ઔદ્યોગિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (4331103) - શિયાળુ 2024 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 માર્ક્સ]

#

IGBT ની રચના દોરો અને તેને સમજાવો.

જવાબ: IGBT MOSFET ના ઇનપુટ અને BJT ના આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓને જોડે છે.

graph LR
    A[Gate] --> B[Oxide Layer]
    C[Emitter] --> D[N+]
    D --> E[P Body]
    E --> F[N- Drift Region]
    F --> G[P+ Substrate]
    G --> H[Collector]

• ગેટ-ઓક્સાઇડ લેયર: ડિવાઇસ સ્વિચિંગને નિયંત્રિત કરે છે
• N+ એમિટર: ઇલેક્ટ્રોન્સનો સ્ત્રોત
• P+ કલેક્ટર: BJT વિભાગ રચે છે

મેમરી ટ્રીક: “MOSFET ઇનપુટ, BJT આઉટપુટ, IGBT થ્રુઆઉટ”

પ્રશ્ન 1(બ) [4 માર્ક્સ]

#

SCR નું રચના દોરો અને સમજાવો. તેની લાક્ષણિકતા પણ દોરો.

જવાબ: SCR એ ચાર-સ્તરીય PNPN અર્ધવાહક ઉપકરણ છે જેમાં ત્રણ ટર્મિનલ છે.

graph LR
    A[Anode] --> B[P Layer]
    B --> C[N Layer]
    C --> D[P Layer]
    D --> E[N Layer]
    E --> F[Cathode]
    G[Gate] --> D

લાક્ષણિકતા વક્ર:

• P-N-P-N સ્તરો: બે ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સ (PNP, NPN) બનાવે છે
• ગેટ ટર્મિનલ: કન્ડક્શન ટ્રિગર કરે છે
• હોલ્ડિંગ કરંટ: કન્ડક્શન જાળવવા માટે લઘુત્તમ

મેમરી ટ્રીક: “PNPN લેયર્સ બે BJT જોડી બનાવે”

પ્રશ્ન 1(ક) [7 માર્ક્સ]

#

Opto-TRIAC, Opto-SCR અને Opto-ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને સર્કિટ ડાયાગ્રામની મદદથી સોલિડ સ્ટેટ રિલેની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: સોલિડ સ્ટેટ રિલે ઓપ્ટોકપલર્સનો ઉપયોગ કન્ટ્રોલ અને લોડ સર્કિટ વચ્ચે વિદ્યુત અલગતા માટે કરે છે.

graph LR
    A[Control Circuit] --> B[LED]
    B --> C[Opto-isolator]
    C --> D[Power Switching Element]
    D --> E[Load Circuit]

    subgraph "Types"
    F[Opto-TRIAC]
    G[Opto-SCR]
    H[Opto-Transistor]
    end

• કાર્ય સિદ્ધાંત: કંટ્રોલ સિગ્નલ LED સક્રિય કરે → પ્રકાશ ફોટો-સેન્સિટિવ ડિવાઇસને ટ્રિગર કરે → પાવર સર્કિટ સ્વિચ કરે
• ઝીરો-ક્રોસિંગ ડિટેક્શન: ઝીરો વોલ્ટેજ પર સ્વિચિંગ કરીને EMI ઘટાડે
• કોઈ મિકેનિકલ પાર્ટ્સ નથી: વિશ્વસનીયતા અને આયુષ્ય વધારે છે

મેમરી ટ્રીક: “LED પ્રકાશે, ફોટો-ડિવાઇસ કન્ડક્ટ કરે, પાવર વહે”

પ્રશ્ન 1(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

લાક્ષણિકતા આલેખની મદદથી SCR, GTO અને પાવર MOSFET નું કાર્ય અને રચનાની લાક્ષણિકતાઓ વર્ણન કરો.

જવાબ:

graph TD
    subgraph "SCR"
    A1[Anode] --> P1[P Layer]
    P1 --> N1[N Layer]
    N1 --> P2[P Layer]
    P2 --> N2[N Layer]
    N2 --> K1[Cathode]
    G1[Gate] --> P2
    end

    subgraph "GTO"
    A2[Anode] --> P3[P Layer]
    P3 --> N3[N Layer]
    N3 --> P4[P Layer]
    P4 --> N4[N Layer]
    N4 --> K2[Cathode]
    G2[Gate] --> P4
    end
    
    subgraph "Power MOSFET"
    S[Source] --> N5[N+ Source]
    N5 --> P5[P Body]
    P5 --> N6[N- Drift]
    N6 --> N7[N+ Substrate]
    N7 --> D[Drain]
    G3[Gate] ---> P5
    end

• SCR: ઉચ્ચ કરંટ ક્ષમતા, લેચિંગ વર્તન
• GTO: સ્વયં બંધ થવાની ક્ષમતા, ઉચ્ચ સ્વિચિંગ સ્પીડ
• MOSFET: વોલ્ટેજ-નિયંત્રિત, ફાસ્ટ સ્વિચિંગ, કોઈ સેકન્ડરી બ્રેકડાઉન નહીં

મેમરી ટ્રીક: “SCR લેચ કરે, GTO સ્વયં બંધ થાય, MOSFET ચેનલ બનાવે”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 માર્ક્સ]

#

એસ આર.સી.ને ઓવર કરંટ થી બચાવવા માટેની પદ્ધતિઓ વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ: SCR ઓવર-કરંટ પ્રોટેક્શન વધુ પડતા કરંટને કારણે ડિવાઇસ નુકસાનને રોકે છે.

