકૃતિ દોરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph LR
    A[Start] --> B[555 Timer 1]
    B --> C[555 Timer 2]
    C --> D[555 Timer 3]
    D --> E[વૈકલ્પિક વધારાના ટાઈમર્સ]
    B --> B1[આઉટપુટ 1]
    C --> C1[આઉટપુટ 2]
    D --> D1[આઉટપુટ 3]

મેમરી ટ્રીક: “SET” - Sequential Events Triggered one after another

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 ગુણ]

#

ટાઈમર IC 555 ના બાયસ્ટેબલ મલ્ટિવાઈબ્રેટર સમજાવો.

જવાબ: IC 555નો ઉપયોગ કરતો બાયસ્ટેબલ મલ્ટિવાઈબ્રેટરમાં બે સ્થિર અવસ્થાઓ હોય છે અને માત્ર ટ્રિગર થાય ત્યારે જ અવસ્થા બદલે છે.

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: “FLIP” - Firmly Latched In Position until triggered

પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 ગુણ]

#

વિવિધ પ્રકારના પાવર એમ્પ્લીફાયરની સરખામણી કરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[પાવર એમ્પ્લિફાયર વર્ગો] --> B[વર્ગ A: 360° કન્ડક્શન]
    A --> C[વર્ગ B: 180° કન્ડક્શન]
    A --> D[વર્ગ AB: 180°-360° કન્ડક્શન]
    A --> E[વર્ગ C: <180° કન્ડક્શન]
    B --- B1[25-30% કાર્યક્ષમતા]
    C --- C1[78.5% કાર્યક્ષમતા]
    D --- D1[50-78.5% કાર્યક્ષમતા]
    E --- E1[>78.5% કાર્યક્ષમતા]

મેમરી ટ્રીક: “ABCE” - As Biasing Condition changes, Efficiency increases