ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ડિવાઇસ અને સર્કિટ્સ (1323202) - વિન્ટર 2023 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

સ્વચ્છ આકૃતિ સાથે ડીસી લોડ લાઈન વિષે સમજાવો.

જવાબ: DC લોડ લાઈન ટ્રાન્ઝિસ્ટરના આઉટપુટ ખાસિયતો પર એક સીધી રેખા છે જે બધા સંભવિત ઓપરેટિંગ પોઇન્ટ્સ બતાવે છે.

આકૃતિ:

graph LR
    style O fill:#fff,stroke:#000
    style Vcesat fill:#fff,stroke:#000
    style Icsat fill:#fff,stroke:#000
    style Vcc fill:#fff,stroke:#000
    O((O)) --- Icsat((Icsat))
    O --- Vcc((Vcc))
    Icsat --- Vcesat((Vcesat))
    Vcesat --- Vcc

• કલેક્ટર સેચુરેશન કરંટ: જ્યારે VCE = 0, ત્યારે IC = VCC/RC
• કટઓફ વોલ્ટેજ: જ્યારે IC = 0, ત્યારે VCE = VCC
• Q-પોઇન્ટ: લોડ લાઈન પર ઓપરેટિંગ પોઇન્ટ

મેમરી ટ્રીક: “LEVEL” - “Load line દરેક લોડ સ્થિતિ માટે વોલ્ટેજ અને કરંટ સ્થાપિત કરે છે”

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

થર્મલ રનઅવે વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ: થર્મલ રનઅવે એક એવી સ્થિતિ છે જ્યાં ગરમી ટ્રાન્ઝિસ્ટરના કલેક્ટર કરંટમાં વધારો કરે છે, જે વધુ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, જે ટ્રાન્ઝિસ્ટરને નુકસાન તરફ દોરી જાય છે.

આકૃતિ:

flowchart LR
    A[તાપમાન વધે છે] --> B[લીકેજ કરંટ વધે છે]
    B --> C[કલેક્ટર કરંટ વધે છે]
    C --> D[વધુ પાવર વપરાશ]
    D --> E[વધુ તાપમાન વધારો]
    E --> A

• ગરમી ઉત્પાદન: પાવર વપરાશ = VCE × IC
• મહત્વપૂર્ણ અસર: વધારેલ જંક્શન તાપમાન VBE ઘટાડે છે
• નિવારણ: હીટ સિંક, થર્મલ સ્ટેબલાઇઝેશન સર્કિટ્સ, યોગ્ય બાયસિંગ
• ખતરો: નિયંત્રિત ન કરવામાં આવે તો ટ્રાન્ઝિસ્ટરને નષ્ટ કરી શકે છે

મેમરી ટ્રીક: “HEAT” - “વધુ ઉત્સર્જન તાપમાનમાં વધારો કરે છે”

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

ટુ સ્ટેજ R-C કપલ્ડ એમ્પ્લીફાયરનો સર્કિટ ડાયાગ્રામ અને ફ્રીક્વન્શી રિસ્પોન્સ દોરો. દરેક કમ્પોનન્ટનું મહત્વ સમજાવો.

જવાબ: R-C કપલ્ડ એમ્પ્લીફાયર મલ્ટીપલ ટ્રાન્ઝિસ્ટર સ્ટેજ્સને જોડવા માટે કેપેસિટર્સનો ઉપયોગ કરે છે જેથી ઉચ્ચ ગેઇન મેળવી શકાય.

આકૃતિ:

ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સ:

graph LR
    title["ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સ: ગેઇન (dB) vs ફ્રીક્વન્સી"]

    F10["10 Hz\nGain: 10 dB"] --> F100["100 Hz\nGain: 30 dB"]
    F100 --> F1k["1 kHz\nGain: 40 dB"]
    F1k --> F10k["10 kHz\nGain: 40 dB"]
    F10k --> F100k["100 kHz\nGain: 30 dB"]
    F100k --> F1M["1 MHz\nGain: 10 dB"]

• કપલિંગ કેપેસિટર્સ: DC બ્લોક કરે છે, સ્ટેજ્સ વચ્ચે AC સિગ્નલ ટ્રાન્સફર કરે છે
• બાયસિંગ રેસિસ્ટર્સ: ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઓપરેશન માટે યોગ્ય Q-પોઇન્ટ સ્થાપિત કરે છે
• બાયપાસ કેપેસિટર્સ: નેગેટિવ ફીડબેકથી ગેઇન ઘટાડો રોકે છે
• બેન્ડવિડ્થ: લો અને હાઈ કટઓફ ફ્રીક્વન્સી વચ્ચેનો રેન્જ

મેમરી ટ્રીક: “CARS” - “કપલિંગ કેપેસિટર્સ રેસિસ્ટન્સ સેપરેશન માટે મદદ કરે છે”

અથવા

#

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

એમ્પ્લીફાયરમાં નેગેટીવ અને પોઝીટીવ ફીડબેક સરખાવો.

