ઔદ્યોગિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (4331103) - શિયાળો 2023 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

SCRનો સિમ્બોલ અને રચના દોરો. તદુપરાંત SCRના ઉપયોગો લખો.

ઉત્તર:

SCR સિમ્બોલ અને રચના:

રચના:

graph TD
    A[Anode] --- P1[P-Layer]
    P1 --- N1[N-Layer]
    N1 --- P2[P-Layer]
    P2 --- N2[N-Layer]
    N2 --- K[Cathode]
    G[Gate] --- P2

SCRના ઉપયોગો:

• પાવર કંટ્રોલ: AC/DC પાવર રેગ્યુલેટર્સ
• મોટર ડ્રાઈવ્સ: મોટરની ગતિનું નિયંત્રણ
• લાઈટિંગ કંટ્રોલ: ડિમર સર્કિટ્સ
• ઈન્વર્ટર્સ: DC થી AC રૂપાંતરણ

મનેમોનિક: “PALS” - પાવર કંટ્રોલ, એપ્લાયન્સ કંટ્રોલ, લાઈટિંગ સિસ્ટમ્સ, સ્પીડ રેગ્યુલેટર્સ

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

પુરા નામ જણાવો (૧) SCS (૨) LASCR (3) MCT (૪) PUT.

ઉત્તર:

મનેમોનિક: “SLaMP” - Silicon controlled switch, Light activated SCR, MOS controlled thyristor, Programmable UJT

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

TRIACની V-I લાક્ષણિકતા દોરો અને સમજાવો. તદુપરાંત TRIACના ઉપયોગો લખો.

ઉત્તર:

TRIAC V-I લાક્ષણિકતા:

graph LR
    subgraph "V-I Characteristics"
    style V-I fill:#f9f9f9,stroke:#333,stroke-width:1px

    MT2((MT2)) --- O[O]
    O --- MT1((MT1))
    
    V1[V] --- I1[I]
    
    G[Gate Triggering]
    
    quad1[I quadrant] --- quad3[III quadrant]
    breakover1[Breakover voltage +Vbo] --- breakover2[Breakover voltage -Vbo]
    
    holding1[Holding current +Ih] --- holding2[Holding current -Ih]
    end

TRIACની V-I લાક્ષણિકતા સમજૂતી:

• દ્વિદિશાત્મક ઉપકરણ: બંને દિશામાં વહન કરે છે
• ક્વાડ્રન્ટ ઓપરેશન: પહેલા અને ત્રીજા ક્વાડ્રન્ટમાં કાર્ય કરે છે
• બ્રેકઓવર વોલ્ટેજ: જ્યારે વોલ્ટેજ ±Vbo કરતાં વધે ત્યારે વહન શરૂ થાય
• હોલ્ડિંગ કરંટ: ન્યૂનતમ પ્રવાહ જે વહનની સ્થિતિ જાળવી રાખે છે
• ગેટ ટ્રિગરિંગ: પોઝિટિવ/નેગેટિવ ગેટ વોલ્ટેજથી ટ્રિગર થઈ શકે છે

TRIACના ઉપયોગો:

• AC પાવર કંટ્રોલ: લેમ્પ ડિમર્સ, હીટર કંટ્રોલ
• મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ: AC મોટર રેગ્યુલેટર્સ
• ફેન રેગ્યુલેટર્સ: ઘરેલું પંખાની ગતિનું નિયંત્રણ
• લાઈટ ડિમર્સ: એડજસ્ટેબલ લાઈટિંગ સિસ્ટમ્સ

મનેમોનિક: “HALF” - હીટર્સ, AC કંટ્રોલ, લાઈટિંગ સિસ્ટમ્સ, ફેન રેગ્યુલેટર્સ

પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 ગુણ]

#

IGBT નું કન્સ્ટ્રકશન અને કાર્ય વિગતવાર સમજાવો.

ઉત્તર:

IGBT કન્સ્ટ્રકશન અને કાર્ય:

graph TD
    G[Gate] --- E[Emitter]
    E --- N+[N+ Layer]
    N+ --- P[P Layer]
    P --- N-[N- Drift Region]
    N- --- N+B[N+ Buffer Layer]
    N+B --- C[Collector]

રચના વિગતો:

• ત્રણ-ટર્મિનલ ડિવાઈસ: ગેટ, એમિટર, કલેક્ટર
• મલ્ટિલેયર સ્ટ્રક્ચર: N+, P, N-, N+ બફર, P+ સબસ્ટ્રેટ
• હાઈબ્રિડ ડિવાઈસ: MOSFET ઈનપુટ અને BJT આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓનું સંયોજન

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ગેટ કંટ્રોલ: P-રીજનમાં ગેટ પર પોઝિટિવ વોલ્ટેજ ઇન્વર્ઝન લેયર બનાવે છે
• ચેનલ ફોર્મેશન: ઇલેક્ટ્રોન્સ N+ એમિટરથી N- ડ્રિફ્ટ રીજન તરફ વહે છે
• કન્ડક્ટિવિટી મોડ્યુલેશન: P-N- જંક્શન હોલ્સ ઇન્જેક્ટ કરે છે, રેઝિસ્ટન્સ ઘટાડે છે
• ટર્ન-ઓફ પ્રક્રિયા: ગેટ વોલ્ટેજ દૂર કરવાથી ઇલેક્ટ્રોન ફ્લો બંધ થઈ જાય છે

IGBTના ફાયદા:

• ઊંચી ઈનપુટ ઇમ્પીડન્સ: સરળ વોલ્ટેજ નિયંત્રણ
• ઓછા કન્ડક્શન લોસ: કાર્યક્ષમ પાવર હેન્ડલિંગ
• ઝડપી સ્વિચિંગ: ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સી એપ્લિકેશન્સ માટે યોગ્ય

મનેમોનિક: “GIVE” - ગેટ કંટ્રોલ્ડ, ઇનપુટ હાઈ ઇમ્પીડન્સ, વોલ્ટેજ ડ્રિવન, એફિશિયન્ટ કન્ડક્શન

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

UJTની મદદથી રિલેક્ષેશન ઓસિલેટર સર્કિટની ચર્ચા કરો.

