લિનિયર ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (૪૩૪૧૧૦૫) - ગ્રીષ્મ ૨૦૨૪ સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

આકૃતિ સાથે પોઝિટિવ અને નેગેટિવ ફીડબેક વચ્ચેનો તફાવત જણાવો અને સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph LR
    A[Input] --> B[Amplifier]
    B --> C[Output]
    C --> D{Feedback Network}

    %% Negative Feedback
    subgraph Negative Feedback
    D -->|180° Phase Shift| E[Subtractor]
    E --> B
    end
    
    %% Positive Feedback
    subgraph Positive Feedback
    D -->|0° Phase Shift| F[Adder]
    F --> B
    end

• ફેઝ સંબંધ: નેગેટિવ ફીડબેકમાં, સિગ્નલ 180° આઉટ ઓફ ફેઝ હોય છે જ્યારે પોઝિટિવ ફીડબેકમાં, સિગ્નલ ઇન ફેઝ હોય છે
• હેતુ: નેગેટિવ ફીડબેક સિસ્ટમને સ્થિર કરે છે જ્યારે પોઝિટિવ ફીડબેક ઓસિલેશન ઉત્પન્ન કરે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “નેગેટિવ નિયમિતતા માંગે, પોઝિટિવ પરિવર્તન આપે”

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

એમ્પલીફાયરના ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ પર નેગેટિવ ફીડબેક ની અસર સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph LR
    A[Input Signal] --> B[Input Impedance]
    B --> C[Amplifier]
    C --> D[Output]
    D --> E[Feedback Network]
    E --> F[Summing Point]
    F --> B
    style B fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:2px

• સિરીઝ ફીડબેક: જ્યારે ફીડબેક સિગ્નલ ઇનપુટની સાથે સિરીઝમાં હોય, ઇનપુટ ઇમ્પિડન્સ વધે છે
• શંટ ફીડબેક: જ્યારે ફીડબેક સિગ્નલ ઇનપુટની સમાંતર હોય, ઇનપુટ ઇમ્પિડન્સ ઘટે છે
• મેગ્નિટ્યુડ: ફેરફાર (1+Aβ)ના પ્રમાણમાં હોય છે જ્યાં A એ ગેઇન અને β એ ફીડબેક ફેક્ટર છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “સિરીઝ સંવર્ધન કરે, શંટ સંકોચન કરે”

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

નેગેટિવ ફીડબેકના ફાયદા અને ગેરફાયદાની યાદી બનાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[Negative Feedback] --> B[Advantages]
    A --> C[Disadvantages]

    B --> D[Stable Gain]
    B --> E[Wider Bandwidth]
    B --> F[Lower Distortion]
    B --> G[Better Impedance]
    
    C --> H[Reduced Gain]
    C --> I[More Components]
    C --> J[Complex Design]

• પર્ફોર્મન્સ ટ્રેડઓફ: બેહતર સ્થિરતા અને લિનિયરિટી મેળવવા માટે ગેઇનનો ત્યાગ કરે છે
• ફ્રિક્વન્સી વિચારણા: ઉચ્ચ ફ્રિક્વન્સી પર ઓસિલેશન રોકવા માટે કોમ્પેન્સેશનની જરૂર પડી શકે છે
• ડિઝાઇન જટિલતા: યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન કરવું વધુ જટિલ છે પરંતુ લાંબા ગાળે બેહતર કામગીરી આપે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ગેઇન ગુમાવી, સ્થિરતા મેળવી”

પ્રશ્ન 1(ક) અથવા [7 ગુણ]

#

વોલ્ટેજ શ્રેણી ફીડબેક એમ્પ્લીફાયરને બ્લોક ડાયગ્રામ દોરી વિગતવાર સમજાવો અને પ્રાયોગિક વોલ્ટેજ શ્રેણી ફિડબક સર્કિટ દોરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[Input Vi] --> B[+]
    B --> C[Amplifier A]
    C --> D[Output Vo]
    D --> E[Feedback Network β]
    E --> F[-]
    F --> B

    style C fill:#bbf,stroke:#333,stroke-width:1px
    style E fill:#fbb,stroke:#333,stroke-width:1px

પ્રાયોગિક સર્કિટ:

