મુખ્ય સામગ્રી પર જાઓ
  1. સંસાધનો/
  2. અભ્યાસ સામગ્રી/
  3. ઇન્ફોર્મેશન અને કમ્યુનિકેશન ટેકનોલોજી એન્જિનિયરિંગ/
  4. આઈસીટી સેમેસ્ટર 1/

ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ એન્જિનિયરિંગના તત્વો (1313202) - ઉનાળુ 2024 સોલ્યુશન

23 મિનિટ· ·
અભ્યાસ-સામગ્રી સોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રિકલ-એન્જિનિયરિંગ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ-એન્જિનિયરિંગ 1313202 2024 ઉનાળુ
મિલવ ડબગર
લેખક
મિલવ ડબગર
ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક મેન્યુફેક્ચરિંગ ઉદ્યોગમાં અનુભવી લેક્ચરર. એમ્બેડેડ સિસ્ટમ્સ, ઈમેજ પ્રોસેસિંગ, ડેટા સાયન્સ, મેટલેબ, પાયથન, STM32માં કુશળ. એલ.ડી. કોલેજ ઓફ એન્જિનિયરિંગ - અમદાવાદથી કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સ એન્જિનિયરિંગમાં માસ્ટર્સ ડિગ્રી ધરાવતા મજબૂત શિક્ષણ વ્યાવસાયિક.
અનુક્રમણિકા

પ્રશ્ન 1(અ) [3 માર્ક્સ]
#

વ્યાખ્યા આપો: 1. નોડ, 2. લૂપ, 3. બ્રાંચ

જવાબ:

શબ્દવ્યાખ્યા
નોડસર્કિટમાં એવો બિંદુ જ્યાં બે અથવા વધુ સર્કિટ એલિમેન્ટ મળે છે અથવા જોડાય છે
લૂપસર્કિટમાં એક બંધ માર્ગ જે એક જ બિંદુથી શરૂ થઈને એ જ બિંદુ પર પરત આવે છે, કોઈપણ નોડને એક વખતથી વધુ ઓળંગીને નહીં
બ્રાંચસર્કિટમાં બે નોડને જોડતો માર્ગ અથવા એલિમેન્ટ

મનેમોનિક: “Never Loop Between” - નોડ લિંક, લૂપ બાઉન્ડ, બ્રાંચ કનેક્શન સ્થાપિત કરે છે

પ્રશ્ન 1(બ) [4 માર્ક્સ]
#

Superposition થીયરમ અને Maximum power transfer થીયરમ નું સ્ટેટમેંટ લખો.

જવાબ:

થીયરમસ્ટેટમેંટ
Superposition થીયરમલીનિયર સર્કિટમાં મલ્ટીપલ સોર્સ હોય ત્યારે, કોઈપણ એલિમેન્ટમાં રિસ્પોન્સ (વોલ્ટેજ અથવા કરંટ) એ દરેક સોર્સના એકલા કાર્ય કરવાથી થતા રિસ્પોન્સના બીજગણિતીય સરવાળાની બરાબર હોય છે, જ્યારે બીજા બધા સોર્સને તેમના આંતરિક ઇમ્પિડન્સથી બદલી દેવામાં આવે
Maximum power transfer થીયરમસોર્સથી લોડમાં મહત્તમ પાવર ત્યારે ટ્રાન્સફર થાય છે જ્યારે લોડ રેઝિસ્ટન્સ સોર્સના આંતરિક રેઝિસ્ટન્સની બરાબર હોય

આકૃતિ:

graph LR
    A[સોર્સ] --> B[વ્યક્તિગત પ્રતિક્રિયાઓ]
    B --> C[સરવાળો = કુલ પ્રતિક્રિયા]
    D[સોર્સ Rs] --- E[લોડ RL]
    F[મેક્સ પાવર જ્યારે Rs = RL]

મનેમોનિક: “Sum Powers Matched” - વ્યક્તિગત પાવરનો સરવાળો; મહત્તમ માટે રેઝિસ્ટન્સ મેચ

પ્રશ્ન 1(ક) [7 માર્ક્સ]
#

કિરચોફનો વોલ્ટેજ નો નિયમ અને કિરચોફનો કરંટનો નિયમ સમજાવો.

જવાબ:

નિયમસમજૂતીગાણિતિક સ્વરૂપ
કિરચોફનો વોલ્ટેજ નો નિયમ (KVL)સર્કિટમાં કોઈપણ બંધ લૂપમાં બધા વોલ્ટેજનો બીજગણિતીય સરવાળો શૂન્ય થાય છેΣ V = 0
કિરચોફનો કરંટનો નિયમ (KCL)નોડમાં પ્રવેશતા અને નીકળતા બધા કરંટનો બીજગણિતીય સરવાળો શૂન્ય થાય છેΣ I = 0

આકૃતિ:

graph TD
    subgraph "KVL: V1 + V2 + V3 = 0"
        A1[+] --> B1[V1] --> C1[-]
        C1 --> D1[+] --> E1[V2] --> F1[-]
        F1 --> G1[+] --> H1[V3] --> I1[-]
        I1 --> A1
    end
    
    subgraph "KCL: I1 + I2 = I3 + I4"
        A2((Node)) --- I1[I1]
        A2 --- I2[I2]
        A2 --- I3[I3]
        A2 --- I4[I4]
    end

  • KVL નું ભૌતિક અર્થઘટન: સર્કિટ લૂપમાં ઊર્જા સંરક્ષિત રહે છે
  • KCL નું ભૌતિક અર્થઘટન: સર્કિટ નોડમાં ચાર્જ સંરક્ષિત રહે છે
  • KVL નો ઉપયોગ: સર્કિટ લૂપમાં અજ્ઞાત વોલ્ટેજ શોધવા
  • KCL નો ઉપયોગ: સર્કિટ જંક્શનમાં અજ્ઞાત કરંટ શોધવા

મનેમોનિક: “Voltages Loop to Zero, Currents Node to Zero”

પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 માર્ક્સ]
#

રેસિસ્ટન્સ ના સીરીઝ અને પેરેલલ કનેક્શન જરુરી સમીકરણો સાથે સમજાવો.