• હીટ સિંક: વધારાની ગરમીને વેડફવામાં મદદ કરે
• સ્નબર સર્કિટ: સ્વિચિંગ દરમિયાન કરંટ સ્પાઇક્સ ઘટાડે

મેમરી ટ્રીક: “ફ્યુઝ ફાસ્ટ, રિએક્ટર્સ રોકે, બ્રેકર્સ તોડે”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 માર્ક્સ]

#

SCRને ચાલુ કરવા માટે કોઈપણ બે પદ્ધતિઓ સમજાવો.

જવાબ: SCR ને વિવિધ ટ્રિગરિંગ પદ્ધતિઓ દ્વારા ચાલુ કરી શકાય છે.

graph TD
    subgraph "Gate Triggering"
    DC[DC Source] --> R1[Resistor]
    R1 --> SW[Switch]
    SW --> G[Gate]
    K[Cathode] --> GND[Ground]
    end

    subgraph "Voltage Triggering"
    VS[Voltage Source] --> SCR[SCR Anode]
    SCR --> RL[Load]
    RL --> GND2[Ground]
    end

• ગેટ ટ્રિગરિંગ: ફાયરિંગ એંગલ ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરે છે
• વોલ્ટેજ ટ્રિગરિંગ: ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ બ્રેકઓવર વોલ્ટેજથી વધે ત્યારે થાય છે

મેમરી ટ્રીક: “ગેટ કંટ્રોલ લાવે, વોલ્ટેજ આપોઆપ વધે”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 માર્ક્સ]

#

SCRને બંધ કરવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓની સૂચિ બનાવો અને સર્કિટનો ઉપયોગ કરીને તેમાંથી દરેકને સંક્ષિપ્તમાં સમજાવો.

જવાબ: SCR કોમ્યુટેશન પદ્ધતિઓ એ ચાલુ SCR ને બંધ કરવાની તકનીકો છે.

graph LR
    subgraph "Natural Commutation"
    direction LR
    AC[AC Source] --> SCR1[SCR]
    SCR1 --> L1[Load]
    L1 --> AC
    end

    subgraph "Class B Commutation"
    direction LR
    DC[DC Source] --> SCR2[SCR]
    SCR2 --> L2[Load]
    C[Capacitor] ---> SCR2
    L[Inductor] ---> C
    SW[Switch] ---> L
    end

• નેચરલ કોમ્યુટેશન: AC સાયકલમાં કરંટ કુદરતી રીતે શૂન્ય થાય છે
• ફોર્સ્ડ કોમ્યુટેશન: DC સર્કિટમાં કૃત્રિમ રીતે કરંટને શૂન્ય લાવે છે
• કોમ્યુનિકેશન ક્લાસ: A થી E ક્રમશઃ વધુ જટિલ અને વિશ્વસનીય

મેમરી ટ્રીક: “કુદરતી શૂન્યતા, ફોર્સ્ડ ઘટકો, ક્લાસ વિશ્વસનીયતા વધારે”

પ્રશ્ન 2(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

એસ આર.સી.ને ઓવર વોલ્ટેજ થી બચાવવા માટેની પદ્ધતિઓ વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ: ઓવર-વોલ્ટેજ પ્રોટેક્શન વોલ્ટેજ ક્ષણિકથી થતા નુકસાનને રોકે છે.

graph LR
    subgraph "Snubber Circuit"
    direction LR
    A1[Anode] --- R[Resistor]
    R --- C[Capacitor]
    C --- K1[Cathode]
    end

• સ્નબર સર્કિટ: વોલ્ટેજ વૃદ્ધિ દર (dv/dt) મર્યાદિત કરે છે
• MOV: વોલ્ટેજ સ્પાઇક્સમાંથી ઊર્જા શોષે છે
• થાયરિસ્ટર રેટિંગ: હંમેશા સર્કિટ વોલ્ટેજ કરતાં ઉપર માર્જિન સાથે કોમ્પોનન્ટ્સનો ઉપયોગ કરો

મેમરી ટ્રીક: “સ્નબર્સ ધીમા કરે, વેરિસ્ટર્સ રોકે, ઝેનર માર્યા”

પ્રશ્ન 2(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

થાઈરિસ્ટરનું ટ્રીગરિંગ વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ: થાયરિસ્ટર ટ્રિગરિંગમાં ડિવાઇસને બ્લોકિંગથી કન્ડક્શન સ્ટેટમાં સક્રિય કરવાનો સમાવેશ થાય છે.

graph TD
    subgraph "UJT Triggering Circuit"
    direction LR
    DC[DC Source] --> R1[Resistor]
    R1 --> UJT[UJT Emitter]
    UJT --> C[Capacitor]
    C --> GND[Ground]
    UJT -- "Base 1" --> R2[Resistor]
    R2 --> GND
    UJT -- "Base 2" --> R3[Resistor]
    R3 --> DC
    UJT -- "Pulse Output" --> T[Transformer]
    T --> G[SCR Gate]
    end