જવાબ: ફીડબેક સિસ્ટમ્સ આઉટપુટના એક ભાગને ઇનપુટ પર પાછો મોકલે છે જેમાં ધ્રુવીયતાના આધારે અલગ અસરો થાય છે.

કોષ્ટક:

• નેગેટિવ ફીડબેક: આઉટપુટ ઇનપુટથી 180° શિફ્ટ હોય છે
• પોઝિટિવ ફીડબેક: આઉટપુટ ઇનપુટથી 0° શિફ્ટ હોય છે
• બાર્ખાઉસન ક્રાઇટેરિયા: યુનિટી ગેઇન સાથે પોઝિટિવ ફીડબેક ઓસિલેશન ઉત્પન્ન કરે છે

મેમરી ટ્રીક: “SIGN” - “સ્ટેબિલિટી ગેઇન નિગેશન સાથે વધે છે”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

ઓસિલેશન માટે બારખૌસન ક્રાઈટરીઆ (Barkhausen’s criteria) જણાવો અને સમજાવો.

જવાબ: બાર્ખાઉસન ક્રાઇટેરિયા ફીડબેક સિસ્ટમમાં સતત ઓસિલેશન માટેની શરતો નિર્ધારિત કરે છે.

આકૃતિ:

flowchart TD
    A[એમ્પ્લિફાયર] --> B[ફીડબેક નેટવર્ક]
    B --> A
    A -- "લૂપ ગેઇન = 1" --> C[સતત ઓસિલેશન]
    A -- "લૂપ ગેઇન < 1" --> D[ડેમ્પ્ડ ઓસિલેશન]
    A -- "લૂપ ગેઇન > 1" --> E[વધતા ઓસિલેશન]

• ગેઇન શરત: લૂપ ગેઇન (A×β) 1 (યુનિટી) હોવી જોઈએ
• ફેઝ શરત: કુલ ફેઝ શિફ્ટ 0° અથવા 360° હોવી જોઈએ
• વ્યવહારિક અમલીકરણ: પ્રારંભિક લૂપ ગેઇન > 1, પછી 1 પર સ્થિર થાય છે

મેમરી ટ્રીક: “LOOP” - “લૂપની સમગ્ર આઉટપુટ ફેઝ”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

ફિક્સ્ડ બાયસ, કલેક્ટર ટુ બેઝ બાયસ અને વોલ્ટેજ ડિવાઈડર બાયસ પદ્ધતિઓની સરખામણી કરો.

જવાબ: વિવિધ બાયસિંગ તકનીકો સ્થિરતા અને તાપમાન ક્ષતિપૂર્તિના વિવિધ સ્તરો પ્રદાન કરે છે.

કોષ્ટક:

• ફિક્સ્ડ બાયસ: બેઝથી VCC સુધી એક રેસિસ્ટર
• કલેક્ટર-બેઝ બાયસ: કલેક્ટરથી બેઝ સુધી ફીડબેક રેસિસ્ટર
• વોલ્ટેજ ડિવાઇડર: બે રેસિસ્ટર સ્થિર રેફરન્સ વોલ્ટેજ બનાવે છે

મેમરી ટ્રીક: “STORM” - “સ્ટેબિલિટી રેસિસ્ટર મેથડ્સ દ્વારા ઓપ્ટિમાઇઝ થાય છે”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

હાર્ટલી ઓસીલેટર પર ટૂંક નોંધ લખો.

જવાબ: હાર્ટલી ઓસિલેટર એક LC ઓસિલેટર છે જેમાં ફીડબેક માટે એક ટેપ્ડ ઇન્ડક્ટર હોય છે.

