લીનીયર ઇન્ટીગ્રેટેડ સર્કિટ (4341105) - ગ્રીષ્મ 2023 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

નેગેટીવ ફીડબેક એમ્પ્લીફાયરના ફાયદા અને ગેરફાયદા લખો.

જવાબ:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “GRASS ઊગે પણ ડ્રાય સોઇલ પર” (Gain Reduction, Amplifies Stability, Stops distortion, Better impedance)

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

નેગેટીવ ફીડબેક એમ્પ્લીફાયરનુ ઓવરઓલ ગેઇન સૂત્ર મેળવો અને નેગેટીવ ફીડબેકની એપ્લીકેશન જણાવો.

જવાબ:

નેગેટીવ ફીડબેક સાથે ઓવરઓલ ગેઇનની મેળવણી:

flowchart LR
    I[Input] --> S[Summing\nPoint]
    S --> A[Amplifier\nA]
    A --> O[Output]
    O --> F[Feedback\nNetwork β]
    F --> S

• એમ્પ્લીફાયર ગેઇન A અને ફીડબેક ફેક્ટર β માટે:
  • ઇનપુટ સિગ્નલ = Vin
  • ફીડબેક સિગ્નલ = βVout
  • એમ્પ્લીફાયરમાં વાસ્તવિક ઇનપુટ = Vin - βVout
  • આઉટપુટ = A(Vin - βVout)
  • આથી, Vout = A(Vin - βVout)
  • Vout + AβVout = AVin
  • Vout(1 + Aβ) = AVin
  • ઓવરઓલ ગેઇન = Vout/Vin = A/(1 + Aβ)

નેગેટીવ ફીડબેકની એપ્લીકેશન:

• ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર
• વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર્સ
• ઓડિયો એમ્પ્લીફાયર્સ
• ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન એમ્પ્લીફાયર્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “AVOI” (Amplifiers, Voltage regulators, Oscillation control, Instrumentation)

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

કરંટ શન્ટ નેગેટીવ ફીડબેક એમ્પ્લીફાયર દોરી ને સમજાવો અને ઈનપુટ અને આઉટપુટ ઈમ્પપીડન્સ નું સૂત્ર મેળવો.

જવાબ:

કરંટ શન્ટ નેગેટીવ ફીડબેક એમ્પ્લીફાયર:

flowchart LR
    I[Input] --> S[Current\nSampling]
    S --> A[Amplifier]
    A --> O[Output]
    O --> F[Feedback\nNetwork]
    F -->|Feedback Current| S

કરંટ શન્ટ ફીડબેકમાં, આઉટપુટ વોલ્ટેજનું સેમ્પલિંગ કરવામાં આવે છે અને તેને કરંટમાં રૂપાંતરિત કરીને ઇનપુટ કરંટમાંથી બાદ કરવામાં આવે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

લાક્ષણિકતાઓ:

• ફીડબેક પ્રકાર: ઇનપુટ પર કરંટ સેમ્પલિંગ, ઇનપુટ પર શન્ટ મિક્સિંગ
• સેમ્પલ્સ: આઉટપુટ વોલ્ટેજ
• ફીડબેક ટુ: ઇનપુટ કરંટ

ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સનું સૂત્ર:

• ફીડબેક વિના: Zin
• કરંટ શન્ટ ફીડબેક સાથે: Zin’ = Zin/(1 + Aβ)
• આથી, ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ (1 + Aβ) ફેક્ટર દ્વારા ઘટે છે

આઉટપુટ ઇમ્પીડન્સનું સૂત્ર:

• ફીડબેક વિના: Zo
• કરંટ શન્ટ ફીડબેક સાથે: Zo’ = Zo/(1 + Aβ)
• આથી, આઉટપુટ ઇમ્પીડન્સ (1 + Aβ) ફેક્ટર દ્વારા ઘટે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “DISCO” (Decreased Impedances with Shunt Current Operation)

પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 ગુણ]

#

વોલ્ટેજ સીરીઝ નેગેટીવ ફીડબેક એમ્પ્લીફાયર દોરી ને સમજાવો અને ઈનપુટ અને આઉટપુટ ઈમ્પપીડન્સ નું સૂત્ર મેળવો.