• ગેટ કરંટ: લેચિંગ કરંટથી વધારે હોવો જોઈએ
• ગેટ પલ્સ: વિશ્વસનીય ટ્રિગરિંગ માટે વિડ્થ અને એમ્પ્લિટ્યુડ મહત્વપૂર્ણ છે
• ટ્રિગરિંગ એંગલ: લોડ પર આપવામાં આવતી પાવરને નિયંત્રિત કરે છે

મેમરી ટ્રીક: “ગેટ ચાલુ કરે, RC લયબદ્ધ, UJT એકસરખું, લાઇટ મુક્ત કરે”

પ્રશ્ન 2(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

SCR માટે સ્નબર સર્કિટની રચના કરો સમજાવો. તેનું મહત્વ પણ સમજાવો.

જવાબ: સ્નબર સર્કિટ SCR ને વોલ્ટેજ ઝણકાથી રક્ષણ આપે છે અને સ્વિચિંગ વર્તનને નિયંત્રિત કરે છે.

graph LR
    A[Anode] --- R[Resistor]
    R --- C[Capacitor]
    C --- K[Cathode]
    A --- SCR[SCR]
    SCR --- K
    A --- L[Inductor]
    L --- Load[Load]
    Load --- K

ડિઝાઇન સ્ટેપ્સ:

1. SCR ડેટાશીટમાંથી મહત્તમ dv/dt ગણો
2. લોડ કરંટ અને સર્કિટ વોલ્ટેજ નક્કી કરો
3. SCR રેટિંગ નીચે dv/dt મર્યાદિત કરવા માટે C પસંદ કરો
4. ડિસ્ચાર્જ કરંટ મર્યાદિત કરવા અને ડેમ્પિંગ પ્રદાન કરવા માટે R પસંદ કરો

મહત્વ:

• dv/dt પ્રોટેક્શન: ખોટા ટ્રિગરિંગને રોકે છે
• ટર્ન-ઓફ સપોર્ટ: કોમ્યુટેશન સુધારે છે
• સ્વિચિંગ લોસ ઘટાડો: પાવર ડિસિપેશન ઘટાડે છે
• EMI ઘટાડો: વોલ્ટેજ ટ્રાન્ઝિશન સરળ બનાવે છે

મેમરી ટ્રીક: “રેઝિસ્ટર રોકે, કેપેસિટર પકડે, ડાયોડ દિશા આપે”

પ્રશ્ન 3(અ) [3 માર્ક્સ]

#

સર્કિટ ડાયાગ્રામનો ઉપયોગ કરીને થ્રી ફેઝ ફુલ વેવ રેક્ટિફાયરનું કાર્ય સમજવો.

જવાબ: થ્રી-ફેઝ ફુલ-વેવ રેક્ટિફાયર છ ડાયોડ સાથે થ્રી-ફેઝ AC ને DC માં રૂપાંતરિત કરે છે.

graph LR
    subgraph "Three-Phase Source"
    A[Phase A]
    B[Phase B]
    C[Phase C]
    end

    subgraph "Bridge Rectifier"
    D1[D1]
    D2[D2]
    D3[D3]
    D4[D4]
    D5[D5]
    D6[D6]
    end
    
    A --> D1
    B --> D3
    C --> D5
    D1 --> P["\+"]
    D3 --> P
    D5 --> P
    N["\-"] --> D2
    N --> D4
    N --> D6
    D2 --> A
    D4 --> B
    D6 --> C
    
    P --> RL[Load]
    RL --> N

• છ ડાયોડ: ત્રણ પોઝિટિવ, ત્રણ નેગેટિવ હાફ-સાયકલ માટે
• કન્ડક્શન: દરેક ડાયોડ સાયકલ દીઠ 120° માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• આઉટપુટ: સિંગલ-ફેઝની સરખામણીએ ઓછો રિપલ (4.2%)

મેમરી ટ્રીક: “છ ડાયોડ, ત્રણ ફેઝ, સરળ DC”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 માર્ક્સ]

#

સિંગલ ફેઝ અને પોલી ફેઝ રેક્ટિફાયર સર્કિટમાં તફાવત કરો.

જવાબ:

• ફોર્મ ફેક્ટર: પોલી-ફેઝમાં નીચો (વધુ સારી ગુણવત્તાનો DC)
• પાવર હેન્ડલિંગ: પોલીફેઝ વધુ કાર્યક્ષમતાથી ઉચ્ચ પાવર હેન્ડલ કરે છે
• સર્કિટ જટિલતા: પોલીફેઝ વધુ જટિલ પરંતુ વધુ સારી કામગીરી

મેમરી ટ્રીક: “સિંગલ ભારે પલ્સ કરે, પોલી સરળ આપે”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 માર્ક્સ]