આકૃતિ:

graph LR
    A[એમ્પ્લિફાયર] --- B[ફીડબેક નેટવર્ક]
    B --- A
    subgraph "ફીડબેક નેટવર્ક"
    direction LR
    L1[L1] --- L2[L2]
    L1 --- C1[C]
    L2 --- C1
    end

• સર્કિટ કોમ્પોનેન્ટ્સ: એમ્પ્લિફાયર, ટેપ્ડ ઇન્ડક્ટર (L1+L2), કેપેસિટર C
• ફ્રીક્વન્સી ફોર્મ્યુલા: f = 1/[2π√(LC)] જ્યાં L = L1+L2
• લાભ: સરળ ડિઝાઇન, સારી ફ્રીક્વન્સી સ્ટેબિલિટી
• નુકસાન: ઇન્ડક્ટર્સનું કદ, મર્યાદિત ફ્રીક્વન્સી રેન્જ
• એપ્લિકેશન્સ: RF સિગ્નલ જનરેટર, રેડિયો રિસીવર, કોમ્યુનિકેશન

મેમરી ટ્રીક: “TILC” - “ટેપ્ડ ઇન્ડક્ટર LC સર્કિટ સાથે”

અથવા

#

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું સ્વિચ તરીકે કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: ટ્રાન્ઝિસ્ટર કટઓફ (OFF) અને સેચુરેશન (ON) રીજન્સ વચ્ચે ડિજિટલ એપ્લિકેશન્સ માટે સ્વિચ તરીકે કામ કરે છે.

આકૃતિ:

flowchart LR
    A[ઇનપુટ] --> B{ટ્રાન્ઝિસ્ટર}
    B -- "સેચુરેશન (ON)" --> C[આઉટપુટ LOW]
    B -- "કટઓફ (OFF)" --> D[આઉટપુટ HIGH]

• કટઓફ રીજન: VBE < 0.7V, ઓપન સ્વિચ તરીકે કાર્ય કરે છે, VCE ≈ VCC
• સેચુરેશન રીજન: VBE > 0.7V, ક્લોઝ્ડ સ્વિચ તરીકે કાર્ય કરે છે, VCE ≈ 0.2V
• સ્વિચિંગ ટાઇમ: જંક્શન કેપેસિટન્સ દ્વારા મર્યાદિત

મેમરી ટ્રીક: “COPS” - “કટઓફ-સેચુરેશન-સ્વિચિંગ ઉત્પન્ન કરે છે”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

હીટ સિંક વ્યાખ્યાયિત કરો. હીટ સિંકના પ્રકારોની યાદી બનાવો અને તેની એપ્લિકેશન લખો.

જવાબ: હીટ સિંક એક થર્મલ કન્ડક્ટર છે જે ઇલેક્ટ્રોનિક કોમ્પોનેન્ટ્સમાંથી ગરમી દૂર કરે છે.

આકૃતિ:

હીટ સિંકના પ્રકારો:

• હેતુ: થર્મલ રનઅવે અને કોમ્પોનેન્ટ નિષ્ફળતા રોકે છે
• મટીરિયલ: એલ્યુમિનિયમ, કોપર, અથવા હાઈ થર્મલ કન્ડક્ટિવિટી વાળા એલોય

મેમરી ટ્રીક: “COOL” - “કન્ડક્ટિંગ લોકલ હીટને બહાર લઈ જાય છે”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

એમ્પ્લીફાયરમાં નેગેટીવ ફીડબેક ના ફાયદા અને ગેરફાયદાને વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ: નેગેટિવ ફીડબેક આઉટપુટ સિગ્નલના એક ભાગને વિરુદ્ધ ફેઝમાં ઇનપુટ પર પાછો મોકલે છે.

કોષ્ટક:

આકૃતિ:

graph LR
    A[ઇનપુટ] --> B[એમ્પ્લિફાયર]
    B --> C[આઉટપુટ]
    C -- "ફીડબેક નેટવર્ક" --> D[સબટ્રેક્ટર]
    D --> B

• ગેઇન સ્ટેબિલાઇઝેશન: ગેઇનને પેસિવ કોમ્પોનેન્ટ્સ પર આધારિત બનાવે છે
• બેન્ડવિડ્થ એક્સટેન્શન: ગેઇન ઘટાડા ફેક્ટર જેટલી વધે છે
• ફીડબેક ફેક્ટર: β સુધારાની માત્રા નક્કી કરે છે

મેમરી ટ્રીક: “STABLE” - “સ્ટેબિલાઇઝ્ડ ટ્રાન્સમિશન એન્ડ બેન્ડવિડ્થ વિથ લેસ એરર”

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

SCR નો સિમ્બોલ દોરો અને SCR નું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: સિલિકોન કંટ્રોલ્ડ રેક્ટિફાયર (SCR) એ ત્રણ ટર્મિનલ વાળું PNPN ચાર-લેયર ડિવાઇસ છે.