• સેમ્પલિંગ પદ્ધતિ: આઉટપુટ વોલ્ટેજ સેમ્પલ કરવામાં આવે છે અને ઇનપુટ પર પાછો ફીડ કરવામાં આવે છે
• મિક્સિંગ પદ્ધતિ: ફીડબેક સિગ્નલ ઇનપુટ સિગ્નલ સાથે શ્રેણીમાં મિક્સ કરવામાં આવે છે
• કાર્ય સિદ્ધાંત: સુધારેલી સ્થિરતા અને લિનિયરિટી માટે ગેઇન ઘટાડે છે
• અનુપ્રયોગો: ઓડિયો એમ્પલિફાયર્સ, ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન એમ્પલિફાયર્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “વોલ્ટેજ સિરીઝ - ઇમ્પિડન્સ ઇન ઉપર, આઉટ નીચે”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

કોલપીટ્સ ઓસીલેટર સર્કિટ પર ટૂંકી નોંધ લખો.

જવાબ:

આકૃતિ:

• ફ્રિક્વન્સી સૂત્ર: f = 1/(2π√(L×(C1×C2)/(C1+C2)))
• ફીડબેક: કેપેસિટીવ વોલ્ટેજ ડિવાઇડર (C1 અને C2) દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે
• અનુપ્રયોગો: RF ઓસિલેટર્સ, કમ્યુનિકેશન સર્કિટ્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “કોલપીટ્સમાં કેપેસિટિવ ડિવાઇડર છે”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

ઓસીલેટરની જરૂરિયાત સમજાવો. i) બાર્કસન માપદંડ. ii) ટેન્ક સર્કિટ. iii) એમ્પ્લીફાયર.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[Oscillator] --> B[Barkhausen Criterion]
    A --> C[Tank Circuit]
    A --> D[Amplifier]

    B --> E[Loop Gain = 1]
    B --> F[Phase Shift = 0° or 360°]
    
    C --> G[Energy Storage]
    C --> H[Frequency Determination]
    
    D --> I[Overcome Losses]
    D --> J[Maintain Amplitude]

• બાર્કસન માપદંડ: ડેમ્પિંગ વિના સતત ઓસિલેશન માટેની ગાણિતિક શરત
• ટેંક સર્કિટ: ઓસિલેશનની ફ્રિક્વન્સી નક્કી કરતી LC સર્કિટ
• એમ્પલિફાયર: ઓસિલેશન જાળવવા માટે ઊર્જા પ્રદાન કરતું સક્રિય ઉપકરણ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “BAT - બાર્કસન એમ્પલિફાયર ટેંક”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

UJT ના બાંધકામ, કાર્ય અને V-I લાક્ષણિકતાઓ સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

V-I લાક્ષણિક કર્વ:

• બાંધકામ: P-ટાઇપ એમિટર જંક્શન સાથેનો N-ટાઇપ સિલિકોન બાર
• કાર્ય સિદ્ધાંત: જ્યારે એમિટર વોલ્ટેજ > (η×VBB), ડિવાઇસ કન્ડક્ટ કરે છે
• ઓપરેશનના વિસ્તારો: કટ-ઓફ, નેગેટિવ રેસિસ્ટન્સ, અને સેચુરેશન
• અનુપ્રયોગો: રિલેક્સેશન ઓસિલેટર્સ, ટાઇમિંગ સર્કિટ્સ, ટ્રિગરિંગ ડિવાઇસીસ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “UJT પહેલા ઉંચું પછી નીચું - નકારાત્મક પ્રતિરોધ રાજ કરે”

પ્રશ્ન 2(અ) અથવા [3 ગુણ]

#

હાર્ટલી ઓસીલેટરના ફાયદા, ગેરફાયદા અને એપ્લીકેશન જણાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

• મુખ્ય લક્ષણ: ફીડબેક માટે ટેપ્ડ ઇન્ડક્ટર વાપરે છે
• ફ્રિક્વન્સી સૂત્ર: f = 1/(2π√(C×(L1+L2)))
• ખાસ લક્ષણ: ફીડબેક માટે ઇન્ડક્ટિવ વોલ્ટેજ ડિવાઇડર