#

શ્રેણી, સમાંતર અને બ્રિજ પ્રકારના ઇન્વર્ટરના ઉપયોગનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

graph TD
    subgraph "Series Inverter"
    DC1[DC Source] --> S1[SCR]
    S1 --> L1[Inductor]
    L1 --> C1[Capacitor]
    C1 --> RL1[Load]
    RL1 --> DC1
    end

    subgraph "Parallel Inverter"
    DC2[DC Source] --> L2[Inductor]
    L2 --> S2[SCR]
    S2 --> RL2[Load]
    C2[Capacitor] --> RL2
    RL2 --> DC2
    end
    
    subgraph "Bridge Inverter"
    DC3[DC Source] --> Q1[Q1]
    DC3 --> Q3[Q3]
    Q1 --> Q2[Q2]
    Q3 --> Q4[Q4]
    Q2 --> DC3
    Q4 --> DC3
    Q1 -- "Load" --> Q4
    Q3 -- "Load" --> Q2
    end

• શ્રેણી ઇન્વર્ટર: ફિક્સ્ડ-ફ્રિક્વન્સી, ફિક્સ્ડ-લોડ એપ્લિકેશન માટે શ્રેષ્ઠ
• સમાંતર ઇન્વર્ટર: લોડ વેરિએશન્સ વધુ સારી રીતે હેન્ડલ કરે છે
• બ્રિજ ઇન્વર્ટર: સામાન્ય એપ્લિકેશન્સ માટે સૌથી વધુ વપરાય છે

મેમરી ટ્રીક: “શ્રેણી ઉચ્ચ ફ્રિક્વન્સી પર ગાય, સમાંતર વિવિધતા સાથે કાર્ય કરે, બ્રિજ બહુમુખી પ્રતિભા લાવે”

પ્રશ્ન 3(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

સર્કિટ ડાયાગ્રામનો ઉપયોગ કરીને થ્રી ફેઝ હાફ વેવ રેક્ટિફાયરનું કાર્ય સમજવો.

જવાબ: થ્રી-ફેઝ હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર ત્રણ ડાયોડનો ઉપયોગ કરીને થ્રી-ફેઝ AC ને DC માં રૂપાંતરિત કરે છે.

graph TD
    subgraph "Three-Phase Source"
    A[Phase A]
    B[Phase B]
    C[Phase C]
    N[Neutral]
    end

    subgraph "Half-Wave Rectifier"
    D1[D1]
    D2[D2]
    D3[D3]
    end
    
    A --> D1
    B --> D2
    C --> D3
    D1 --> P["\+"]
    D2 --> P
    D3 --> P
    P --> RL[Load]
    RL --> N

• ત્રણ ડાયોડ: દરેક તેના ફેઝના પોઝિટિવ હાફ-સાયકલ દરમિયાન કન્ડક્ટ કરે છે
• કન્ડક્શન: દરેક ડાયોડ સાયકલ દીઠ 120° માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• આઉટપુટ: 13.4% રિપલ (ફુલ-વેવ કરતાં વધારે)

મેમરી ટ્રીક: “ત્રણ ડાયોડ, ત્રણ ફેઝ, એક દિશા”

પ્રશ્ન 3(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

વિવિધ પ્રકારની ચાર્જિંગ ટેક્નોલોજીની યાદી બનાવો અને તેની સરખામણી કરો.

જવાબ:

• બેટરી પ્રકાર: વિવિધ ટેક્નોલોજીઓ વિવિધ બેટરી કેમિસ્ટ્રી માટે યોગ્ય છે
• ચાર્જિંગ પ્રોફાઇલ: નુકસાન ટાળવા માટે બેટરી સ્પેસિફિકેશન સાથે મેળ ખાવો જોઈએ
• તાપમાન મેનેજમેન્ટ: ચાર્જિંગ કાર્યક્ષમતા અને સુરક્ષામાં મહત્વપૂર્ણ પરિબળ

મેમરી ટ્રીક: “કરંટ સતત, વોલ્ટેજ બદલાય, પલ્સ થોભે, ટ્રિકલ ટોચે, ફાસ્ટ ફટાફટ”

પ્રશ્ન 3(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી સોલાર ફોટોવોલ્ટેઈક (પીવી) આધારિત વીજ ઉત્પાદનની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: સોલાર PV સિસ્ટમ ફોટોવોલ્ટેઇક ઇફેક્ટ દ્વારા સૂર્યપ્રકાશને સીધો વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

graph LR
    S[Sunlight] --> PV[Solar PV Panels]
    PV --> C[Charge Controller]
    C --> B[Battery Bank]
    C --> I[Inverter]
    B --> I
    I --> L[AC Loads]
    C --> DC[DC Loads]

• ફોટોવોલ્ટેઇક ઇફેક્ટ: પ્રકાશ ઊર્જા અર્ધવાહક સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોન ફ્લો બનાવે છે
• મેક્સિમમ પાવર પોઇન્ટ ટ્રેકિંગ: બદલાતી પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પાવર એક્સટ્રેક્શન ઓપ્ટિમાઇઝ કરે છે
• ગ્રિડ ઇન્ટિગ્રેશન: સ્ટેન્ડઅલોન અથવા યુટિલિટી ગ્રિડ સાથે જોડાયેલા કાર્ય કરી શકે છે

મેમરી ટ્રીક: “સૂર્ય અર્ધવાહકો પર પડે, કંટ્રોલર ચાર્જ કરે, બેટરી સંગ્રહ કરે, ઇન્વર્ટર ઇન્ટરફેસ કરે”

પ્રશ્ન 4(અ) [3 માર્ક્સ]

#

ઇન્ડક્શન હીટિંગના ફાયદા અને ગેરફાયદા જણાવો.