ઉત્તર:

UJT રિલેક્ષેશન ઓસિલેટર:

graph TD
    VCC[VCC] --- R1[R1] --- E[Emitter]
    E --- C[Capacitor] --- GND[GND]
    E --- UJT[UJT]
    UJT --- B1[Base 1] --- R2[R2] --- GND
    UJT --- B2[Base 2] --- R3[R3] --- VCC
    B1 --- Output[Output]

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• કેપેસિટર ચાર્જિંગ: C, R1 દ્વારા UJT ફાયરિંગ વોલ્ટેજ સુધી ચાર્જ થાય છે
• UJT ફાયર: જ્યારે એમિટર વોલ્ટેજ પીક પોઈન્ટ વોલ્ટેજ સુધી પહોંચે ત્યારે
• ડિસ્ચાર્જ સાયકલ: કેપેસિટર એમિટર-બેઝ1 જંક્શન દ્વારા ડિસ્ચાર્જ થાય છે
• ઓસિલેશન: પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત થાય છે અને સોટૂથ વેવફોર્મ બનાવે છે

મનેમોનિક: “CROP” - કેપેસિટર ચાર્જ થાય, રીચ થ્રેશોલ્ડ, ઓસિલેટ થાય, પ્રોડ્યુસ સોટૂથ

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

SCRની ટ્રીગરિંગ પદ્ધતિઓની ચર્ચા કરો.

ઉત્તર:

મુખ્ય મુદ્દાઓ:

• ગેટ ટ્રિગરિંગ: સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ
• લાઈટ ટ્રિગરિંગ: ઓપ્ટો-આઇસોલેટર્સમાં વપરાય છે
• dv/dt ટ્રિગરિંગ: ઘણી વખત અવાંછનીય, સ્નબર સર્કિટની જરૂર પડે છે

મનેમોનિક: “GLTDB” - ગેટ, લાઈટ, થર્મલ, dv/dt, બ્રેકઓવર

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

ક્લાસ એ પ્રકારની કોમ્યુટેશન પદ્ધતિ સમજાવો.

ઉત્તર:

ક્લાસ A કોમ્યુટેશન (LC સર્કિટ દ્વારા સેલ્ફ-કોમ્યુટેશન):

graph LR
    DC_Source[DC Source] --- SCR[SCR] --- Load[Load]
    SCR --- L[Inductor] --- C[Capacitor]
    C --- SW[Switch] --- DC_Source

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• પ્રારંભિક સ્થિતિ: SCR વહન કરે છે, કેપેસિટર જમણી બાજુએ (+) પોલારિટી સાથે ચાર્જ થયેલ છે
• કોમ્યુટેશન શરૂઆત: જ્યારે સ્વિચ SW બંધ થાય છે
• રેઝોનન્ટ સર્કિટ: LC સર્કિટ રેઝોનન્ટ પાથ બનાવે છે
• રિવર્સ કરંટ: કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ SCR મારફતે રિવર્સ કરંટ ઉત્પન્ન કરે છે
• ટર્ન-ઓફ: જ્યારે કરંટ હોલ્ડિંગ કરંટથી નીચે પડે ત્યારે SCR બંધ થાય છે
• રિચાર્જિંગ: કેપેસિટર વિપરીત પોલારિટી સાથે રિચાર્જ થાય છે

એપ્લિકેશન:

• ઇન્વર્ટર સર્કિટ્સ: DC થી AC રૂપાંતરણ
• ચોપર સર્કિટ્સ: DC થી DC રૂપાંતરણ

મનેમોનિક: “SCCRRT” - સ્વિચ ક્લોઝ થાય, કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થાય, કરંટ રિવર્સ થાય, SCR ટર્ન ઓફ થાય, રિચાર્જિંગ શરૂ થાય, ટર્ન-ઓફ પૂર્ણ થાય

પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 ગુણ]

#

GTOનું પૂરું નામ જણાવો અને GTOની રચના દોરો.

ઉત્તર:

GTOનું પૂરું નામ: Gate Turn-Off Thyristor

GTOની રચના:

graph TD
    A[Anode] --- P1[P+ Anode Layer]
    P1 --- N[N Base Layer]
    N --- P2[P Base Layer]
    P2 --- N2[N+ Cathode Layer]
    N2 --- K[Cathode]
    G[Gate] --- P2

મનેમોનિક: “PANG” - P-એનોડ, એન્ડ, N-બેઝ, ગેટ-કંટ્રોલ્ડ થાયરિસ્ટર

પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 ગુણ]

#

SCR માટેની સ્નબર સર્કિટની રચના અને જરૂરિયાતની ચર્ચા કરો.