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “હાર્ટલીમાં હંમેશા ટેપ્ડ ઇન્ડક્ટર”

પ્રશ્ન 2(બ) અથવા [4 ગુણ]

#

UJT ને રિલેક્સેસન ઓસીલેટર તરીકે સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

વેવફોર્મ્સ:

• ઓપરેટિંગ પ્રિન્સિપલ: કેપેસિટર UJT ફાયરિંગ વોલ્ટેજ સુધી ચાર્જ થાય ત્યાં સુધી, પછી ઝડપથી ડિસ્ચાર્જ થાય છે
• ફ્રિક્વન્સી સૂત્ર: f ≈ 1/(RC×ln(1/(1-η)))
• અનુપ્રયોગો: ટાઇમિંગ સર્કિટ્સ, પલ્સ જનરેટર્સ, કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ચાર્જ-ફાયર-રિપીટ - સોટૂથની ધબક”

પ્રશ્ન 2(ક) અથવા [7 ગુણ]

#

વેઇનબ્રિજ ઓસિલેટરનું કાર્ય સુઘડ રેખાકૃતિ સાથે સમજાવો, તેના માટે ફાયદા, ગેરફાયદા અને એપ્લિકેશન પણ જણાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[Amplifier] --> B[RC Bridge]
    B --> A

    subgraph "Wien Bridge Network"
    C[R1] --- D[C1]
    D --- E[R2]
    E --- F[C2]
    F --- C
    end

સર્કિટ:

ફાયદા:

• ઉચ્ચ ફ્રિક્વન્સી સ્થિરતા
• ઓછા ડિસ્ટોર્શન આઉટપુટ
• સરળ RC ઘટકો
• સરળતાથી ટ્યુન કરી શકાય

ગેરફાયદા:

• મર્યાદિત ફ્રિક્વન્સી રેન્જ
• એમ્પલિટ્યુડ સ્ટેબિલાઇઝેશનની જરૂર
• ઘટક વેરિએશન પ્રત્યે સંવેદનશીલ
• ઓસિલેશન શરૂ કરવા મુશ્કેલ

અનુપ્રયોગો:

• ઓડિયો ટેસ્ટ ઇક્વિપમેન્ટ
• ફંક્શન જનરેટર્સ
• સંગીત વાદ્યો
• લેબોરેટરી સિગ્નલ સોર્સીસ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “વાઇન વર્ક્સ એટ R1C1=R2C2 ફ્રિક્વન્સી”

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

પાવર એમ્પલીફાયરનું વર્ગીકરણ આપો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[Power Amplifiers]
    A --> B[Class A - 360°]
    A --> C[Class B - 180°]
    A --> D[Class AB - 180°-360°]
    A --> E[Class C < 180°]

    style B fill:#d4f0f0,stroke:#333
    style C fill:#d4f0f0,stroke:#333
    style D fill:#d4f0f0,stroke:#333
    style E fill:#d4f0f0,stroke:#333

• ક્લાસ A: સંપૂર્ણ 360° સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે, સૌથી વધુ લિનિયરિટી, સૌથી ઓછી કાર્યક્ષમતા
• ક્લાસ B: 180° સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે, મધ્યમ ડિસ્ટોર્શન, મધ્યમ કાર્યક્ષમતા
• ક્લાસ AB: 180°-360° સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે, સારી લિનિયરિટી, સારી કાર્યક્ષમતા
• ક્લાસ C: <180° સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે, સૌથી વધુ ડિસ્ટોર્શન, સૌથી વધુ કાર્યક્ષમતા

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “A આખો સમય, B અર્ધો, AB લગભગ અર્ધો, C વધુ કાપે”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

વર્ગ A પાવર એમ્પલિફાયર સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

લોડ લાઇન:

• ઓપરેટિંગ પ્રિન્સિપલ: ટ્રાન્ઝિસ્ટર સમગ્ર ઇનપુટ સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• કાર્યક્ષમતા ગણતરી: મહત્તમ સૈદ્ધાંતિક કાર્યક્ષમતા = 50%
• વ્યવહારિક કાર્યક્ષમતા: સામાન્ય રીતે ખોટ કારણે 25-30%
• અનુપ્રયોગો: ઓડિયો પ્રી-એમ્પલિફાયર્સ, ઓછી પાવરના એમ્પલિફાયર્સ જ્યાં કાર્યક્ષમતા કરતાં ગુણવત્તા વધુ મહત્વની છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ક્લાસ A - હંમેશાં કન્ડકટિંગ, આખો સાયકલ”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

પુશ પુલ એમ્પલીફાયરનો સિદ્ધાંત સમજાવો અને વર્ગ B પુશ પુલ એમ્પલીફાયર પર ટૂંકી નોંધ લખો.