સિમ્બોલ:

• સ્ટ્રક્ચર: P-N-P-N ચાર-લેયર સેમિકન્ડક્ટર ડિવાઇસ
• ઓપરેશન: ગેટ ટ્રિગર ન થાય ત્યાં સુધી OFF રહે છે, ત્યારબાદ કરંટ હોલ્ડિંગ વેલ્યુથી નીચે ન જાય ત્યાં સુધી કન્ડક્ટ કરે છે
• ટર્મિનલ્સ: એનોડ, કેથોડ, ગેટ

મેમરી ટ્રીક: “AGK” - “એનોડ-ગેટ કેથોડ કરંટને નિયંત્રિત કરે છે”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

સર્કિટ ડાયાગ્રામ સાથે SCR ની ટુ ટ્રાન્ઝિસ્ટર એનાલોજી સમજાવો

જવાબ: SCRને જંક્શન શેર કરતા ઇન્ટરકનેક્ટેડ PNP અને NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટર તરીકે રજૂ કરી શકાય છે.

આકૃતિ:

• PNP સેક્શન: ઉપરનો ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેનો કલેક્ટર NPN બેઝ સાથે જોડાયેલો છે
• NPN સેક્શન: નીચેનો ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેનો કલેક્ટર PNP બેઝ સાથે જોડાયેલો છે
• ટ્રિગરિંગ: નાનો ગેટ કરંટ NPN ચાલુ કરે છે, જે PNP ચાલુ કરે છે
• રિજનરેટિવ એક્શન: દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટર બીજાને બેઝ કરંટ આપે છે

મેમરી ટ્રીક: “PNPN” - “પોઝિટિવ-નેગેટિવ-પોઝિટિવ-નેગેટિવ લેયર્સ”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

સર્કિટ ડાયાગ્રામ સાથે TRIAC આધારિત ફેન રેગ્યુલેટરનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: TRIAC-આધારિત ફેન રેગ્યુલેટર ફેઝ કંટ્રોલ દ્વારા AC પાવર નિયંત્રિત કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

• ફેઝ કંટ્રોલ: TRIAC નો ફાયરિંગ એંગલ બદલીને પાવર કંટ્રોલ કરે છે
• ડાયક: TRIAC માટે બાયડાયરેક્શનલ ટ્રિગરિંગ આપે છે
• RC ટાઇમિંગ સર્કિટ: R1 અને C1 ફેઝ ડિલે સેટ કરે છે
• વેરિયેબલ રેસિસ્ટર: સ્પીડ કંટ્રોલ માટે ફેઝ ડિલે એડજસ્ટ કરે છે
• પ્રોટેક્શન: RC સ્નબર ખોટા ટ્રિગરિંગને રોકે છે

મેમરી ટ્રીક: “TRIAC” - “ટ્રિગર્ડ રિસ્પોન્સ ઇન AC સર્કિટ્સ”

અથવા

#

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

DIAC અને TRIAC ની V-I લાક્ષણિકતાઓ દોરો.

જવાબ: DIACs અને TRIACs બાયડાયરેક્શનલ ડિવાઇસીસ છે જેમાં સિમેટ્રિકલ લાક્ષણિકતાઓ હોય છે.