ઉત્તર:

SCR માટે સ્નબર સર્કિટ:

graph LR
    SCR[SCR] --- R[Resistor] --- C[Capacitor]
    C --- SCR

ડિઝાઇન જરૂરિયાતો:

• રેઝિસ્ટર પસંદગી: કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ કરંટને મર્યાદિત કરે છે
• કેપેસિટર પસંદગી: વોલ્ટેજ વૃદ્ધિના દર (dv/dt)ને નિયંત્રિત કરે છે
• RC ટાઇમ કોન્સ્ટન્ટ: રિસ્પોન્સ ટાઈમ નક્કી કરે છે

સ્નબર સર્કિટનો હેતુ:

• dv/dt પ્રોટેક્શન: ઝડપી વોલ્ટેજ પરિવર્તનને લીધે ખોટા ટ્રિગરિંગને અટકાવે છે
• વોલ્ટેજ સ્પાઈક સપ્રેશન: ઇન્ડક્ટિવ વોલ્ટેજ સ્પાઈક્સને શોષે છે
• ટ્રાન્ઝિયન્ટ પ્રોટેક્શન: સ્વિચિંગ દરમિયાન SCRને રક્ષણ આપે છે

મનેમોનિક: “RAPE” - રેઝિસ્ટર એન્ડ કેપેસિટર પ્રોટેક્ટ અગેઇન્સ્ટ એક્સેસિવ વોલ્ટેજ રાઇઝ

પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 ગુણ]

#

ક્લાસ સી પ્રકારની કોમ્યુટેશન પદ્ધતિ સમજાવો.

ઉત્તર:

ક્લાસ C કોમ્યુટેશન (કોમ્પ્લિમેન્ટરી કોમ્યુટેશન):

graph LR
    DC_Source[DC Source] --- SCR1[SCR1] --- Load1[Load 1]
    DC_Source --- SCR2[SCR2] --- Load2[Load 2]
    SCR1 --- SCR2

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• પ્રારંભિક સ્થિતિ: SCR1 વહન કરે છે, SCR2 બંધ છે
• કોમ્યુટેશન શરૂઆત: SCR2 ટ્રિગર થાય છે
• લોડ ટ્રાન્સફર: કરંટ SCR1 થી SCR2 માં ટ્રાન્સફર થાય છે
• વોલ્ટેજ રિવર્સલ: SCR1 પર વોલ્ટેજ નેગેટિવ થાય છે
• ટર્ન-ઓફ: જ્યારે કરંટ હોલ્ડિંગ કરંટથી નીચે પડે ત્યારે SCR1 બંધ થાય છે
• વૈકલ્પિક ઓપરેશન: SCR1 અને SCR2 વૈકલ્પિક રીતે વહન કરે છે

એપ્લિકેશન:

• ઇન્વર્ટર સર્કિટ્સ: બ્રિજ ઇન્વર્ટરમાં વપરાય છે
• ડ્યુઅલ લોડ સિસ્ટમ્સ: જ્યાં વૈકલ્પિક ઓપરેશનની જરૂર હોય

મનેમોનિક: “TACTOR” - ટ્રિગરિંગ ઓલ્ટરનેટ SCRs ક્રિએટ્સ ટર્ન-ઓફ એન્ડ રિવર્સલ

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

પોલીફેઝ રેક્ટિફાયરના ફાયદા વર્ણવો.

ઉત્તર:

મનેમોનિક: “HELPS” - ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઈવન આઉટપુટ, ઓછો રિપલ, પાવર હેન્ડલિંગ બેટર, નાના ફિલ્ટર

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

સિંગલ ફેઇઝ હાફવેવ રેક્ટીફાયર સર્કિટ દોરો અને સમજાવો. વેવફોર્મ્સ દોરો.

ઉત્તર:

સિંગલ ફેઝ હાફ વેવ રેક્ટિફાયર:

graph LR
    AC[AC Supply] --- D[Diode] --- R[Load Resistor]
    R --- AC

વેવફોર્મ:

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ફોરવર્ડ બાયસ: ડાયોડ પોઝિટિવ હાફ-સાયકલ દરમિયાન વહન કરે છે
• રિવર્સ બાયસ: ડાયોડ નેગેટિવ હાફ-સાયકલ દરમિયાન કરંટને અવરોધે છે
• આઉટપુટ: પલ્સેટિંગ DC જેનો રિપલ ફેક્ટર ઊંચો હોય છે
• ફ્રિક્વન્સી: આઉટપુટ ફ્રિક્વન્સી ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સી જેટલી જ રહે છે

મનેમોનિક: “PROF” - પોઝિટિવ હાફ કન્ડક્ટ્સ, રિવર્સ હાફ બ્લોક્સ, આઉટપુટ ઇઝ પલ્સેટિંગ, ફ્રિક્વન્સી અનચેન્જ્ડ

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

બધાજ પ્રકારના ઇન્વર્ટરની યાદી બનાવો. તેમાંથી સિંગલફેઝ ફુલ બ્રિજ ઇન્વર્ટર સમજાવો.

ઉત્તર:

ઇન્વર્ટરના પ્રકારો:

1. સર્કિટના આધારે: સીરીઝ, પેરેલલ, બ્રિજ
2. ફેઝના આધારે: સિંગલ-ફેઝ, થ્રી-ફેઝ
3. આઉટપુટના આધારે: સ્ક્વેર વેવ, મોડિફાઇડ સાઇન વેવ, પ્યોર સાઇન વેવ
4. કોમ્યુટેશનના આધારે: SCR-બેઝ્ડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર-બેઝ્ડ

સિંગલ ફેઝ ફુલ બ્રિજ ઇન્વર્ટર:

graph TD
    DC[DC Source] --- S1[Switch S1] --- S2[Switch S2] --- DC
    S1 --- Load[Load] --- S3[Switch S3]
    S2 --- Load
    S3 --- S4[Switch S4] --- DC

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• પ્રથમ અર્ધ-સાયકલ: S1 અને S4 ON, S2 અને S3 OFF
• બીજો અર્ધ-સાયકલ: S2 અને S3 ON, S1 અને S4 OFF
• આઉટપુટ વેવફોર્મ: લોડ પર AC સ્ક્વેર વેવ
• કંટ્રોલ મેથડ: સ્વિચને 180° ફેઝ શિફ્ટ સાથે ગેટ સિગ્નલ આપવામાં આવે છે