જવાબ:

વોલ્ટેજ સીરીઝ નેગેટીવ ફીડબેક એમ્પ્લીફાયર:

flowchart LR
    I[Input] --> S[Voltage\nSampling]
    S --> A[Amplifier]
    A --> O[Output]
    O --> F[Feedback\nNetwork β]
    F -->|Feedback Voltage| S

વોલ્ટેજ સીરીઝ ફીડબેકમાં, આઉટપુટ વોલ્ટેજનું સેમ્પલિંગ કરવામાં આવે છે અને તેને ઇનપુટ વોલ્ટેજ સાથે સીરીઝમાં ફીડબેક કરવામાં આવે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

લાક્ષણિકતાઓ:

• ફીડબેક પ્રકાર: આઉટપુટ પર વોલ્ટેજ સેમ્પલિંગ, ઇનપુટ પર સીરીઝ મિક્સિંગ
• સેમ્પલ્સ: આઉટપુટ વોલ્ટેજ
• ફીડબેક ટુ: ઇનપુટ વોલ્ટેજ

ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સનું સૂત્ર:

• ફીડબેક વિના: Zin
• વોલ્ટેજ સીરીઝ ફીડબેક સાથે: Zin’ = Zin × (1 + Aβ)
• આથી, ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ (1 + Aβ) ફેક્ટર દ્વારા વધે છે

આઉટપુટ ઇમ્પીડન્સનું સૂત્ર:

• ફીડબેક વિના: Zo
• વોલ્ટેજ સીરીઝ ફીડબેક સાથે: Zo’ = Zo/(1 + Aβ)
• આથી, આઉટપુટ ઇમ્પીડન્સ (1 + Aβ) ફેક્ટર દ્વારા ઘટે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ISDO” (Increased input impedance, Series feedback, Decreased output impedance, Output voltage sampled)

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

UJT રીલેક્ષેશન ઓસીલેટરનો સરકીટ ડાયાગ્રામ દોરીને સમજાવો.

જવાબ:

UJT રીલેક્ષેશન ઓસીલેટર:

flowchart TB
    A[UJT Relaxation Oscillator]
    A --- B[RC ચાર્જિંગ સર્કિટ\nસાથે પલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે]
    A --- C[કેપેસિટર વોલ્ટેજ\nપીક પર પહોંચે ત્યારે UJT ટ્રિગર થાય છે]
    A --- D[સિમ્પલ ટાઇમિંગ સર્કિટ]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

આ સર્કિટમાં:

• C1 ચાર્જ થાય છે R1 દ્વારા
• જ્યારે કેપેસિટર વોલ્ટેજ UJT ના પીક પોઇન્ટ સુધી પહોંચે છે, UJT ચાલુ થાય છે
• કેપેસિટર UJT દ્વારા ઝડપથી ડિસ્ચાર્જ થાય છે
• પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત થાય છે અને ઓસિલેશન ઉત્પન્ન થાય છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “CURD” (Capacitor charges Until Reaching Discharge point)

પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 ગુણ]

#

હાર્ટલી ઓસીલેટર દોરી ને સમજાવો.

જવાબ:

હાર્ટલી ઓસીલેટર:

flowchart TB
    A[હાર્ટલી ઓસીલેટર] --> B[ટેપ્ડ ઇન્ડક્ટર વાપરે છે]
    A --> C[LC ટેન્ક સર્કિટ]
    A --> D[RF એપ્લિકેશન્સ]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• LC ટેન્ક સર્કિટ સાથે ટેપ્ડ ઇન્ડક્ટર (L1 અને L2) વાપરે છે
• ટ્રાન્ઝિસ્ટર એમ્પ્લિફાય કરે છે અને ટેન્ક સર્કિટને ઊર્જા પૂરી પાડે છે
• ઓસિલેશન ફ્રીક્વન્સી: f = 1/[2π√(L×C)] જ્યાં L = L1 + L2
• ઇન્ડક્ટિવ કપલિંગ દ્વારા ફીડબેક

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “TIC” (Tapped inductor Circuit)

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

કોલપીટ ઓસીલેટરનો સરકીટ ડાયાગ્રામ દોરો અને વિસ્તૃત માં સમજાવો. તેના ફાયદા અને ગેરફાયદા પણ જણાવો.

જવાબ:

કોલપીટ્સ ઓસીલેટર:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• કેપેસિટિવ વોલ્ટેજ ડિવાઇડર (C1 અને C2) સાથે LC ટેન્ક સર્કિટ વાપરે છે
• ટ્રાન્ઝિસ્ટર એમ્પ્લિફાય કરે છે અને ટેન્ક સર્કિટને ઊર્જા પૂરી પાડે છે
• ઓસિલેશન ફ્રીક્વન્સી: f = 1/[2π√(L×(C1×C2)/(C1+C2))]

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “FAST Circuits” (Frequency stable, Appropriate for high frequencies, Simple design, Two capacitors needed)

પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 ગુણ]

#

વિએન બ્રીજ ઓસીલેટર દોરીને સમજાવો.