DIAC ખાસિયતો:

xychart-beta
    title "DIAC V-I લાક્ષણિકતાઓ"
    x-axis [-40, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40]
    y-axis "કરંટ (mA)" -30 --> 30
    line [30, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 5, 30]

TRIAC ખાસિયતો:

xychart-beta
    title "TRIAC V-I લાક્ષણિકતાઓ"
    x-axis [-40, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40]
    y-axis "કરંટ (mA)" -40 --> 40
    line [40, 40, 40, 5, 0, 5, 40, 40, 40]

• DIAC: બાયડાયરેક્શનલ ડાયોડ જે બ્રેકઓવર વોલ્ટેજ પછી કન્ડક્ટ કરે છે
• TRIAC: ત્રણ-ટર્મિનલ ડિવાઇસ જે ટ્રિગર થાય ત્યારે બંને દિશામાં કન્ડક્ટ કરે છે

મેમરી ટ્રીક: “BIBO” - “બાયડાયરેક્શનલ ઇન, બાયડાયરેક્શનલ આઉટ”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

SCR ની ગેટ ટ્રિગરિંગ પદ્ધતિ સમજાવો

જવાબ: ગેટ ટ્રિગરિંગ SCRને સક્રિય કરવાની સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ છે.

આકૃતિ:

• ગેટ પલ્સ: ગેટ અને કેથોડ વચ્ચે નાનો કરંટ લાગુ કરવામાં આવે છે
• ટ્રિગરિંગ મેથડ્સ: DC, AC, અથવા પલ્સ સિગ્નલ્સ
• કરંટ જરૂરિયાતો: સામાન્ય રીતે 5-20mA ગેટ કરંટ
• ફાયદા: હાઈ-પાવર સર્કિટ્સનું લો પાવર કંટ્રોલ

મેમરી ટ્રીક: “GATE” - “ગેઇન એક્ટિવેશન થ્રુ ઇલેક્ટ્રોન ફ્લો”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

ડીસી પાવર કંટ્રોલ માટે SCRની એપ્લિકેશન સમજાવો.

જવાબ: SCR વેરિયેબલ ડ્યુટી સાયકલ્સ પર સપ્લાય વોલ્ટેજને ચોપિંગ કરીને DC પાવર નિયંત્રિત કરે છે.

સર્કિટ:

• ફેઝ કંટ્રોલ: સરેરાશ પાવર નિયંત્રિત કરવા માટે ફાયરિંગ એંગલ બદલે છે
• PWM કંટ્રોલ: કાર્યક્ષમ નિયંત્રણ માટે પલ્સ વિડ્થ મોડ્યુલેશન
• એપ્લિકેશન્સ: DC મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ, ડિમિંગ, હીટિંગ
• ફાયદા: હાઈ એફિશિયન્સી, કોઈ મૂવિંગ પાર્ટ્સ નહીં, વિશ્વસનીય
• મર્યાદાઓ: યુનિડાયરેક્શનલ કરંટ ફ્લો, કોમ્યુટેશનની જરૂર પડે છે

મેમરી ટ્રીક: “POWER” - “પલ્સ ઓપરેશન વિથ ઇલેક્ટ્રોનિક રેગ્યુલેશન”

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

Ideal OP-AMP ની લાક્ષણિકતાઓની સૂચિ બનાવો.

જવાબ: આદર્શ ઓપરેશનલ એમ્પ્લિફાયર્સ સંપૂર્ણ લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે જેને વાસ્તવિક ઉપકરણો અનુમાનિત કરે છે.

કોષ્ટક:

• પ્રેક્ટિકલ વેલ્યુ: વાસ્તવિક ઓપ-એમ્પ્સની મર્યાદાઓ હોય છે
• નિહિતાર્થ: સર્કિટ ડિઝાઇનમાં વાસ્તવિક મર્યાદાઓને ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ

મેમરી ટ્રીક: “IBOCSS” - “અનંત બેન્ડવિડ્થ, ઓપન-લૂપ ગેઇન, CMRR, સ્લ્યુ રેટ, અને સેન્સિટિવિટી”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

સર્કિટ ડાયાગ્રામ સાથે OP-AMP નો ઉપયોગ કરીને ડીફરન્સીઅલ એમ્પ્લીફાયરનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: ડિફરેન્શિયલ એમ્પ્લિફાયર બે ઇનપુટ્સ વચ્ચેના વોલ્ટેજ તફાવતને એમ્પ્લિફાય કરે છે.

સર્કિટ:

• ગેઇન ફોર્મ્યુલા: Vout = (V1-V2) × (R2/R1)
• કોમન મોડ રિજેક્શન: બંને ઇનપુટ્સ માટે સામાન્ય સિગ્નલ્સને દબાવે છે
• એપ્લિકેશન્સ: ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન, મેડિકલ ઇક્વિપમેન્ટ, ઓડિયો

મેમરી ટ્રીક: “DIFF” - “ડ્યુઅલ ઇનપુટ ફોર ફીડબેક”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

OP-AMP ને ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લીફાયર (ક્લોઝ્ડ લૂપ) તરીકે સમજાવો અને વોલ્ટેજ ગેઇન નું સમીકરણ મેળવો.