જવાબ:

આકૃતિ:

વેવફોર્મ્સ:

• કાર્ય સિદ્ધાંત: દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટર વૈકલ્પિક અર્ધ-સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• ફાયદા: ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછા ઇવન હાર્મોનિક્સ, ઓછી ગરમી ઉત્પન્ન થાય છે
• ગેરફાયદા: ટ્રાન્ઝિશન પોઇન્ટ્સ પર ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન
• અનુપ્રયોગો: ઓડિયો પાવર એમ્પલિફાયર્સ, ઉચ્ચ-પાવર સિસ્ટમના આઉટપુટ સ્ટેજ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “પુશ-પુલ: જોડીએ પ્રોસેસ કરે અલગ પલસેશન”

પ્રશ્ન 3(અ) અથવા [3 ગુણ]

#

પુશ પુલ એમ્પલીફાયરમાં ક્રોસઓવર ડિસ્ટોરશન ની ચર્ચા કરો. તેને કેવી રીતે દૂર કરી શકાય છે.

જવાબ:

આકૃતિ:

કરેક્શન સર્કિટ:

• કારણ: ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સને ચાલુ થવા માટે ~0.7V જરૂરી છે, જે ડેડ ઝોન બનાવે છે
• અસર: ડિસ્ટોર્શન ખાસ કરીને ઓછા વોલ્યુમ પર નોંધપાત્ર રીતે જોવા મળે છે
• ઉકેલ: ડાયોડ્સ અથવા VBE મલ્ટિપ્લાયર સાથે ક્લાસ AB બાયસિંગ
• પરિણામ: પોઝિટિવ અને નેગેટિવ હાફ-સાયકલ વચ્ચે સરળ ટ્રાન્ઝિશન

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ક્લાસ AB ગેપને સરળ બનાવે”

પ્રશ્ન 3(બ) અથવા [4 ગુણ]

#

કોંપલિમેંટરી સિમેટરી પુશ-પુલ એમ્પલીફાયર સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

કાર્ય સિદ્ધાંત:

graph TD
    A[Input Signal] --> B{Voltage Polarity}
    B -->|Positive| C[NPN Conducts]
    B -->|Negative| D[PNP Conducts]
    C --> E[Output]
    D --> E

• મુખ્ય લક્ષણ: પુશ-પુલ ઓપરેશન માટે પૂરક ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સ (NPN અને PNP) વાપરે છે
• ફાયદો: આઉટપુટ ટ્રાન્સફોર્મરની જરૂર નથી, લોડમાં ડાયરેક્ટ કપલિંગ
• કાર્યક્ષમતા: સામાન્ય રીતે 78.5% સૈદ્ધાંતિક મહત્તમ
• અનુપ્રયોગો: ઓડિયો એમ્પલિફાયર્સ, પાવર આઉટપુટ સ્ટેજ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “NPN ઉપર તાણે, PNP નીચે તાણે”

પ્રશ્ન 3(ક) અથવા [7 ગુણ]

#

વર્ગ B પુશ પુલ એમ્પલીફાયર માટે કાર્યક્ષમતાનું સમીકરણ મેળવો.