જવાબ:

વિએન બ્રીજ ઓસીલેટર:

flowchart LR
    A[વિએન બ્રીજ ઓસીલેટર] --> B[RC નેટવર્ક વાપરે છે]
    A --> C[ઓડિયો ફ્રીક્વન્સી રેન્જ]
    A --> D[ઓછું ડિસ્ટોર્શન]
    A --> E[સ્થાયી આઉટપુટ]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• ફ્રીક્વન્સી-સિલેક્ટિવ ફીડબેક તરીકે RC વિએન બ્રીજ નેટવર્ક વાપરે છે
• સૌથી સરળ ડિઝાઇન માટે R1=R2 અને C1=C2
• ઓસિલેશન ફ્રીક્વન્સી: f = 1/(2πRC)
• સતત ઓસિલેશન માટે ગેઇન ≥ 3 હોવું જરૂરી છે
• ઓછા ડિસ્ટોર્શન સાથે ઓડિયો ફ્રીક્વન્સી જનરેશન માટે વપરાય છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “FEAR” (Frequency selective, Equal RC components, Audio range, Reduced distortion)

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

Crystal ઓસીલેટર સમજાવો.

જવાબ:

ક્રિસ્ટલ ઓસીલેટર:

flowchart LR
    A[ક્રિસ્ટલ ઓસીલેટર] --> B[પિઝોઇલેક્ટ્રિક ક્રિસ્ટલ વાપરે છે]
    A --> C[અત્યંત સ્થાયી ફ્રીક્વન્સી]
    A --> D[ઉચ્ચ Q ફેક્ટર]
    A --> E[સચોટ ટાઇમિંગ એપ્લિકેશન્સ]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી સિદ્ધાંત:

• ક્વાર્ટ્ઝ ક્રિસ્ટલના પિઝોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ પર આધારિત છે
• જ્યારે વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે ક્રિસ્ટલ તેની કુદરતી રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી પર કંપન કરે છે
• અત્યંત ઊંચા Q ફેક્ટર સાથે ખૂબ જ સ્થાયી રેઝોનેટર તરીકે કામ કરે છે
• સચોટ ફ્રીક્વન્સી પર ફીડબેક પ્રદાન કરે છે

લાક્ષણિકતાઓ:

• રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી: ક્રિસ્ટલ કટ અને પરિમાણો દ્વારા નક્કી થાય છે
• Q ફેક્ટર: સામાન્ય રીતે 10,000-100,000 (LC સર્કિટ્સ કરતાં ઘણું વધારે)
• ફ્રીક્વન્સી સ્થિરતા: સામાન્ય રીતે 0.001% થી 0.01%
• તાપમાન કોએફિશિયન્ટ: સામાન્ય રીતે ઓછો, ઝીરો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ માટે વિશેષ રીતે કાપી શકાય છે

એપ્લિકેશન્સ:

• કમ્પ્યુટર્સમાં ક્લોક જનરેશન
• ફ્રીક્વન્સી સ્ટાન્ડર્ડ્સ
• રેડિયો ટ્રાન્સમિટર/રિસીવર
• ડિજિટલ ઘડિયાળ અને ક્લોક્સ
• માઇક્રોકન્ટ્રોલર ટાઇમિંગ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “STOP Precisely” (Stable, Temperature-resistant, Oscillates, Piezoelectric, Precisely)

પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 ગુણ]

#

UJT નું સ્ટ્રક્ચર, સીમ્બોલ, એક્વીવેલેન્ટ સરકીટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

યુનિજંક્શન ટ્રાન્ઝિસ્ટર (UJT):

સ્ટ્રક્ચર:

સિમ્બોલ:

એક્વિવેલેન્ટ સર્કિટ:

કાર્યપ્રણાલી સિદ્ધાંત:

• UJT એ એક એમિટર અને બે બેઝ સાથેનું ત્રણ-ટર્મિનલ ડિવાઇસ છે
• P-ટાઇપ એમિટર જંક્શન સાથે N-ટાઇપ સિલિકોન બાર
• આંતરિક રેસિસ્ટન્સ RB1 અને RB2 સાથે વોલ્ટેજ ડિવાઇડર બનાવે છે
• એમિટર કરંટ વહેવાનું શરૂ થાય છે જ્યારે VE > η×VBB + VD
• જ્યાં η ઇન્ટ્રિન્સિક સ્ટેન્ડઓફ રેશિયો = RB1/(RB1+RB2)