જવાબ: ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લિફાયર ઇનપુટનું ઇન્વર્ટેડ અને એમ્પ્લિફાઇડ વર્ઝન આઉટપુટ તરીકે આપે છે.

સર્કિટ:

ગેઇન ડેરિવેશન:

• ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ પર KCL લાગુ કરો: I₁ + I₂ = 0

• I₁ = (Vin - V⁻)/Ri અને I₂ = (Vout - V⁻)/Rf

• વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ પર, V⁻ ≈ 0

• તેથી: Vin/Ri + Vout/Rf = 0

• Vout/Vin માટે સોલ્વિંગ: Av = -Rf/Ri

• લાક્ષણિકતાઓ: આઉટપુટ ઇનપુટથી 180° ફેઝમાં હોય છે

• ફીડબેક: ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ પર વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ બનાવે છે

• ક્લોઝ્ડ લૂપ ગેઇન: બાહ્ય રેસિસ્ટર્સ દ્વારા નિયંત્રિત

મેમરી ટ્રીક: “VAIN” - “વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ એમ્પ્લિફિકેશન ઇન્વર્ટ્સ નેગેટિવ”

અથવા

#

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

OPAMP ના નીચેના પેરામીટર્સ વ્યાખ્યાયિત કરો. 1) સી.એમ.આર.આર.(CMRR) 2) સ્લૂ રેટ(Slew rate) 3) ગેઇન બેન્ડવિડ્થ પ્રોડક્ટ

જવાબ: આ પેરામીટર્સ ઓપરેશનલ એમ્પ્લિફાયર્સની કીપરફોર્મન્સ લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરે છે.

કોષ્ટક:

• CMRR: ગુણવત્તાપૂર્ણ ઓપ-એમ્પ્સમાં સામાન્ય રીતે 80-120dB
• સ્લ્યુ રેટ: હાઈ-ફ્રીક્વન્સી, હાઈ-એમ્પ્લિટ્યુડ સિગ્નલ્સ માટે આઉટપુટને મર્યાદિત કરે છે
• GBP: ફ્રીક્વન્સી વધતાં કોન્સ્ટન્ટ રહે છે

મેમરી ટ્રીક: “CSG” - “કોમન-મોડ રિજેક્શન, સ્પીડ, અને ગેઇન”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

OPAMP નો ઉપયોગ કરી સમિંગ એમ્પ્લીફાયર દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: સમિંગ એમ્પ્લિફાયર ઇનપુટ વોલ્ટેજના વેઇટેડ સમના પ્રમાણમાં આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરે છે.

સર્કિટ:

• આઉટપુટ ફોર્મ્યુલા: Vout = -Rf(V₁/R₁ + V₂/R₂ + V₃/R₃)
• એપ્લિકેશન્સ: ઓડિયો મિક્સર, એનાલોગ કોમ્પ્યુટર, સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ
• ફાયદા: મલ્ટીપલ ઇનપુટ્સ એક સાથે પ્રોસેસ થઈ શકે છે

મેમરી ટ્રીક: “SUM” - “સેવરલ યુનિફાઇડ મલ્ટિપ્લાયર્સ”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

IC 555 નો પિન ડાયાગ્રામ દોરો અને વેવફોર્મ સાથે IC555 નો ઉપયોગ કરીને મોનોસ્ટેબલ મલ્ટિવાઇબ્રેટર સમજાવો.

જવાબ: IC 555 ટાઇમર મોનોસ્ટેબલ મોડમાં ટ્રિગર થાય ત્યારે ફિક્સ્ડ અવધિનો સિંગલ પલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે.