જવાબ:

• કાર્ય સિદ્ધાંત: વર્કપીસમાં પ્રેરિત એડી કરંટ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે
• ઉપયોગો: મેલ્ટિંગ, હાર્ડનિંગ, એનિલિંગ, વેલ્ડિંગ

મેમરી ટ્રીક: “ઝડપી, ફોકસ્ડ, કાર્યક્ષમ પરંતુ ખર્ચાળ, કન્ડક્ટિવ, જટિલ”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 માર્ક્સ]

#

IC-555 નો ઉપયોગ કરીને સિક્વન્સીયલ ટાઈમરની સર્કિટ દોરો અને તેનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: સિક્વેન્શિયલ ટાઈમર ક્રમમાં મલ્ટિપલ ટાઈમ્ડ આઉટપુટ પ્રદાન કરે છે.

graph TD
    VCC[+VCC] --> R1[R1]
    R1 --> RST1[Reset IC1]
    VCC --> R2[R2]
    R2 --> TR1[Trigger IC1]
    VCC --> R3[R3]
    R3 --> THR1[Threshold IC1]

    IC1[555 Timer 1] -- "Output" --> C1[C1]
    C1 --> TR2[Trigger IC2]
    
    IC2[555 Timer 2] -- "Output" --> C2[C2]
    C2 --> TR3[Trigger IC3]
    
    IC3[555 Timer 3] -- "Output" --> LOAD[Load]

કાર્યપદ્ધતિ:

1. પ્રથમ 555 ટાઈમર મોનોસ્ટેબલ મોડમાં કાર્ય કરે
2. પ્રથમ ટાઈમિંગ સાયકલ પૂર્ણ થાય ત્યારે આઉટપુટ બીજા ટાઈમરને ટ્રિગર કરે
3. બીજો ટાઈમર ત્રીજા ટાઈમરને ટ્રિગર કરે
4. દરેક ટાઈમરનો સમયગાળો તેના RC ટાઈમ કોન્સ્ટન્ટ દ્વારા નક્કી થાય

• RC વેલ્યુઝ: T = 1.1 × R × C દરેક સ્ટેજનું ટાઈમિંગ નક્કી કરે છે
• કેસ્કેડિંગ: મલ્ટિપલ સ્ટેજ ક્રમિક ટાઈમિંગ ઇવેન્ટ્સ પ્રદાન કરે છે
• ઉપયોગો: પ્રોસેસ કંટ્રોલ, ઔદ્યોગિક સિક્વન્સિંગ

મેમરી ટ્રીક: “એક ટાઈમર બીજાને ક્રમશઃ ટ્રિગર કરે”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 માર્ક્સ]

#

TRIAC નો ઉપયોગ કરીને સિંગલ ફેઝ AC પાવર કંટ્રોલની સર્કિટ દોરો અને તેને વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ: TRIAC-આધારિત AC પાવર કંટ્રોલ ફેઝ એંગલ કંટ્રોલ દ્વારા લોડ્સ પર પાવર નિયંત્રિત કરે છે.

graph LR
    AC[AC Supply] --> F[Fuse]
    F --> T[TRIAC]
    T --> L[Load]
    L --> AC

    AC -- "Phase Detection" --> ZC[Zero-Crossing Detector]
    ZC --> TC[Timing Circuit]
    TC --> G[Gate Drive]
    G --> T

ઓપરેશન સિદ્ધાંત:

1. RC નેટવર્ક AC ઇનપુટથી ફેઝ શિફ્ટ બનાવે
2. કેપેસિટર વોલ્ટેજ થ્રેશોલ્ડ પર પહોંચે ત્યારે DIAC બ્રેક ઓવર થાય
3. DIAC ચોક્કસ ફેઝ એંગલ પર TRIAC ટ્રિગર કરે
4. R બદલવાથી ફેઝ એંગલ બદલાય, પાવર કંટ્રોલ થાય

• ફાયરિંગ એંગલ: 0° (ફુલ પાવર) થી 180° (ઝીરો પાવર)
• ઉપયોગો: લાઇટ ડિમર, હીટર કંટ્રોલ, મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ
• ફાયદાઓ: સ્મૂધ કંટ્રોલ, કોઈ મૂવિંગ પાર્ટ્સ નથી, ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા

મેમરી ટ્રીક: “રેઝિસ્ટન્સ ફેઝ બદલે, DIAC પલ્સ આપે, TRIAC પાવર ટ્રાન્સમિટ કરે”

પ્રશ્ન 4(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

ડાયઈલેક્ટ્રીક હીટિંગના ફાયદા અને ગેરફાયદા જણાવો.