લાક્ષણિકતાઓ:

• ઇન્ટ્રિન્સિક સ્ટેન્ડઓફ રેશિયો (η): સામાન્ય રીતે 0.5 થી 0.8
• નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ રીજન: વોલ્ટેજ ઘટે છે ત્યારે કરંટ વધે છે
• પીક પોઇન્ટ: નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ રીજનની શરૂઆત
• વેલી પોઇન્ટ: નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ રીજનનો અંત

એપ્લિકેશન્સ:

• રિલેક્ઝેશન ઓસિલેટર્સ
• ટાઇમિંગ સર્કિટ્સ
• ટ્રિગર જનરેટર્સ
• SCR ટ્રિગરિંગ સર્કિટ્સ
• સૉટૂથ જનરેટર્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “NEVER” (Negative resistance, Emitter-triggered, Valley and peak points, Easily timed, Relaxation oscillator)

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

વોલ્ટેજ અને પાવર એમ્પ્લીફાયર વચ્ચેનો તફાવત સમજાવો.

જવાબ:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PEHIP” (Power for Efficiency and Heat, Impedance matters, Position differs)

પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 ગુણ]

#

વ્યાખ્યા આપો: 1) Efficiency 2) Distortion 3) Power dissipation capability

જવાબ:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “EDP” (Efficiency converts, Distortion deforms, Power capability protects)

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

ક્લાસ-બી પુશ પુલ પાવર એમ્પ્લીફાયર સમજાવો.

જવાબ:

ક્લાસ-B પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયર:

flowchart TB
    A[ક્લાસ-B પુશ-પુલ] --> B[બે ટ્રાન્ઝિસ્ટર વાપરે છે]
    A --> C[દરેક અર્ધ સાયકલ સંભાળે છે]
    A --> D[ઊંચી કાર્યક્ષમતા ~78%]
    A --> E[ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• બે કોમ્પ્લિમેન્ટરી ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરે છે
• Q1 પોઝિટિવ અર્ધ-સાયકલ દરમિયાન કન્ડક્ટ કરે છે
• Q2 નેગેટિવ અર્ધ-સાયકલ દરમિયાન કન્ડક્ટ કરે છે
• દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઇનપુટ સાયકલના 180° માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• સૈદ્ધાંતિક કાર્યક્ષમતા: 78.5%

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ECHO” (Efficiency high, Crossover distortion, Half-cycle operation, Output high power)

પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 ગુણ]

#

ઓપરેશન મોડ નાં આધારે પાવર એમ્પ્લીફાયરનું વર્ગીકરણ કરો અને વિવિધ પ્રકારના પાવર એમ્પ્લીફાયરની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

પાવર એમ્પ્લિફાયરનું વર્ગીકરણ:

flowchart TB
    A[પાવર એમ્પ્લિફાયર્સ] --> B[ક્લાસ A]
    A --> C[ક્લાસ B]
    A --> D[ક્લાસ AB]
    A --> E[ક્લાસ C]

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ABCE” (A-all cycle, B-both halves separately, C-compromise solution, E-efficiency with distortion)

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

Complementary symmetry પુશ પુલ પાવર એમ્પ્લીફાયર દોરી ને સમજાવો અને તેના ગેરફાયદા લખો.

જવાબ:

કોમ્પ્લિમેન્ટરી સિમેટ્રી પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયર:

flowchart LR
    A[કોમ્પ્લિમેન્ટરી પુશ-પુલ] --> B[NPN અને PNP વાપરે છે]
    A --> C[ડાયરેક્ટ કપલિંગ શક્ય]
    A --> D[સેન્ટર-ટેપ્ડ ટ્રાન્સફોર્મર જરૂરી નથી]
    A --> E[ક્લાસ B અથવા AB ઓપરેશન]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• કોમ્પ્લિમેન્ટરી પેર (NPN અને PNP ટ્રાન્ઝિસ્ટર) વાપરે છે
• સેન્ટર-ટેપ્ડ ટ્રાન્સફોર્મરની જરૂર નથી
• NPN પોઝિટિવ અર્ધ-સાયકલ સંભાળે છે
• PNP નેગેટિવ અર્ધ-સાયકલ સંભાળે છે
• બાયસિંગ નેટવર્ક ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન ઘટાડે છે
• સ્પીકર સાથે ડાયરેક્ટ કપલિંગ શક્ય છે