પિન ડાયાગ્રામ:

સર્કિટ અને વેવફોર્મ:

graph TB
    subgraph "મોનોસ્ટેબલ સર્કિટ"
    VCC --- R1 --- A
    A --- C1 --- GND
    A --- Pin6 & Pin7
    Pin2 --- Trigger
    Pin3 --- Output
    Pin4 --- Reset
    Pin8 --- VCC
    Pin1 --- GND
    end
    
    subgraph "વેવફોર્મ્સ"
    direction TB
    Trig[ટ્રિગર] --> O1[આઉટપુટ]
    end

• ઓપરેશન: નેગેટિવ ટ્રિગર ટાઇમિંગ સાયકલ શરૂ કરે છે
• ટાઇમ પીરિયડ: T = 1.1 × R × C
• એપ્લિકેશન્સ: ટાઇમર્સ, પલ્સ જનરેશન, ડિબાઉન્સિંગ
• ફાયદા: સરળ, વિશ્વસનીય, વ્યાપકપણે ઉપલબ્ધ

મેમરી ટ્રીક: “TIMER” - “ટ્રિગર્ડ ઇનપુટ મેક્સ એક્સટેન્ડેડ રિસ્પોન્સ”

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

SMPS નો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને તેની એપ્લીકેશન લખો.

જવાબ: સ્વિચ મોડ પાવર સપ્લાય (SMPS) કાર્યક્ષમ પાવર રૂપાંતરણ માટે સ્વિચિંગ એલિમેન્ટ્સનો ઉપયોગ કરે છે.

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

flowchart LR
    A[AC ઇનપુટ] --> B[EMI ફિલ્ટર]
    B --> C[રેક્ટિફાયર]
    C --> D[ફિલ્ટર]
    D --> E[સ્વિચિંગ સર્કિટ]
    E --> F[ટ્રાન્સફોર્મર]
    F --> G[આઉટપુટ રેક્ટિફાયર]
    G --> H[આઉટપુટ ફિલ્ટર]
    H --> I[આઉટપુટ]
    J[ફીડબેક કંટ્રોલ] --> E
    I --> J

એપ્લિકેશન્સ:

• કોમ્પ્યુટર પાવર સપ્લાય

• મોબાઇલ ફોન ચાર્જર

• TV પાવર સપ્લાય

• ઔદ્યોગિક પાવર સિસ્ટમ્સ

• LED લાઇટિંગ ડ્રાઇવર્સ

• ફાયદા: ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, નાનું કદ, હલકું વજન

• પ્રકારો: બક, બૂસ્ટ, બક-બૂસ્ટ, ફ્લાયબેક કન્વર્ટર્સ

મેમરી ટ્રીક: “SAFE” - “સ્વિચિંગ એચિવ્સ ફિલ્ટર્ડ એનર્જી”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

ડાયાગ્રામ સાથે રેગ્યુલેટેડ પાવર સ્પ્લાયનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: રેગ્યુલેટેડ પાવર સપ્લાય ઇનપુટ અથવા લોડમાં ફેરફાર થવા છતાં સ્થિર આઉટપુટ જાળવે છે.

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

flowchart LR
    A[AC ઇનપુટ] --> B[ટ્રાન્સફોર્મર]
    B --> C[રેક્ટિફાયર]
    C --> D[ફિલ્ટર]
    D --> E[રેગ્યુલેટર]
    E --> F[આઉટપુટ]
    G[ફીડબેક] --> E
    F --> G

• ટ્રાન્સફોર્મર: AC વોલ્ટેજને જરૂરી લેવલ સુધી ઘટાડે છે
• રેક્ટિફાયર: AC ને પલ્સેટિંગ DC માં રૂપાંતરિત કરે છે (ડાયોડ બ્રિજ)
• ફિલ્ટર: કેપેસિટર્સ સાથે DC ને સ્મૂથ કરે છે
• રેગ્યુલેટર: સ્થિર આઉટપુટ વોલ્ટેજ જાળવે છે
• ફીડબેક: ઇનપુટ/લોડ વેરિએશન માટે ક્ષતિપૂર્તિ કરે છે

મેમરી ટ્રીક: “TRFRO” - “ટ્રાન્સફોર્મ, રેક્ટિફાય, ફિલ્ટર, રેગ્યુલેટ, આઉટપુટ”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

OP-AMP નો મૂળભૂત બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરી સમજાવો.

જવાબ: ઓપરેશનલ એમ્પ્લિફાયરનું આંતરિક માળખું ચોક્કસ કાર્યો કરતા ઘણા તબક્કાઓમાંથી બનેલું છે.