ફાયદાઓ:

• ઉચ્ચ આઉટપુટ પાવર: હાફ બ્રિજની તુલનામાં બમણો આઉટપુટ
• બેટર વોલ્ટેજ ઉપયોગ: લોડ પર સંપૂર્ણ DC બસ વોલ્ટેજ
• ઓછું કરંટ રેટિંગ: દરેક સ્વિચ માત્ર લોડ કરંટ જ વહન કરે છે

મનેમોનિક: “SOAP” - સ્વિચેસ ઓપરેટ ઓલ્ટરનેટલી ઇન પેર્સ

પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 ગુણ]

#

સરખાવો UPS અને SMPS.

ઉત્તર:

મનેમોનિક: “BBOSS” - બેકઅપ બેટરી ઓન્લી ઇન UPS, સ્મોલ સાઇઝ ઇન SMPS

પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 ગુણ]

#

થ્રી ફેઇઝ હાફ વેવ રેક્ટીફાયર સર્કિટ દોરો અને સમજાવો. વેવફોર્મ્સદોરો.

ઉત્તર:

થ્રી ફેઝ હાફ વેવ રેક્ટિફાયર:

graph LR
    R[R Phase] --- D1[Diode D1] --- Load[Load]
    Y[Y Phase] --- D2[Diode D2] --- Load
    B[B Phase] --- D3[Diode D3] --- Load
    Load --- N[Neutral]

વેવફોર્મ:

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• કન્ડક્શન સિક્વન્સ: જ્યારે તેની ફેઝ વોલ્ટેજ સૌથી વધુ હોય ત્યારે દરેક ડાયોડ વહન કરે છે
• કન્ડક્શન એંગલ: દરેક ડાયોડ 120° માટે વહન કરે છે
• આઉટપુટ રિપલ: સાયકલ દીઠ 3 પલ્સ, સિંગલ ફેઝ કરતાં ઓછો રિપલ
• રિપલ ફ્રિક્વન્સી: ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સીથી 3 ગણી

મનેમોનિક: “CROP” - કન્ડક્શન ઓફ 120°, રિપલ રિડ્યુસ્ડ, આઉટપુટ સ્મૂધર, પલ્સ ટ્રિપલ્ડ

પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 ગુણ]

#

ચોપરને વ્યાખ્યાયિત કરો. ક્લાસ ડી ચોપરનો પરિપથ દોરો અને સમજાવો.

ઉત્તર:

ચોપરની વ્યાખ્યા: ચોપર એ DC થી DC કન્વર્ટર છે જે ફિક્સ્ડ DC ઇનપુટ વોલ્ટેજને હાઈ-ફ્રિક્વન્સી સ્વિચિંગનો ઉપયોગ કરીને વેરિએબલ DC આઉટપુટ વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ક્લાસ D ચોપર (બે-ક્વાડ્રન્ટ ચોપર):

graph LR
    VS[DC Source] --- S1[Switch S1] --- L[Inductor]
    L --- Load[Load] --- VS
    Load --- D1[Diode D1] --- S1
    Load --- S2[Switch S2] --- D2[Diode D2] --- VS

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• પ્રથમ ક્વાડ્રન્ટ ઓપરેશન (ફોરવર્ડ મોટરિંગ):

  • S1 ON, S2 OFF: ઊર્જા સ્ત્રોતથી લોડ તરફ વહે છે
  • S1 OFF, S2 OFF: કરંટ D2 દ્વારા ફ્રીવ્હીલ થાય છે

• બીજા ક્વાડ્રન્ટ ઓપરેશન (ફોરવર્ડ રિજનરેશન):

  • S1 OFF, S2 ON: ઊર્જા લોડથી સ્ત્રોત તરફ વહે છે
  • S1 OFF, S2 OFF: કરંટ D1 દ્વારા ફ્રીવ્હીલ થાય છે

એપ્લિકેશન:

• DC મોટર ડ્રાઇવ: ફોરવર્ડ મોટરિંગ અને રિજનરેટિવ બ્રેકિંગ પ્રદાન કરે છે
• બેટરી ચાર્જિંગ: ચાર્જિંગ કરંટનું નિયંત્રણ
• રીન્યુએબલ એનર્જી: સોલાર પેનલ સાથે ઇન્ટરફેસિંગ

મનેમોનિક: “FRED” - ફોરવર્ડ મોટરિંગ, રિજનરેટિવ બ્રેકિંગ, એનર્જી ફ્લો કંટ્રોલ, ડ્યુઅલ ક્વાડ્રન્ટ ઓપરેશન

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

SCRનો સ્ટેટિક સ્વીચ તરીકેનો ઉપયોગ સમજાવો.

ઉત્તર:

SCR એઝ સ્ટેટિક સ્વિચ:

graph LR
    VS[Supply] --- SCR[SCR] --- Load[Load]
    GC[Gate Control] --- SCR

મુખ્ય વિશેષતાઓ:

• કોઈ મૂવિંગ પાર્ટ્સ નહીં: શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોનિક સ્વિચિંગ
• ઝડપી સ્વિચિંગ: માઇક્રોસેકન્ડ રિસ્પોન્સ ટાઈમ
• ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા: મિકેનિકલ સ્વિચ કરતાં લાંબું આયુષ્ય
• નિયંત્રિત ટર્ન-ઓન: ગેટ સિગ્નલ દ્વારા ચોક્કસ નિયંત્રણ

મિકેનિકલ સ્વિચ કરતાં ફાયદા:

• કોઈ આર્કિંગ નહીં: કોઈ કોન્ટેક્ટ બાઉન્સ કે ઘસારો નહીં
• સાયલેન્ટ ઓપરેશન: કોઈ મિકેનિકલ અવાજ નહીં
• EMI ઘટાડો: ઓછું ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ટરફેરન્સ

મનેમોનિક: “FANS” - ફાસ્ટ સ્વિચિંગ, આર્ક-ફ્રી ઓપરેશન, નો મિકેનિકલ વેર, સાયલેન્ટ ઓપરેશન

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

DIAC અને TRIACનો ઉપયોગ કરી A.C પાવર કંટ્રોલનો સર્કિટ ડાયગ્રામ દોરો અને તેનું કાર્ય સમજાવો.