જવાબ:

• કાર્ય સિદ્ધાંત: ઉચ્ચ-ફ્રિક્વન્સી ઇલેક્ટ્રિક ફીલ્ડમાં ડાયપોલ રોટેશન ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે
• ઉપયોગો: પ્લાસ્ટિક વેલ્ડિંગ, લાકડા સૂકવણી, ફૂડ પ્રોસેસિંગ

મેમરી ટ્રીક: “યુનિફોર્મ, ઝડપી, ઇન્સુલેટર-ફ્રેન્ડલી પરંતુ ખર્ચાળ, જટિલ, RF-તીવ્ર”

પ્રશ્ન 4(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

LDR નો ઉપયોગ કરીને ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક રિલેનો સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને તેનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક રિલે લાઇટ-ડિપેન્ડન્ટ રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ પ્રકાશ શોધવા અને રિલે નિયંત્રિત કરવા માટે કરે છે.

graph LR
    VCC[+VCC] --> R1[Load Resistor]
    R1 --> C[Collector]
    VCC --> RL[Relay Coil]
    RL --> C
    C --> Q[Transistor]
    Q --> GND[Ground]
    B[Base] --> Q
    R2[Base Resistor] --> B
    VCC --> LDR[LDR]
    LDR --> R2
    RL -- "Diode" --> VCC

કાર્યપદ્ધતિ:

1. જ્યારે પ્રકાશ LDR પર પડે ત્યારે LDR રેઝિસ્ટન્સ ઘટે
2. વોલ્ટેજ ડિવાયડર (LDR + R2) ટ્રાન્ઝિસ્ટરને બેઝ કરંટ પ્રદાન કરે
3. પૂરતો બેઝ કરંટ વહે ત્યારે ટ્રાન્ઝિસ્ટર ON થાય
4. ટ્રાન્ઝિસ્ટર કન્ડક્ટ કરે ત્યારે રિલે સક્રિય થાય

• લાઇટ થ્રેશોલ્ડ: પોટેન્શિયોમીટર દ્વારા સમાયોજિત
• ઉપયોગો: ઓટોમેટિક લાઇટિંગ, કાઉન્ટિંગ સિસ્ટમ, અલાર્મ સિસ્ટમ
• LDR લાક્ષણિકતાઓ: રેઝિસ્ટન્સ પ્રકાશની તીવ્રતાના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં

મેમરી ટ્રીક: “પ્રકાશ રેઝિસ્ટન્સ ઘટાડે, ટ્રાન્ઝિસ્ટર ચાલુ થાય, રિલે પ્રતિસાદ આપે”

પ્રશ્ન 4(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

ટ્રીગરીંગ સર્કિટમાં UJT સાથે SCR નો ઉપયોગ કરીને ડીસી.પાવર કંટ્રોલની સર્કિટ દોરો અને વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ: UJT-ટ્રિગર્ડ SCR સર્કિટ લોડ્સ પર DC પાવરનું ચોક્કસ નિયંત્રણ પ્રદાન કરે છે.

graph LR
    DC[DC Source] --> F[Fuse]
    F --> SCR[SCR]
    SCR --> L[Load]
    L --> DC

    DC --> R1[R1]
    R1 --> P[Potentiometer]
    P --> C1[Timing Capacitor]
    C1 --> E[UJT Emitter]
    E --> UJT[UJT]
    UJT -- "Base 1" --> R2[R2]
    R2 --> GND[Ground]
    UJT -- "Base 2" --> R3[R3]
    R3 --> DC
    UJT -- "Pulse Output" --> T[Transformer]
    T --> G[SCR Gate]
    G --> K[SCR Cathode]

કાર્ય સિદ્ધાંત:

1. UJT રિલેક્સેશન ઓસિલેટર પલ્સ જનરેટ કરે છે
2. પોટેન્શિયોમીટર ચાર્જિંગ રેટ બદલે, પલ્સ ફ્રિક્વન્સી બદલે
3. પલ્સ ટ્રાન્સફોર્મર મારફતે SCR ગેટ પર કપલ થાય
4. SCR ટ્રિગર ટાઇમિંગના આધારે સાયકલના ભાગ માટે કન્ડક્ટ કરે

• કંટ્રોલ રેંજ: મિનિમમથી મેક્સિમમ પાવર
• ફાયદાઓ: ચોક્કસ નિયંત્રણ, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા
• ઉપયોગો: DC મોટર કંટ્રોલ, હીટિંગ એલિમેન્ટ્સ, બેટરી ચાર્જર

મેમરી ટ્રીક: “રેઝિસ્ટર રેટ નિયંત્રિત કરે, UJT પલ્સ છોડે, SCR કરંટ સ્વિચ કરે”

પ્રશ્ન 5(અ) [3 માર્ક્સ]

#

BLDC ડ્રાઈવર સર્કિટમાં હોલ ઈફેક્ટ સેન્સર સમજાવો.