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

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

• ડિફરેન્શિયલ ઇનપુટ સ્ટેજ: હાઈ ઇમ્પીડન્સ, તફાવતને એમ્પ્લિફાય કરે છે
• ઇન્ટરમીડિયેટ સ્ટેજ: વધારાનો ગેઇન પ્રદાન કરે છે
• લેવલ શિફ્ટર: સ્ટેજ્સ વચ્ચે DC લેવલ એડજસ્ટ કરે છે
• આઉટપુટ સ્ટેજ: લો ઇમ્પીડન્સ, કરંટ એમ્પ્લિફિકેશન
• બાયસ સર્કિટ: બધા સ્ટેજ્સ માટે ઓપરેટિંગ પોઇન્ટ સ્થાપિત કરે છે
• કોમ્પેનસેશન: સ્ટેબિલિટી માટે આંતરિક કેપેસિટર

મેમરી ટ્રીક: “DILO” - “ડિફરેન્શિયલ ઇનપુટ, લેવલ શિફ્ટ, આઉટપુટ”

અથવા

#

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

ડાયાગ્રામ સાથે LM317 નો ઉપયોગ કરીને એડજસ્ટેબલ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર સમજાવો.

જવાબ: LM317 એક બહુવિધ એડજસ્ટેબલ પોઝિટિવ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર છે જેની આઉટપુટ રેન્જ 1.25V થી 37V છે.

સર્કિટ:

• ફોર્મ્યુલા: Vout = 1.25(1 + R2/R1)
• ફાયદા: સરળ એડજસ્ટમેન્ટ, બિલ્ટ-ઇન પ્રોટેક્શન
• એપ્લિકેશન્સ: વેરિયેબલ પાવર સપ્લાય, બેટરી ચાર્જર્સ

મેમરી ટ્રીક: “AVR” - “એડજસ્ટેબલ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

ફિક્સ્ડ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર IC અને વેરીએબલ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર IC વચ્ચેનો તફાવત આપો.

જવાબ: વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર IC તેમની કોન્ફિગર કરવાની ક્ષમતા અને એપ્લિકેશન જરૂરિયાતોમાં ભિન્ન હોય છે.

કોષ્ટક:

• ફિક્સ્ડ રેગ્યુલેટર્સ: ઉપયોગમાં સરળ, મર્યાદિત એડજસ્ટમેન્ટ
• વેરિયેબલ રેગ્યુલેટર્સ: વધુ બહુમુખી, ગણતરીની જરૂર પડે છે

મેમરી ટ્રીક: “FOCUS” - “ફિક્સ્ડ આઉટપુટ કમ્પેર્ડ ટુ યુઝર-સેટ”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

OP-AMP ની એપ્લિકેશન લખો. OP-AMP નો ઉપયોગ કરી સર્કિટ ડાયાગ્રામ સાથે D ટુ A (ડીજીટલ ટુ એનાલોગ) કન્વટર્રનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: ઓપ-એમ્પ્સની ઘણી એપ્લિકેશન્સ છે; D/A કન્વર્ટર્સ ડિજિટલ સિગ્નલ્સને એનાલોગમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

OP-AMP ની એપ્લિકેશન્સ:

• એમ્પ્લિફાયર્સ (ઇન્વર્ટિંગ, નોન-ઇન્વર્ટિંગ)
• ફિલ્ટર્સ (એક્ટિવ ફિલ્ટર્સ)
• ઓસિલેટર્સ
• કમ્પેરેટર્સ
• ઇન્ટિગ્રેટર્સ અને ડિફરેનશિયેટર્સ
• વોલ્ટેજ ફોલોવર્સ
• ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન સર્કિટ્સ

R-2R લેડર DAC સર્કિટ:

• કાર્ય સિદ્ધાંત: ડિજિટલ ઇનપુટ્સ રેસિસ્ટર નેટવર્ક દ્વારા કરંટને વેઇટ કરે છે
• રેસિસ્ટન્સ વેલ્યુ: બાઇનરી-વેઇટેડ અથવા R-2R લેડર નેટવર્ક
• રૂપાંતરણ: આઉટપુટ વોલ્ટેજ ડિજિટલ ઇનપુટ વેલ્યુના પ્રમાણમાં
• રેઝોલ્યુશન: બિટ્સની સંખ્યા દ્વારા નિર્ધારિત (2ⁿ લેવલ્સ)

મેમરી ટ્રીક: “DART” - “ડિજિટલ ટુ એનાલોગ રેસિસ્ટર ટ્રાન્સલેશન”