જવાબ:

ગાણિતિક વ્યુત્પત્તિ:

સાઇનસોઇડલ ઇનપુટ માટે: v(t) = Vm sin(ωt)

સ્ટેપ 1: DC ઇનપુટ પાવર

• પ્રતિ ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઇનપુટ કરંટ: Im/π
• કુલ DC ઇનપુટ પાવર: PDC = 2VCC×Im/π

સ્ટેપ 2: AC આઉટપુટ પાવર

• RMS આઉટપુટ વોલ્ટેજ: Vrms = Vm/√2
• મહત્તમ આઉટપુટ વોલ્ટેજ: Vm = VCC
• આઉટપુટ પાવર: PAC = Vrms²/RL = Vm²/2RL

સ્ટેપ 3: કાર્યક્ષમતા ગણતરી

• η = (PAC/PDC)×100%
• η = ((Vm²/2RL)/(2VCC×Im/π))×100%
• જ્યારે Vm = VCC અને Im = VCC/RL
• η = (π/4)×100% = 78.5%

આકૃતિ:

• પાવર ડિસિપેશન: આઉટપુટ વોલ્ટેજ સ્વિંગ VCC નજીક પહોંચે ત્યારે સૌથી વધુ કાર્યક્ષમ
• કન્ડક્શન એંગલ: દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટર ચોક્કસ 180° માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• વ્યવહારિક પરિબળો: બાયસિંગ કરંટ, સેચુરેશન વોલ્ટેજ અને અન્ય ખોટ કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે
• તુલના: ક્લાસ A (25-30%) કરતાં ઘણી ઊંચી, ક્લાસ C (>80%) કરતાં ઓછી

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “પાઈ-ડિવાઈડ-બાય-4 આપે 78.5% - ક્લાસ B નું બેસ્ટ”

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

વ્યાખ્યાયિત કરો. (i) CMRR (ii)સ્લ્યુ રેટ. (iii)ઇનપુટ ઓફસેટ પ્રવાહ.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[Op-Amp Parameters]
    A --> B[CMRR = Ad/Acm]
    A --> C[Slew Rate = dVo/dt]
    A --> D[IOS = |I+ - I-|]
    
    style B fill:#f9f9f9,stroke:#333
    style C fill:#f9f9f9,stroke:#333
    style D fill:#f9f9f9,stroke:#333

• CMRR: ઓપ-એમ્પની કોમન-મોડ સિગ્નલ્સને નકારવાની ક્ષમતા માપે છે
• સ્લ્યુ રેટ: અવિકૃત આઉટપુટ માટે મહત્તમ ફ્રિક્વન્સીને મર્યાદિત કરે છે
• ઇનપુટ ઓફસેટ કરંટ: સમાન ઇનપુટ્સ હોવા છતાં આઉટપુટ એરર કરાવે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ભૂલો રદ કરવા રેશિયો જોઈએ”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

ઓપરેશનલ એમ્પલીફાયરનો મૂળભૂત બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph LR
    A[Inverting Input] --> B[Differential Input Stage]
    C[Non-inverting Input] --> B
    B --> D[High-Gain Intermediate Stage]
    D --> E[Level Shifter]
    E --> F[Output Buffer]
    F --> G[Output]
    
    style B fill:#d4f0f0,stroke:#333
    style D fill:#d4f0f0,stroke:#333
    style E fill:#d4f0f0,stroke:#333
    style F fill:#d4f0f0,stroke:#333

• ડિફરન્શિયલ ઇનપુટ સ્ટેજ: ડિફરન્શિયલ ઇનપુટને સિંગલ-એન્ડેડ આઉટપુટમાં કન્વર્ટ કરે છે
• હાઈ-ગેઇન સ્ટેજ: મોટાભાગનો ઓપન-લૂપ ગેઇન પ્રદાન કરે છે
• લેવલ શિફ્ટર: યોગ્ય આઉટપુટ ઓપરેશન માટે સિગ્નલ લેવલ શિફ્ટ કરે છે
• આઉટપુટ સ્ટેજ: કરંટ ગેઇન અને ઓછો આઉટપુટ ઇમ્પિડન્સ પ્રદાન કરે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ડિફ-એમ્પ ગેઇન શિફ્ટ આઉટ”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

ઇન્ટિગ્રેટર તરીકે ઓપરેશનલ એમ્પલીફાયરને વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

ઇનપુટ/આઉટપુટ વેવફોર્મ્સ:

• કાર્ય સિદ્ધાંત: કેપેસિટર સમય સાથે કરંટને ઇન્ટિગ્રેટ કરે છે
• ગાણિતિક આધાર: Vo(t) = -(1/RC)∫Vi(t)dt + Vo(0)
• મર્યાદાઓ: કેપેસિટર લીકેજ, ઓપ-એમ્પ ઇનપુટ બાયસ કરંટ ડ્રિફ્ટ ઉત્પન્ન કરે છે
• અનુપ્રયોગો: વેવફોર્મ જનરેટર્સ, એનાલોગ કમ્પ્યુટર્સ, એક્ટિવ ફિલ્ટર્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “સ્ક્વેર-ઇન ટ્રાયેંગલ-આઉટ, RC સેટ્સ ધ સ્લોપ”

પ્રશ્ન 4(અ) અથવા [3 ગુણ]

#

ઓપરેશનલ એમ્પલીફાયરને સમિંગ એમ્પલીફાયર તરીકે સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

• કાર્ય સિદ્ધાંત: દરેક ઇનપુટ સમિંગ જંક્શનમાં કરંટ યોગદાન આપે છે
• અનુપ્રયોગો: ઓડિયો મિક્સર્સ, સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ, એનાલોગ કમ્પ્યુટર્સ
• વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ: સમિંગ પોઇન્ટ લગભગ-શૂન્ય વોલ્ટેજ જાળવે છે
• વેરિએશન્સ: ઇન્વર્ટિંગ, નોન-ઇન્વર્ટિંગ અને ડિફરન્શિયલ સમર

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ઘણા ઇનપુટ, એક આઉટપુટ - બધું બેરેબાર”

પ્રશ્ન 4(બ) અથવા [4 ગુણ]

#

ઓપરેશનલ એમ્પલીફાયરના ઉપયોગો જણાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

graph TD
    A[Op-Amp Applications]
    A --> B[Signal Processing]
    A --> C[Math Operations]
    A --> D[Waveform Generators]
    A --> E[Instrumentation]
    A --> F[Comparators]
    A --> G[Rectifiers]
    A --> H[Regulators]

• લિનિયર અનુપ્રયોગો: એમ્પલિફિકેશન, ફિલ્ટરિંગ માટે લિનિયર રીજનમાં ઓપ-એમ્પ વાપરે છે
• નોન-લિનિયર અનુપ્રયોગો: કમ્પેરિઝન, લિમિટેશન માટે સેચુરેશન લક્ષણો વાપરે છે
• એનાલોગ કોમ્પ્યુટેશન: એનાલોગ સિગ્નલ પર ગાણિતિક ઓપરેશન્સ કરવા
• સિગ્નલ કન્ડિશનિંગ: એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ઝન માટે સિગ્નલ્સ અડેપ્ટ કરવા

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “SMWIG-CR: સિગ્નલ, મેથ, વેવ, ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ, ગેટ, કન્વર્ટ, રેગ્યુલેટ”

પ્રશ્ન 4(ક) અથવા [7 ગુણ]

#

ઓપરેશનલ એંપ્લિફાયર ને ઇનવરટિંગ અને નોન-ઈનવરટિંગ અંપ્લિફાયર તરીકે સમજાવો.

જવાબ:

ઇન્વર્ટિંગ એમ્પલિફાયર:

નોન-ઇન્વર્ટિંગ એમ્પલિફાયર:

ઇન્વર્ટિંગ મોડ:

• ગેઇન સમીકરણ: Vout = -(Rf/Rin)×Vin
• વર્ચ્યુઅલ ગ્રાઉન્ડ: નેગેટિવ ઇનપુટ ~0V પર જાળવવામાં આવે છે
• અનુપ્રયોગો: સિગ્નલ ઇન્વર્ઝન, નિયંત્રિત ગેઇન, સમિંગ

નોન-ઇન્વર્ટિંગ મોડ:

• ગેઇન સમીકરણ: Vout = (1 + Rf/Rin)×Vin
• લઘુત્તમ ગેઇન: હંમેશા ≥ 1
• અનુપ્રયોગો: બફરિંગ, ઊંચા ઇનપુટ ઇમ્પિડન્સ સાથે વોલ્ટેજ એમ્પલિફિકેશન

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ઇન્વર્ટ: નેગેટિવ ઇનપુટ લે, નોન-ઇન્વર્ટ: પોઝિટિવ સિગ્નલ લે”

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

IC555 નું પિન વર્ણન આપો.