જવાબ: હોલ ઇફેક્ટ સેન્સર્સ BLDC મોટર્સમાં રોટર પોઝિશન ચોક્કસ કોમ્યુટેશન ટાઇમિંગ માટે શોધે છે.

graph LR
    subgraph "BLDC Motor"
    R[Rotor with Magnets]
    S[Stator Windings]
    H1[Hall Sensor 1]
    H2[Hall Sensor 2]
    H3[Hall Sensor 3]
    end

    H1 -- "Position Signal" --> C[Controller]
    H2 -- "Position Signal" --> C
    H3 -- "Position Signal" --> C
    C -- "Commutation Signal" --> D[Driver Circuit]
    D -- "Phase Current" --> S

• કાર્ય સિદ્ધાંત: કરંટ અને ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબરૂપે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન થાય
• કોમ્યુટેશન સિક્વન્સ: દરેક સેન્સર પેટર્ન ચોક્કસ સ્વિચિંગ સંયોજનને અનુરૂપ હોય

મેમરી ટ્રીક: “ચુંબક ખસે, હોલ સેન્સ કરે, કંટ્રોલર કોમ્યુટેટ કરે”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 માર્ક્સ]

#

TRIAC નો ઉપયોગ કરીને સિંગલ ફેઝ ઇન્ડક્શન મોટરની ઝડપને નિયંત્રિત કરવા માટે સોલિડ સ્ટેટ સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: ઇન્ડક્શન મોટર માટે TRIAC-આધારિત સ્પીડ કંટ્રોલ ફેઝ કંટ્રોલ સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરે છે.

graph LR
    AC[AC Supply] --> F[Fuse]
    F --> T[TRIAC]
    T --> M[Induction Motor]
    M --> AC

    AC -- "Zero Crossing" --> ZC[Zero-Crossing Detector]
    ZC --> MC[Microcontroller]
    MC --> OI[Opto-Isolator]
    OI --> T
    S[Speed Control] --> MC

કાર્ય સિદ્ધાંત:

1. ઝીરો-ક્રોસિંગ ડિટેક્ટર વોલ્ટેજ ઝીરો-ક્રોસિંગ્સ ઓળખે
2. માઇક્રોકંટ્રોલર સ્પીડ સેટિંગના આધારે ડિલે ગણે
3. ડિલે પછી, ઓપ્ટો-આઇસોલેટર દ્વારા TRIAC ને ગેટ પલ્સ મોકલવામાં આવે
4. TRIAC હાફ-સાયકલના બાકીના ભાગ માટે કન્ડક્ટ કરે
5. ફાયરિંગ એંગલ બદલવાથી મોટરનું વોલ્ટેજ નિયંત્રિત થાય, ઝડપ સમાયોજિત થાય

• TRIAC રેટિંગ: સ્ટાર્ટિંગ કરંટ હેન્ડલ કરવું જોઈએ (5-7× રનિંગ કરંટ)
• સ્પીડ રેન્જ: મોટર લાક્ષણિકતાઓને કારણે નીચલા છેડે મર્યાદિત
• ઉપયોગો: ફેન, પંપ, નાના મશીન ટૂલ્સ

મેમરી ટ્રીક: “ઝીરો શોધાયું, ડિલે નક્કી થયું, TRIAC ટ્રિગર થયું”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 માર્ક્સ]

#

આકૃતિનો ઉપયોગ કરીને બી.એલ.ડી.સી. મોટરની રચના અને કાર્યને સમજાવો. તેની ઊપયોગીતાની પણ સૂચી બનાવો.

જવાબ: બ્રશલેસ DC મોટર્સ મિકેનિકલ બ્રશની જગ્યાએ ઇલેક્ટ્રોનિક કોમ્યુટેશનનો ઉપયોગ કરે છે.

graph LR
    subgraph "BLDC Motor Construction"
    S[Stator with Windings]
    R[Rotor with Permanent Magnets]
    H[Hall Effect Sensors]
    end

    subgraph "Control System"
    HS[Hall Sensor Signals] --> C[Controller]
    C --> D[Driver Circuit]
    D --> S
    end

કાર્ય સિદ્ધાંત:

1. હોલ સેન્સર રોટર પોઝિશન શોધે
2. કંટ્રોલર યોગ્ય એનર્જાઇઝિંગ સિક્વન્સ નક્કી કરે
3. ડ્રાઇવર યોગ્ય સ્ટેટર વાઇન્ડિંગ્સને પાવર આપે
4. ચુંબકીય ઇન્ટરેક્શન રોટેશન ઉત્પન્ન કરે
5. પ્રક્રિયા સતત ચાલુ રહે

ઉપયોગો:

• કમ્પ્યુટર કૂલિંગ ફેન અને હાર્ડ ડ્રાઇવ્સ
• ઇલેક્ટ્રિક વાહનો અને હાઇબ્રિડ કાર
• ઔદ્યોગિક ઓટોમેશન અને રોબોટિક્સ
• મેડિકલ ઉપકરણો (પંપ, વેન્ટિલેટર)
• ડ્રોન અને RC મોડેલ્સ
• હોમ એપ્લાયન્સિસ (વોશર, રેફ્રિજરેટર)
• પ્રિસિઝન ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ

મેમરી ટ્રીક: “ચુંબકો ખસે, સેન્સર જુએ, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઊર્જા આપે”

પ્રશ્ન 5(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ (VFD) નું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: વેરિએબલ ફ્રિક્વન્સી ડ્રાઇવ્સ ફ્રિક્વન્સી અને વોલ્ટેજ બદલીને મોટર સ્પીડ નિયંત્રિત કરે છે.