ગેરફાયદા:

• યોગ્ય રીતે બાયસ ન થાય તો થર્મલ રનવે
• કોમ્પ્લિમેન્ટરી મેચ્ડ ટ્રાન્ઝિસ્ટર જરૂરી છે
• ક્લાસ-B ઓપરેશનમાં ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન
• પોઝિટિવ અને નેગેટિવ બંને પાવર સપ્લાય જરૂરી છે
• સચોટ કોમ્પ્લિમેન્ટરી પેર શોધવામાં મુશ્કેલી

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “MATCH Precisely” (Matched transistors, Avoids transformers, Thermal issues, Crossover distortion, Heat dissipation needed)

પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 ગુણ]

#

ક્લાસ-બી પુશ પુલ પાવર એમ્પ્લીફાયરનું કાર્યક્ષમતાનું સમીકરણ મેળવો.

જવાબ:

ક્લાસ-B પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયર કાર્યક્ષમતાની મેળવણી:

flowchart TB
    A[ક્લાસ-B કાર્યક્ષમતા] --> B[પાવર રેશિયો પર આધારિત]
    A --> C[દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટર અર્ધ સાયકલ કન્ડક્ટ કરે છે]
    A --> D[સૈદ્ધાંતિક મેક્સ કાર્યક્ષમતા: 78.5%]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યક્ષમતા ગણતરી:

1. DC પાવર ઇનપુટ ગણતરી:

   • દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટર અર્ધ સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે
   • એવરેજ DC કરંટ: Idc = Imax/π
   • DC પાવર ઇનપુટ: Pdc = Vcc × Idc = Vcc × Imax/π

2. AC પાવર આઉટપુટ ગણતરી:

   • કરંટની RMS વેલ્યુ: Irms = Imax/2
   • AC પાવર આઉટપુટ: Pac = (Irms)² × RL = (Imax/2)² × RL
   • મહત્તમ પાવર માટે: Imax × RL = Vcc
   • આથી: Pac = (Vcc)²/(2π × RL)

3. કાર્યક્ષમતા ગણતરી:

   • η = (Pac/Pdc) × 100%
   • η = [(Vcc)²/(2π × RL)] ÷ [Vcc × Imax/π] × 100%
   • η = [(Vcc)²/(2π × RL)] ÷ [Vcc × Vcc/(π × RL)] × 100%
   • η = [(Vcc)²/(2π × RL)] × [π × RL/Vcc²] × 100%
   • η = π/4 × 100% ≈ 78.5%

ક્લાસ-B પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયરની મહત્તમ સૈદ્ધાંતિક કાર્યક્ષમતા 78.5% છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PIPE” (Power ratio, Input DC vs output AC, Pi in formula, Efficiency maximum 78.5%)

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

IC 741 નો પીન ડાયાગ્રામ અને યોજનાકીય પ્રતિક દોરો અને તેને વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

IC 741 ઓપ-એમ્પ પીન ડાયાગ્રામ અને સિમ્બોલ:

પીન ડાયાગ્રામ:

સ્કેમેટિક સિમ્બોલ:

પીન વિગત:

1. ઓફસેટ નલ (NC1)
2. ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ (-)
3. નોન-ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ (+)
4. નેગેટિવ સપ્લાય (-Vcc)
5. ઓફસેટ નલ (NC2)
6. આઉટપુટ
7. પોઝિટિવ સપ્લાય (+Vcc)
8. NC (નો કનેક્શન)

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ON-INO” (Offset Null, Inverting input, Negative supply, Input non-inverting, Output, No connection)

પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 ગુણ]

#

Ideal Op-amp ની લાક્ષણિકતાની યાદી બનાવો.

જવાબ:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ZINC BOSS” (Zero offset, Infinite bandwidth, No noise, CMRR infinite, Bandwidth unlimited, Output impedance zero, Slew rate unlimited, Speed unlimited)

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

OPAMP નો ઉપયોગ કરીને differential એમ્પ્લીફાયર સમજાવો.