જવાબ:

આકૃતિ:

• ઇનપુટ પિન્સ: ટ્રિગર, રીસેટ, થ્રેશોલ્ડ, કંટ્રોલ વોલ્ટેજ
• આઉટપુટ પિન્સ: આઉટપુટ, ડિસ્ચાર્જ
• પાવર પિન્સ: VCC, ગ્રાઉન્ડ
• આંતરિક સ્ટ્રક્ચર: કોમ્પેરેટર્સ, ફ્લિપ-ફ્લોપ, ડિસ્ચાર્જ ટ્રાન્ઝિસ્ટરથી બનેલું છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ગ્રાઉન્ડ ટ્રિગર આઉટપુટ રીસેટ કંટ્રોલ થ્રેશોલ્ડ ડિસ્ચાર્જ વોલ્ટેજ”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

દિફ્ફેરેંટિયાટર તરીકે op-amp સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

ઇનપુટ/આઉટપુટ વેવફોર્મ્સ:

• કાર્ય સિદ્ધાંત: આઉટપુટ વોલ્ટેજ ઇનપુટના પરિવર્તન દરને પ્રમાણસર છે
• ગાણિતિક આધાર: Vo = -RC(dVin/dt)
• વ્યવહારિક મર્યાદાઓ: ઉચ્ચ-આવૃત્તિના નોઇઝ પ્રત્યે સંવેદનશીલ
• અનુપ્રયોગો: વેવફોર્મ જનરેશન, એજ ડિટેક્શન, રેટ-ઓફ-ચેન્જ ઇન્ડિકેટર

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “ડિફરન્શિએટર ડેરિવેટિવ્સ આપે - RC સ્પીડ નક્કી કરે”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

IC 555 ને અસ્ટેબલ અને મોનોસ્ટેબલ મલ્ટિવાઇબ્રેટર તરીકે સમજાવો.

જવાબ:

અસ્ટેબલ સર્કિટ:

મોનોસ્ટેબલ સર્કિટ:

અસ્ટેબલ ઓપરેશન:

• કાર્ય: કેપેસિટર RA+RB મારફતે ચાર્જ થાય છે અને RB મારફતે ડિસ્ચાર્જ થાય છે
• ડ્યુટી સાયકલ: RA અને RB ના યોગ્ય પસંદગીથી એડજસ્ટ કરી શકાય છે
• ફ્રિક્વન્સી: f = 1.44/((RA+2RB)C)
• અનુપ્રયોગો: LED ફ્લેશર્સ, ટોન જનરેટર્સ, ક્લોક પલ્સ જનરેટર્સ

મોનોસ્ટેબલ ઓપરેશન:

• કાર્ય: પિન 2 પર ફોલિંગ એજથી ટ્રિગર થાય છે, સમય T માટે HIGH આઉટપુટ આપે છે
• સમય અવધિ: T = 1.1RC
• અનુપ્રયોગો: ટાઇમ ડિલે, પલ્સ વિડ્થ મોડ્યુલેશન, ડિબાઉન્સિંગ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “અસ્ટેબલ હંમેશાં બદલે, મોનોસ્ટેબલ એક પલ્સ બનાવે”

પ્રશ્ન 5(અ) અથવા [3 ગુણ]

#

IC555 ને બાયસ્ટેબલ માલતિવાયબરેટર તરીકે સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

ટ્રુથ ટેબલ:

• SET ઓપરેશન: ટ્રિગર પિન 1/3 VCC કરતાં નીચે જાય ત્યારે થાય છે
• RESET ઓપરેશન: રીસેટ પિન LOW ખેંચવામાં આવે ત્યારે થાય છે
• અનુપ્રયોગો: લેચિંગ સ્વિચ, મેમરી એલિમેન્ટ્સ, ફ્લિપ-ફ્લોપ્સ
• લક્ષણો: ટાઇમિંગ ઘટકો (R, C) ની જરૂર નથી

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “બાયસ્ટેબલ બે સ્ટેટમાં આવજા કરે”

પ્રશ્ન 5(બ) અથવા [4 ગુણ]

#

આંતરિક બ્લોક ડાયાગ્રામ સાથે IC555 ની મૂળભૂત કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