graph LR
    AC[AC Supply] --> R[Rectifier]
    R --> DC[DC Bus]
    DC --> I[Inverter]
    I --> M[Motor]

    C[Controller] --> I
    S[Speed Reference] --> C
    F[Feedback] --> C

• V/f કંટ્રોલ: સ્થિર ટોર્ક માટે કોન્સ્ટન્ટ V/f રેશિયો જાળવે
• ઓપરેટિંગ રેન્જ: સામાન્ય રીતે રેટેડ સ્પીડના 10-200%
• કાર્યક્ષમતા: વિશાળ સ્પીડ રેન્જ પર ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા

મેમરી ટ્રીક: “AC ને DC કરે, DC ને AC કરે, ફ્રિક્વન્સી બદલે”

પ્રશ્ન 5(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

યુનિવર્સલ મોટરની ઝડપને નિયંત્રિત કરવા માટે સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: યુનિવર્સલ મોટર્સ AC અથવા DC પર ચાલી શકે છે અને સરળ સ્પીડ કંટ્રોલ પદ્ધતિઓની મંજૂરી આપે છે.

graph LR
    AC[AC Supply] --> F[Fuse]
    F --> T[TRIAC]
    T --> M[Universal Motor]
    M --> AC

    AC --> R1[R1]
    R1 --> DIAC[DIAC]
    DIAC --> G[TRIAC Gate]
    R1 --> C1[C1]
    C1 --> P[Potentiometer]
    P --> F

કાર્ય સિદ્ધાંત:

1. RC નેટવર્ક ઇનપુટ વોલ્ટેજથી ફેઝ શિફ્ટ બનાવે
2. પોટેન્શિયોમીટર ફેઝ શિફ્ટની માત્રા સમાયોજિત કરે
3. વોલ્ટેજ બ્રેકઓવર પર પહોંચે ત્યારે DIAC ટ્રિગર થાય
4. TRIAC હાફ-સાયકલના બાકીના ભાગ માટે કન્ડક્ટ કરે
5. પોટેન્શિયોમીટર સમાયોજિત કરવાથી ફાયરિંગ એંગલ અને મોટર સ્પીડ બદલાય

• સ્પીડ રેન્જ: વિશાળ કંટ્રોલ રેન્જ (10-100%)
• ટોર્ક લાક્ષણિકતાઓ: નીચી સ્પીડ પર થોડી ઘટે છે
• ઉપયોગો: પાવર ટૂલ્સ, ઘરેલું ઉપકરણો, સિલાઈ મશીન

મેમરી ટ્રીક: “રેસિસ્ટન્સ ફેઝ બદલે, DIAC આપે, TRIAC કન્ડક્ટ કરે”

પ્રશ્ન 5(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

PLCનો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકની કામગીરીને સંક્ષિપ્તમાં સમજાવો. અને તેના ફાયદાઓ અને ઉપયોગીતાઓની સૂચી બનવો.

જવાબ: પ્રોગ્રામેબલ લોજિક કંટ્રોલર્સ (PLCs) ઓટોમેશન કંટ્રોલ માટેના ઔદ્યોગિક કોમ્પ્યુટર છે.

graph LR
    subgraph "PLC System"
    PS[Power Supply]
    CPU[Central Processing Unit]
    IM[Input Modules]
    OM[Output Modules]
    MEM[Memory]
    COM[Communication Interface]
    end

    PS --> CPU
    PS --> IM
    PS --> OM
    PS --> COM
    
    IM --> CPU
    CPU --> OM
    CPU <--> MEM
    CPU <--> COM
    
    FS[Field Sensors] --> IM
    OM --> ACT[Actuators]
    COM <--> HMI[HMI/SCADA]
    COM <--> NET[Network]

ફાયદાઓ:

• કઠોર ઔદ્યોગિક વાતાવરણમાં વિશ્વસનીયતા
• રીપ્રોગ્રામિંગ માટે લચીલાપણું
• રિલે-આધારિત સિસ્ટમોની તુલનામાં કોમ્પેક્ટ સાઇઝ
• બિલ્ટ-ઇન ડાયગ્નોસ્ટિક્સ અને ટ્રબલશૂટિંગ
• મોડ્યુલર એક્સપેન્ડેબિલિટી
• હાઇ-સ્પીડ ઓપરેશન
• જટિલ કંટ્રોલ સિસ્ટમ માટે કોસ્ટ-ઇફેક્ટિવ

ઉપયોગો:

• મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રોડક્શન લાઇન્સ
• પ્લાન્ટ્સમાં પ્રોસેસ કંટ્રોલ
• મટીરિયલ હેન્ડલિંગ સિસ્ટમ્સ
• બિલ્ડિંગ ઓટોમેશન
• પાવર જનરેશન અને ડિસ્ટ્રિબ્યુશન
• વોટર/વેસ્ટવોટર ટ્રીટમેન્ટ
• પેકેજિંગ મશીનરી
• ફૂડ પ્રોસેસિંગ

મેમરી ટ્રીક: “પાવર આપે, CPU ગણે, ઇનપુટ જાણે, આઉટપુટ કરે, મેમરી જાળવે”