જવાબ:

ઓપ-એમ્પનો ઉપયોગ કરીને ડિફરેન્શિયલ એમ્પ્લિફાયર:

flowchart LR
    A[ડિફરેન્શિયલ એમ્પ્લિફાયર] --> B[તફાવતને એમ્પ્લિફાય કરે છે]
    A --> C[કોમન મોડ રિજેક્ટ કરે છે]
    A --> D[ચાર સમાન રેસિસ્ટર્સ]
    A --> E[ગેઇન = R2/R1]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• આઉટપુટ ઇનપુટ્સ વચ્ચેના તફાવતને પ્રપોર્શનલ હોય છે
• જો R1 = R3 અને R2 = R4, તો: Vout = (R2/R1)(V2-V1)
• બંને ઇનપુટ્સ માટે સામાન્ય સિગ્નલ્સને રિજેક્ટ કરે છે (કોમન-મોડ રિજેક્શન)
• ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન એપ્લિકેશન્સમાં વપરાય છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “CARE” (Common-mode rejection, Amplifies difference, Resistor matching important, Equal resistors for balance)

પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 ગુણ]

#

ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર (OP-AMP) નો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરીને વિસ્તૃતમાં સમજાવો.

જવાબ:

ઓપ-એમ્પ બ્લોક ડાયાગ્રામ:

flowchart LR
    A[ઇનપુટ સ્ટેજ] --> B[ઇન્ટરમીડિયેટ સ્ટેજ]
    B --> C[આઉટપુટ સ્ટેજ]
    D[બાયસિંગ સર્કિટ] --> A
    D --> B
    D --> C
    E[કોમ્પેન્સેશન નેટવર્ક] --> B

વિગતવાર બ્લોક ડાયાગ્રામ:

બ્લોક્સની કાર્યપ્રણાલી:

1. ઇનપુટ સ્ટેજ: ઊંચા ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ સાથે ડિફરેન્શિયલ એમ્પ્લિફાયર
2. ઇન્ટરમીડિયેટ સ્ટેજ: ફ્રીક્વન્સી કોમ્પેન્સેશન સાથે હાઇ-ગેઇન વોલ્ટેજ એમ્પ્લિફાયર
3. આઉટપુટ સ્ટેજ: ઓછા આઉટપુટ ઇમ્પીડન્સ બફર, કરંટ ગેઇન પ્રદાન કરે છે
4. બાયસિંગ સર્કિટ: બધા સ્ટેજને યોગ્ય DC સ્તર પ્રદાન કરે છે
5. કોમ્પેન્સેશન નેટવર્ક: ઓસિલેશન અટકાવે છે, સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “DISCO” (Differential stage Input, Second stage amplifies, Compensation network, Output buffer)

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

OP-Amp પેરામીટર સમજાવો: 1) ઈનપુટ ઓફસેટ વોલ્ટેજ 2) આઉટપુટ ઓફસેટ વોલ્ટેજ 3) ઈનપુટ ઓફસેટ કરંટ 4) ઈનપુટ બાયસ કરંટ 5) CMRR 6) સ્લુ રેટ 7) ગેઇન.

જવાબ:

ઓપ-એમ્પના પેરામીટર્સ:

ઇનપુટ ઓફસેટ વોલ્ટેજ માટે ડાયાગ્રામ:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “VICS BGR” (Voltage offset at Input, Current offset, Slew rate, Bias current, Gain, Rejection ratio)

પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 ગુણ]

#

Inverting અને Non-inverting Op-amp એમ્પ્લીફાયર આકૃતિ દોરી વોલ્ટેજ ગેઇન નું સૂત્ર તારવી સમજાવો.

જવાબ:

ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લિફાયર:

flowchart TB
    A[ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લિફાયર] --> B[આઉટપુટ 180° આઉટ ઓફ ફેઝ]
    A --> C[ગેઇન = -Rf/Rin]
    A --> D[ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ પર વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

ગેઇન મેળવણી:

• વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ કન્સેપ્ટનો ઉપયોગ (V- ≈ 0)
• Rin દ્વારા કરંટ: Iin = Vin/Rin
• Rf દ્વારા કરંટ: If = Iin (ઓપ-એમ્પ ઇનપુટમાં કોઈ કરંટ નથી)
• Rf પર વોલ્ટેજ: Vout = -If × Rf = -Iin × Rf = -Vin × Rf/Rin
• આથી, ગેઇન = Vout/Vin = -Rf/Rin

નોન-ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લિફાયર:

flowchart TB
    A[નોન-ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લિફાયર] --> B[આઉટપુટ ઇનપુટ સાથે ઇન ફેઝ]
    A --> C[ગેઇન = 1 + Rf/Rin]
    A --> D[ઇન્વર્ટિંગ કરતાં ઊંચા ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

ગેઇન મેળવણી:

• નેગેટિવ ફીડબેકને કારણે, V- ≈ V+ = Vin
• Rin પર વોલ્ટેજ: V- = Vin
• Rin દ્વારા કરંટ: IRin = V-/Rin = Vin/Rin
• સમાન કરંટ Rf દ્વારા વહે છે: IRf = IRin
• Rf પર વોલ્ટેજ: VRf = IRf × Rf = Vin × Rf/Rin
• આઉટપુટ વોલ્ટેજ: Vout = V- + VRf = Vin + Vin × Rf/Rin = Vin(1 + Rf/Rin)
• આથી, ગેઇન = Vout/Vin = 1 + Rf/Rin

તુલના:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PING-PONG” (Phase Inverted Negative Gain vs Positive Output Non-inverted Gain)

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

Op-Amp નો ઉપયોગ કરીને ઇન્ટીગ્રેટર દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

ઓપ-એમ્પ ઇન્ટીગ્રેટર:

flowchart LR
    A[ઇન્ટિગ્રેટર] --> B[ફીડબેકમાં RC સર્કિટ]
    A --> C[આઉટપુટ ઇનપુટનો ઇન્ટિગ્રલ છે]
    A --> D[લો-પાસ ફિલ્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• આઉટપુટ વોલ્ટેજ ઇનપુટના ઇન્ટિગ્રલને પ્રપોર્શનલ છે
• Vout = -1/RC ∫Vin dt
• વેવફોર્મ જનરેટર્સ, એનાલોગ કમ્પ્યુટર્સમાં વપરાય છે
• -20dB/decade સ્લોપ સાથે લો-પાસ ફિલ્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “TIME” (Takes Input and Makes integral over time Exactly)

પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 ગુણ]

#

Op-Amp નો ઉપયોગ કરી સમિંગ એમ્પ્લીફાયર દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

ઓપ-એમ્પ સમિંગ એમ્પ્લિફાયર:

flowchart TB
    A[સમિંગ એમ્પ્લિફાયર] --> B[મલ્ટિપલ ઇનપુટ્સ એડ કરે છે]
    A --> C[વેઇટેડ સમ શક્ય]
    A --> D[ઇન્વર્ટિંગ કોન્ફિગરેશન]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• મલ્ટિપલ ઇનપુટ્સ સાથે ઇન્વર્ટિંગ કોન્ફિગરેશન વાપરે છે
• દરેક ઇનપુટ તેના રેઝિસ્ટન્સના આધારે આઉટપુટમાં યોગદાન આપે છે
• જો R1 = R2 = R3 = R અને Rf = R, તો Vout = -(V1 + V2 + V3)
• જો રેઝિસ્ટર્સ અલગ હોય, તો વેઇટેડ સમ ઉત્પન્ન થાય છે: Vout = -Rf(V1/R1 + V2/R2 + V3/R3)
• ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ પર વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ એનાલિસિસને સરળ બનાવે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “SWIM” (Summing Weighted Inputs with Mixing)

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

વિવિધ પ્રકારના પાવર એમ્પ્લીફાયરની સરખામણી કરો.

જવાબ:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “CABINET” (Conduction angle, Amplification quality, Biasing, Ideal applications, Noise/distortion, Efficiency, Temperature concerns)

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 ગુણ]

#

પુશ પુલ એમ્પ્લીફાયર અને કોમ્પ્લીમેન્ટરી પુશ પુલ એમ્પ્લીફાયર ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “TONIC” (Transformers vs None, One type vs complementary, Nice frequency response, Improved distortion, Cost effectiveness)

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

IC555 ના ઉપયોગો લખો અને કોઈ પણ એક વિસ્તૃતમાં સમજાવો.

જવાબ:

IC 555 ના એપ્લિકેશન્સ:

1. એસ્ટેબલ મલ્ટિવાયબ્રેટર
2. મોનોસ્ટેબલ મલ્ટિવાયબ્રેટર
3. બાયસ્ટેબલ મલ્ટિવાયબ્રેટર
4. પલ્સ વિડ્થ મોડુલેટર
5. સિક્વેન્શિયલ ટાઇમર
6. ફ્રીક્વન્સી ડિવાઇડર
7. ટોન જનરેટર

IC 555 નો ઉપયોગ કરીને એસ્ટેબલ મલ્ટિવાયબ્રેટર:

flowchart TB
    A[555 એસ્ટેબલ] --> B[ફ્રી-રનિંગ ઓસિલેટર]
    A --> C[કોઈ સ્થાયી સ્ટેટ નથી]
    A --> D[આઉટપુટ સતત સ્વિચ કરે છે]
    A --> E[ફ્રીક્વન્સી R1, R2, C દ્વારા નક્કી થાય છે]