ઉત્તર:

DIAC અને TRIAC વડે AC પાવર કંટ્રોલ:

graph LR
    AC[AC Supply] --- TRIAC[TRIAC] --- Load[Load]
    AC --- R[Resistor] --- C[Capacitor] --- DIAC[DIAC] --- G[TRIAC Gate]
    G --- TRIAC

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• RC નેટવર્ક: ગેટ પલ્સને વિલંબિત કરીને ફાયરિંગ એંગલનું નિયંત્રણ કરે છે
• કેપેસિટર ચાર્જિંગ: C દરેક હાફ-સાયકલ દરમિયાન R મારફતે ચાર્જ થાય છે
• DIAC બ્રેકડાઉન: જ્યારે કેપેસિટર વોલ્ટેજ DIAC બ્રેકઓવર વોલ્ટેજ સુધી પહોંચે
• TRIAC ટ્રિગરિંગ: DIAC વહન કરે છે અને TRIAC ટ્રિગર કરે છે
• પાવર કંટ્રોલ: R ને બદલવાથી ફાયરિંગ એંગલ અને પાવર ડિલિવરી બદલાય છે

એપ્લિકેશન:

• લાઈટ ડિમર્સ: લેમ્પની બ્રાઈટનેસ કંટ્રોલ
• ફેન સ્પીડ કંટ્રોલ: પંખાની ગતિનું નિયંત્રણ
• હીટર કંટ્રોલ: હીટિંગ એલિમેન્ટ્સ એડજસ્ટ કરવા

મનેમોનિક: “CRAFT” - કેપેસિટર ચાર્જેસ, રીચેસ બ્રેકઓવર, એક્ટિવેટ્સ DIAC, ફાયર્સ TRIAC, ટ્રાન્સફર્સ પાવર

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

ઇન્ડક્શન હીટિંગનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત સમજાવો તદુપરાંત ઇન્ડક્શન હીટિંગના ઉપયોગો લખો.

ઉત્તર:

ઇન્ડક્શન હીટિંગનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત:

graph TD
    Power[AC Power Supply] --- Inv[High Frequency Inverter]
    Inv --- Coil[Induction Coil]
    Coil --- Workpiece[Metal Workpiece]

    subgraph "Physical Process"
    Coil -.- Magnetic[Alternating Magnetic Field]
    Magnetic -.- Eddy[Eddy Currents]
    Eddy -.- Heat[Heat Generation]
    end

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• હાઈ-ફ્રિક્વન્સી કરંટ: ઇન્ડક્શન કોઈલમાંથી પસાર થાય છે
• ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શન: ઓલ્ટરનેટિંગ મેગ્નેટિક ફિલ્ડ ઉત્પન્ન કરે છે
• એડી કરંટ: વર્કપીસમાં પ્રેરિત થાય છે
• રેઝિસ્ટન્સ હીટિંગ: એડી કરંટ રેઝિસ્ટન્સને કારણે ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે
• સ્કિન ઇફેક્ટ: સપાટીની નજીક ગરમી કેન્દ્રિત થાય છે
• નોન-કોન્ટેક્ટ હીટિંગ: કોઈલ અને વર્કપીસ વચ્ચે કોઈ શારીરિક સંપર્ક નથી

ઇન્ડક્શન હીટિંગના ઉપયોગો:

• મેટલ હીટ ટ્રીટમેન્ટ: હાર્ડનિંગ, એનિલિંગ, ટેમ્પરિંગ
• મેટલ મેલ્ટિંગ: ફાઉન્ડ્રી ઓપરેશન્સ
• વેલ્ડિંગ અને બ્રેઝિંગ: મેટલ કોમ્પોનન્ટ્સની જોડાણ
• ફોર્જિંગ: ફોર્મિંગ પહેલાં હીટિંગ
• ઘરેલું રસોઈ: ઇન્ડક્શન કૂકટોપ
• સેમિકન્ડક્ટર પ્રોસેસિંગ: ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ

મનેમોનિક: “MASTER” - મેગ્નેટિક ફિલ્ડ, ઓલ્ટરનેટિંગ કરંટ, સરફેસ હીટિંગ, ટેમ્પરેચર કંટ્રોલ, એડી કરંટ્સ, રેઝિસ્ટન્સ હીટિંગ

પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 ગુણ]

#

એલડીઆરનો ઉપયોગ કરીને ફોટો રિલે સર્કિટનું કાર્ય સમજાવો.