આંતરિક બ્લોક ડાયાગ્રામ:

મૂળભૂત ઓપરેશન:

1. વોલ્ટેજ ડિવાઇડર: 2/3 VCC અને 1/3 VCC રેફરન્સ પોઇન્ટ્સ બનાવે છે
2. કોમ્પેરેટર 1: પિન 2, 1/3 VCC થી નીચે જાય ત્યારે ટ્રિગર થાય છે
3. કોમ્પેરેટર 2: પિન 6, 2/3 VCC થી ઉપર જાય ત્યારે રીસેટ થાય છે
4. ફ્લિપ-ફ્લોપ: કોમ્પેરેટર ઇનપુટ્સના આધારે આઉટપુટ સ્ટેટને નિયંત્રિત કરે છે
5. ડિસ્ચાર્જ ટ્રાન્ઝિસ્ટર: આઉટપુટ LOW હોય ત્યારે પિન 7ને ગ્રાઉન્ડ સાથે જોડે છે

• વર્સેટિલિટી: મલ્ટિપલ મોડ્સમાં કોન્ફિગર કરી શકાય છે (અસ્ટેબલ, મોનોસ્ટેબલ, બાયસ્ટેબલ)
• ટાઇમિંગ પ્રિસિઝન: બાહ્ય RC ઘટકો દ્વારા નક્કી થાય છે
• વિશાળ સપ્લાય રેન્જ: 4.5V થી 16V સુધી કાર્ય કરે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “કોમ્પેરેટર્સ કંટ્રોલ ફ્લિપ-ફ્લોપ ફોર ટાઇમિંગ”

પ્રશ્ન 5(ક) અથવા [7 ગુણ]

#

વર્ગ A, ક્લાસ B, ક્લાસ C અને ક્લાસ AB પાવર એમ્પલીફાયરને તેમના Q પોઇન્ટ સ્થાનના આધારે લોડ લાઇન પર, રેખાકૃતિ સાથે કેવી રીતે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે તે સમજાવો.

જવાબ:

ડાયાગ્રામ લોડ લાઇન:

ઇનપુટ/આઉટપુટ વેવફોર્મ્સ:

ક્લાસ A લક્ષણો:

• Q-પોઇન્ટ: લોડ લાઇનના કેન્દ્રમાં
• બાયસ: સમગ્ર સાયકલ માટે કન્ડક્શન જાળવવા માટે ફિક્સ્ડ બાયસ
• લિનિયરિટી: ઉત્કૃષ્ટ લિનિયરિટી, ન્યૂનતમ ડિસ્ટોર્શન
• કાર્યક્ષમતા: નબળી (25-30%)

ક્લાસ B લક્ષણો:

• Q-પોઇન્ટ: કટઓફ પોઇન્ટ પર
• બાયસ: કટઓફ પર બાયસ, દરેક ડિવાઇસ અર્ધા-સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• ડિસ્ટોર્શન: ઝીરો-ક્રોસિંગ પર ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન
• કાર્યક્ષમતા: સારી (78.5% સૈદ્ધાંતિક)

ક્લાસ AB લક્ષણો:

• Q-પોઇન્ટ: કટઓફથી થોડું ઉપર
• બાયસ: ક્રોસઓવર ડિસ્ટોર્શન દૂર કરવા માટે નાનો બાયસ કરંટ
• લિનિયરિટી: A અને B વચ્ચે સારો સમાધાન
• કાર્યક્ષમતા: મધ્યમ (50-78.5%)

ક્લાસ C લક્ષણો:

• Q-પોઇન્ટ: કટઓફથી નીચે
• બાયસ: અર્ધા-સાયકલથી ઓછા માટે કન્ડક્ટ કરે છે
• ડિસ્ટોર્શન: ગંભીર ડિસ્ટોર્શન, ટ્યુન્ડ સર્કિટની જરૂર
• કાર્યક્ષમતા: ઉત્કૃષ્ટ (>80%)

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “કેન્દ્રથી ઉપર, કેન્દ્રથી નીચે, કટ-ઓફ પોઇન્ટ, નીચે બિલકુલ - ABCD ક્રમ Q-પોઇન્ટ સ્થાન માટે”