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

• R1, R2 અને C ફ્રીક્વન્સી નક્કી કરે છે
• આઉટપુટ HIGH અને LOW વચ્ચે ઓસિલેટ કરે છે
• ચાર્જિંગ ટાઇમ: t1 = 0.693(R1+R2)C
• ડિસ્ચાર્જિંગ ટાઇમ: t2 = 0.693(R2)C
• કુલ પીરિયડ: T = t1 + t2 = 0.693(R1+2R2)C
• ફ્રીક્વન્સી: f = 1.44/[(R1+2R2)C]
• ડ્યુટી સાયકલ: D = (R1+R2)/(R1+2R2)

એપ્લિકેશન્સ:

• LED ફ્લેશર્સ
• ક્લોક જનરેટર્સ
• ટોન જનરેટર્સ
• પલ્સ જનરેશન

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “FREE” (Frequency determined by Resistors and capacitor, Endless oscillation, Easy to configure)

પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 ગુણ]

#

IC555 નો પીન ડાયાગ્રામ અને બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને વિસ્તૃતમાં સમજાવો.

જવાબ:

IC 555 ટાઇમર:

પીન ડાયાગ્રામ:

પીન વિગત:

1. ગ્રાઉન્ડ - સર્કિટ ગ્રાઉન્ડથી જોડાયેલ
2. ટ્રિગર - વોલ્ટેજ 1/3 Vcc થી નીચે પડે ત્યારે ટાઇમિંગ સાયકલ શરૂ કરે છે
3. આઉટપુટ - આઉટપુટ સિગ્નલ પ્રદાન કરે છે, 200mA સુધી સોર્સ અથવા સિંક કરી શકે છે
4. રીસેટ - લો પર ખેંચવામાં આવે ત્યારે ટાઇમિંગ સાયકલ સમાપ્ત કરે છે
5. કન્ટ્રોલ વોલ્ટેજ - આંતરિક વોલ્ટેજ ડિવાઇડર (2/3 Vcc) ને ઍક્સેસ કરવાની મંજૂરી આપે છે
6. થ્રેશોલ્ડ - વોલ્ટેજ 2/3 Vcc થી વધે ત્યારે ટાઇમિંગ સાયકલ સમાપ્ત કરે છે
7. ડિસ્ચાર્જ - આંતરિક ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ઓપન કલેક્ટરથી જોડાયેલ
8. Vcc - પોઝિટિવ સપ્લાય વોલ્ટેજ (4.5V થી 16V)

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

કાર્યપ્રણાલી:

1. વોલ્ટેજ ડિવાઇડર: Vcc ના 1/3 અને 2/3 પર રેફરન્સ વોલ્ટેજ બનાવે છે
2. કમ્પેરેટર્સ: ઇનપુટ વોલ્ટેજને રેફરન્સ વોલ્ટેજ સાથે સરખાવે છે
3. ફ્લિપ-ફ્લોપ: કમ્પેરેટર્સના આઉટપુટના આધારે ટાઇમિંગ સ્ટેટ સ્ટોર કરે છે
4. આઉટપુટ સ્ટેજ: ફ્લિપ-ફ્લોપ આઉટપુટને બફર અને એમ્પ્લિફાય કરે છે
5. ડિસ્ચાર્જ ટ્રાન્ઝિસ્ટર: ટાઇમિંગ કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ કરવા માટે ફ્લિપ-ફ્લોપ દ્વારા નિયંત્રિત

ઓપરેટિંગ મોડ્સ:

1. મોનોસ્ટેબલ: ઇનપુટ પલ્સ દ્વારા ટ્રિગર થયેલ વન-શોટ ટાઇમર
2. એસ્ટેબલ: પલ્સ જનરેશન માટે ફ્રી-રનિંગ ઓસિલેટર
3. બાયસ્ટેબલ: સેટ અને રીસેટ ફંક્શનાલિટી સાથે ફ્લિપ-ફ્લોપ

એપ્લિકેશન્સ:

• પલ્સ જનરેશન
• ટાઇમ ડિલે
• ઓસિલેટર્સ
• PWM કન્ટ્રોલર્સ
• સિક્વેન્શિયલ ટાઇમર્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “VICTOR” (Voltage divider, Internal comparators, Control flip-flop, Timing capabilities, Output buffer, Reset function)