ઉત્તર:

LDR વાળો ફોટો રિલે સર્કિટ:

graph LR
    VS[Supply] --- R1[Resistor R1] --- LDR[LDR]
    LDR --- GND[Ground]
    R1 --- B[Transistor Base]
    VS --- RC[Collector Resistor] --- C[Transistor Collector]
    C --- Relay[Relay Coil] --- GND
    E[Transistor Emitter] --- GND

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• લાઈટ-ડિપેન્ડન્ટ રેઝિસ્ટર: પ્રકાશ વધતાં રેઝિસ્ટન્સ ઘટે છે
• વોલ્ટેજ ડિવાઈડર: LDR અને R1 વોલ્ટેજ ડિવાઈડર બનાવે છે
• ટ્રાન્ઝિસ્ટર સ્વિચિંગ: બેઝ વોલ્ટેજ ટ્રાન્ઝિસ્ટર કન્ડક્શનને નિયંત્રિત કરે છે
• રિલે ઓપરેશન: ટ્રાન્ઝિસ્ટર રિલે કોઈલને ડ્રાઈવ કરે છે
• થ્રેશોલ્ડ એડજસ્ટમેન્ટ: વેરિએબલ રેઝિસ્ટર વડે સેટ કરી શકાય છે

એપ્લિકેશન:

• ઓટોમેટિક સ્ટ્રીટ લાઈટિંગ: સાંજ પડતાં લાઈટ ચાલુ કરે છે
• ડે/નાઈટ સ્વિચિંગ: એમ્બિયન્ટ લાઈટના આધારે ડિવાઈસ કંટ્રોલ
• સિક્યોરિટી સિસ્ટમ: લાઈટ-એક્ટિવેટેડ અલાર્મ

મનેમોનિક: “LARK” - લાઈટ કંટ્રોલ્સ, એક્ટિવેટ્સ ટ્રાન્ઝિસ્ટર, રિલે સ્વિચેસ, કીપ્સ સર્કિટ ઓટોમેટેડ

પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 ગુણ]

#

555 ટાઈમર ICની મદદથી ટાઈમર સર્કિટનું કાર્ય સમજાવો.

ઉત્તર:

555 ટાઇમર સર્કિટ (મોનોસ્ટેબલ):

graph TD
    VCC[+VCC] --- R[Resistor R] --- D8[Pin 8 VCC]
    D8 --- D4[Pin 4 Reset]
    D8 --- D7[Pin 7 Discharge]
    R --- D7
    D7 --- C[Capacitor C] --- GND[Ground]
    Trigger[Trigger Input] --- D2[Pin 2 Trigger]
    D3[Pin 3 Output] --- Output[Output]
    D1[Pin 1 GND] --- GND
    D5[Pin 5 Control] --- CC[Control Capacitor] --- GND
    D6[Pin 6 Threshold] --- D7

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ટ્રિગર ઇનપુટ: પિન 2 પર એક્ટિવ લો ટ્રિગર
• ટાઇમિંગ કોમ્પોનન્ટ્સ: R અને C ટાઇમિંગ પીરિયડ નક્કી કરે છે (T = 1.1RC)
• આઉટપુટ હાઈ: ટ્રિગર થવા પર, આઉટપુટ હાઈ થાય છે
• કેપેસિટર ચાર્જિંગ: C, R મારફતે ચાર્જ થાય છે
• થ્રેશોલ્ડ ડિટેક્શન: જ્યારે વોલ્ટેજ 2/3 VCC સુધી પહોંચે, આઉટપુટ લો થાય છે
• ટાઇમર રિસેટ: પિન 4 વડે સર્કિટ રિસેટ કરી શકાય છે

એપ્લિકેશન:

• ડિલે સર્કિટ્સ: ટાઈમ ડિલે બનાવવા
• પલ્સ જનરેશન: ચોક્કસ પલ્સ જનરેટ કરવા
• ટાઇમિંગ કંટ્રોલ: સિક્વેન્શિયલ ટાઇમિંગ ઓપરેશન્સ

મનેમોનિક: “TRACT” - ટ્રિગર એક્ટિવેટ્સ, રેઝિસ્ટર-કેપેસિટર ટાઇમિંગ, એક્યુરેટ ડિલે, કેપેસિટર ચાર્જેસ, થ્રેશોલ્ડ ડિટેક્શન

પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 ગુણ]

#

ડાઈઇલેક્ટ્રીક હીટિંગનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત સમજાવો તદુપરાંત ડાઈઇલેક્ટ્રીક હીટિંગના ઉપયોગો લખો.

ઉત્તર:

ડાઈઇલેક્ટ્રીક હીટિંગનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત:

graph TD
    RF[RF Generator] --- Electrodes[Electrodes]

    subgraph "Material Between Electrodes"
    Electrodes --- Electric[Alternating Electric Field]
    Electric --- Dipoles[Molecular Dipoles]
    Dipoles --- Oscillation[Dipole Oscillation]
    Oscillation --- Friction[Molecular Friction]
    Friction --- Heat[Heat Generation]
    end

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ઉચ્ચ-ફ્રિક્વન્સી ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ: ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે લાગુ કરવામાં આવે છે
• ડાઈઇલેક્ટ્રીક મટીરિયલ: ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે મૂકવામાં આવે છે
• મોલેક્યુલર પોલરાઈઝેશન: ડાયપોલ્સ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સાથે એલાઇન થાય છે
• ફિલ્ડ ઓસિલેશન: ફિલ્ડની દિશાનું ઝડપી રિવર્સલ
• મોલેક્યુલર ફ્રિક્શન: ડાયપોલ્સ ઝડપથી રોટેટ થઈને ફ્રિક્શન ઉત્પન્ન કરે છે
• વોલ્યુમેટ્રિક હીટિંગ: સમગ્ર મટીરિયલમાં ગરમી ઉત્પન્ન થાય છે
• ફ્રિક્વન્સી રેન્જ: સામાન્ય રીતે 10-100 MHz

ડાઈઇલેક્ટ્રીક હીટિંગના ઉપયોગો:

• ફૂડ પ્રોસેસિંગ: બેકિંગ, ડ્રાયિંગ, પાશ્ચરાઈઝેશન
• વુડ ઇન્ડસ્ટ્રી: ગ્લુઈંગ, ટિમ્બર ડ્રાઈંગ
• ટેક્સટાઈલ ડ્રાઈંગ: કાપડમાંથી ભેજ દૂર કરવો
• પ્લાસ્ટિક વેલ્ડિંગ: થર્મોપ્લાસ્ટિક્સ જોડવા
• મેડિકલ એપ્લિકેશન: થેરાપ્યુટિક ડાયથર્મી
• પેપર ઇન્ડસ્ટ્રી: પેપર પ્રોડક્ટ્સ ડ્રાઈંગ

મનેમોનિક: “DIPOLE” - ડાઈઇલેક્ટ્રિક મટિરિયલ, ઇન્ટેન્સ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ, પોલરાઈઝેશન ઓફ મોલેક્યુલ્સ, ઓસિલેશન કોઝેસ, લિંકેજ ઓફ હીટ, ઈવન હીટિંગ થ્રુઆઉટ

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

AC ડ્રાઈવને વ્યાખ્યાયિત કરો. AC ડ્રાઈવના ઉપયોગો જણાવો.

ઉત્તર:

AC ડ્રાઈવની વ્યાખ્યા: AC ડ્રાઈવ એક ઇલેક્ટ્રોનિક ડિવાઈસ છે જે AC મોટરને આપવામાં આવતા ફ્રિક્વન્સી અને વોલ્ટેજમાં ફેરફાર કરીને AC મોટરની સ્પીડ, ટોર્ક અને દિશાનું નિયંત્રણ કરે છે.

AC ડ્રાઈવના ઉપયોગો:

મનેમોનિક: “PITCHW” - પમ્પ્સ, ઇન્ડસ્ટ્રિયલ મશીનરી, ટેક્સટાઈલ મશીન્સ, કન્વેયર સિસ્ટમ્સ, HVAC સિસ્ટમ્સ, વોટર ટ્રીટમેન્ટ

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

ડીસી સંટ મોટરની ગતિને નિયંત્રિત કરવા માટેની કોઈ એક પદ્ધતિ ની સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

ઉત્તર:

DC શંટ મોટર માટે આર્મેચર વોલ્ટેજ કંટ્રોલ મેથડ:

graph TD
    AC[AC Supply] --- B[Bridge Rectifier]
    B --- SCR[SCR] --- A[Armature]
    A --- B
    AC --- F[Field Circuit]
    F --- Field[Field Winding]
    GC[Gate Control] --- SCR

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• કોન્સ્ટન્ટ ફિલ્ડ કરંટ: ફિલ્ડ સપ્લાય સ્થિર રાખવામાં આવે છે
• વેરિએબલ આર્મેચર વોલ્ટેજ: SCR દ્વારા નિયંત્રિત
• સ્પીડ ઈક્વેશન: N ∝ (Vₐ - IₐRₐ)/Φ
• સ્પીડ કંટ્રોલ: આર્મેચર વોલ્ટેજ Vₐ બદલીને
• ટોર્ક કંટ્રોલ: આર્મેચર કરંટ ટોર્ક નિયંત્રિત કરે છે

ફાયદાઓ:

• વાઈડ સ્પીડ રેન્જ: બેઝ સ્પીડની નીચે અને ઉપર સ્પીડ મેળવી શકાય છે
• સ્મૂધ કંટ્રોલ: સતત સ્પીડ એડજસ્ટમેન્ટ
• હાઈ એફિશિયન્સી: કંટ્રોલ સર્કિટમાં ઓછો પાવર લોસ

મનેમોનિક: “SAVE” - SCR કંટ્રોલ્સ, આર્મેચર વોલ્ટેજ વેરીસ, વેલોસિટી ચેન્જેસ, એફિશિયન્ટ ઓપરેશન

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

PLCનો બ્લોક ડાયગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકનું કાર્ય સમજાવો.

ઉત્તર:

PLC બ્લોક ડાયગ્રામ:

graph TD
    PS[Power Supply] --- CPU[Central Processing Unit]
    CPU --- MEM[Memory]
    CPU --- INP[Input Module]
    CPU --- OUT[Output Module]
    CPU --- COM[Communication Module]
    INP --- Input[Input Devices]
    OUT --- Output[Output Devices]
    COM --- Network[Network/HMI]
    PROG[Programming Device] --- COM

દરેક બ્લોકનું કાર્ય:

PLCના ફાયદાઓ:

• રિલાયબિલિટી: સોલિડ-સ્ટેટ કોમ્પોનન્ટ્સ ઉચ્ચ MTBF સાથે
• ફ્લેક્સિબિલિટી: વિવિધ એપ્લિકેશન્સ માટે સરળતાથી રીપ્રોગ્રામ થઈ શકે છે
• કોમ્યુનિકેશન: ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ કંટ્રોલ માટે નેટવર્ક ક્ષમતાઓ
• ડાયગ્નોસ્ટિક્સ: બિલ્ટ-ઇન ડાયગ્નોસ્ટિક્સ અને ટ્રબલશૂટિંગ

મનેમોનિક: “PRIME-C” - પાવર સપ્લાય, RAM/ROM મેમરી, ઇનપુટ મોડ્યુલ, માઇક્રોપ્રોસેસર (CPU), એક્ઝિક્યુશન ઓફ પ્રોગ્રામ, કોમ્યુનિકેશન ઇન્ટરફેસ

પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 ગુણ]

#

સ્ટેપર મોટરના ઉપયોગો જણાવો.

ઉત્તર:

મનેમોનિક: “POMAC” - પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ્સ, ઓફિસ ઇક્વિપમેન્ટ, મેડિકલ ડિવાઈસ, ઓટોમોટિવ કંટ્રોલ્સ, કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 ગુણ]

#

ડીસી સીરીઝ મોટરની ગતિને નિયંત્રિત કરવા માટે સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

ઉત્તર:

SCR વડે DC સીરીઝ મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ:

graph TD
    AC[AC Supply] --- B[Bridge Rectifier]
    B --- SCR[SCR] --- A[Armature]
    A --- SF[Series Field]
    SF --- B
    GC[Gate Control] --- SCR

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• સીરીઝ કનેક્શન: ફિલ્ડ વાઈન્ડિંગ આર્મેચર સાથે સીરીઝમાં
• SCR કંટ્રોલ: ફેઝ-કંટ્રોલ્ડ SCR એવરેજ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટ કરે છે
• સ્પીડ ઈક્વેશન: N ∝ (V - I(Ra+Rf))/IΦ
• સ્પીડ-ટોર્ક રિલેશન: નોન-લિનિયર રિલેશનશિપ
• એપ્લિકેશન: જ્યાં હાઈ સ્ટાર્ટિંગ ટોર્ક જરૂરી હોય ત્યાં વપરાય છે

ફાયદાઓ:

• હાઈ સ્ટાર્ટિંગ ટોર્ક: ટ્રેક્શન એપ્લિકેશન્સ માટે આદર્શ
• સિમ્પલ કંટ્રોલ: બેઝિક સર્કિટ ડિઝાઇન
• કોસ્ટ-ઇફેક્ટિવ: અન્ય પદ્ધતિઓ કરતાં ઓછા કોમ્પોનન્ટ્સ

મનેમોનિક: “SCAT” - સીરીઝ કનેક્શન, કરંટ કંટ્રોલ્સ ફ્લક્સ, એવરેજ વોલ્ટેજ કંટ્રોલ્ડ બાય SCR, ટોર્ક હાઈએસ્ટ એટ લો સ્પીડ્સ

પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 ગુણ]

#

BLDC મોટરની વિસ્તૃતમાં ચર્ચા કરો.

ઉત્તર:

BLDC મોટર (બ્રશલેસ DC મોટર):

graph TD
    subgraph "BLDC મોટર કન્સ્ટ્રક્શન"
    Stator[સ્ટેટર વિથ વાઈન્ડિંગ્સ]
    Rotor[રોટર વિથ પર્મેનન્ટ મેગ્નેટ્સ]
    Hall[હોલ સેન્સર્સ]
    end

    subgraph "કંટ્રોલ સિસ્ટમ"
    Controller[ઇલેક્ટ્રોનિક કંટ્રોલર]
    Driver[પાવર ડ્રાઈવર]
    Feedback[પોઝિશન ફીડબેક]
    end
    
    Controller --- Driver
    Driver --- Stator
    Hall --- Feedback
    Feedback --- Controller

રચના:

• સ્ટેટર: વાઈન્ડિંગ્સ ધરાવે છે (સામાન્ય રીતે 3-ફેઝ)
• રોટર: રોટર પર પર્મેનન્ટ મેગ્નેટ્સ
• પોઝિશન સેન્સિંગ: હોલ ઇફેક્ટ સેન્સર્સ અથવા એન્કોડર્સ
• કંટ્રોલર: ઇલેક્ટ્રોનિક કોમ્યુટેશન કંટ્રોલર

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ઇલેક્ટ્રોનિક કોમ્યુટેશન: મિકેનિકલ બ્રશની જગ્યાએ
• સિક્વન્સિંગ: કંટ્રોલર સ્ટેટર કોઈલ્સને સિક્વન્સમાં એનર્જાઈઝ કરે છે
• પોઝિશન ફીડબેક: હોલ સેન્સર્સ રોટર પોઝિશન નક્કી કરે છે
• ફેઝ એનર્જાઈઝિંગ: રોટર પોઝિશનના આધારે યોગ્ય ફેઝ એનર્જાઈઝ થાય છે

ફાયદાઓ:

• હાઈ એફિશિયન્સી: કોઈ બ્રશ ફ્રિક્શન લોસ નહીં
• લો મેઈન્ટેનન્સ: કોઈ બ્રશ વેર નહીં
• લાંબુ આયુષ્ય: વિશ્વસનીય ઓપરેશન
• બેટર સ્પીડ-ટોર્ક કેરેક્ટરિસ્ટિક્સ: ફ્લેટ કર્વ
• લો નોઈઝ: શાંત ઓપરેશન
• બેટર હીટ ડિસિપેશન: સ્ટેટર પર વાઈન્ડિંગ્સ

એપ્લિકેશન:

• કોમ્પ્યુટર કૂલિંગ ફેન્સ: CPU/GPU કૂલર્સ
• હાર્ડ ડિસ્ક ડ્રાઈવ્સ: સ્પિન્ડલ મોટર્સ
• ઇલેક્ટ્રિક વ્હીકલ્સ: પ્રોપલ્શન સિસ્ટમ્સ
• ડ્રોન્સ: પ્રોપેલર મોટર્સ
• હોમ એપ્લાયન્સેસ: વોશિંગ મશીન્સ, રેફ્રિજરેટર્સ
• ઔદ્યોગિક ઓટોમેશન: પ્રિસિઝન કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ

મનેમોનિક: “COPPER” - કોમ્યુટેશન ઇલેક્ટ્રોનિક, ઓપરેશન એફિશિયન્ટ, પર્મેનન્ટ મેગ્નેટ્સ, પોઝિશન સેન્સર્સ, ઇલેક્ટ્રોનિક કંટ્રોલ, રિલાયબલ પરફોર્મન્સ