જવાબ:

કનેક્શનલાક્ષણિકતાઓસમતુલ્ય રેસિસ્ટન્સકરંટ-વોલ્ટેજ સંબંધ
સીરીઝ કનેક્શનબધા રેસિસ્ટર્સમાંથી એક સરખો કરંટ વહે છેReq = R1 + R2 + R3 + … + RnI = V/Req
પેરેલલ કનેક્શનબધા રેસિસ્ટર્સ પર એક સરખો વોલ્ટેજ આવે છે1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/RnI = I1 + I2 + I3 + … + In

આકૃતિ:

graph LR
    subgraph "સીરીઝ"
        A1[+] --- R1[R1] --- R2[R2] --- R3[R3] --- B1[-]
    end
    
    subgraph "પેરેલલ"
        A2[+] --- R4[R1]
        A2 --- R5[R2]
        A2 --- R6[R3]
        R4 --- B2[-]
        R5 --- B2
        R6 --- B2
    end

  • સીરીઝમાં કરંટ: I = I1 = I2 = I3 = … = In
  • સીરીઝમાં વોલ્ટેજ: V = V1 + V2 + V3 + … + Vn
  • પેરેલલમાં કરંટ: I = I1 + I2 + I3 + … + In
  • પેરેલલમાં વોલ્ટેજ: V = V1 = V2 = V3 = … = Vn

મનેમોનિક: “Same Current Series, Same Voltage Parallel”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 માર્ક્સ]
#

Ohm’s law ની મર્યાદાઓ જણાવો.

જવાબ:

Ohm’s Law ની મર્યાદાઓ
નોન-લિનિયર કંપોનન્ટ્સ: ડાયોડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેવા કંપોનન્ટ્સને લાગુ પડતો નથી
તાપમાન ફેરફાર: જ્યારે તાપમાન નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે ત્યારે માન્ય રહેતો નથી
ઉચ્ચ ફ્રિક્વન્સી: ખૂબ ઊંચી ફ્રિક્વન્સી પર નિષ્ફળ જાય છે

મનેમોનિક: “Ohm’s Not Linear Thermal High” - નોન-લિનિયર, તાપમાન, હાઇ ફ્રિક્વન્સી

પ્રશ્ન 2(બ) [4 માર્ક્સ]
#

વ્યાખ્યા આપો: 1. ડોપીંગ, 2. ઈંટ્રાસીક સેમીકંડક્ટર, 3. એક્સ્ટ્રાસીક સેમીકંડક્ટર, 4. ડોપંટ

જવાબ:

શબ્દવ્યાખ્યા
ડોપીંગશુદ્ધ સેમીકંડક્ટરમાં અશુદ્ધિના પરમાણુઓ ઉમેરવાની પ્રક્રિયા જેનાથી ઇલેક્ટ્રિકલ ગુણધર્મો બદલાય છે
ઈંટ્રાસીક સેમીકંડક્ટરશુદ્ધ સેમીકંડક્ટર જેમાં ઇલેક્ટ્રોન અને હોલની સંખ્યા સરખી હોય છે
એક્સ્ટ્રાસીક સેમીકંડક્ટરડોપ કરેલા સેમીકંડક્ટર જેમાં ઇલેક્ટ્રોન અને હોલની સંખ્યા અસરખી હોય છે
ડોપંટડોપિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન સેમીકંડક્ટરમાં ઉમેરાતા અશુદ્ધિના તત્વો

મનેમોનિક: “Do In-Ex-Do” - ડોપિંગ ઇન્ટ્રોડ્યુસ એક્સટ્રિન્સિક પ્રોપર્ટીઝ થ્રુ ડોપન્ટ્સ

પ્રશ્ન 2(ક) [7 માર્ક્સ]
#

ટ્રાયવેલેંટ મટીરીયલ ની વ્યાખ્યા આપો અને તેના ઉદાહરણ આપો. P-type સેમીકંડક્ટરની રચના જરુરી આકૃતિ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

ટ્રાયવેલેંટ મટીરીયલ: એવા તત્વો જેમના બાહ્યતમ કોશમાં 3 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.

ઉદાહરણો: બોરોન (B), એલ્યુમિનિયમ (Al), ગેલિયમ (Ga), ઇન્ડિયમ (In)

P-type સેમીકંડક્ટરની રચના:

આકૃતિ:

િિSi(4e-)B(3e-)
પ્રક્રિયાપરિણામ
ડોપિંગસિલિકોનમાં બોરોન જેવા ટ્રાયવેલેંટ એટમ સાથે ડોપિંગ
બોન્ડ ફોર્મેશનટ્રાયવેલેંટ એટમ 4 આસપાસના સિલિકોન એટમ સાથે 3 કોવેલેન્ટ બોન્ડ બનાવે છે
હોલ ક્રિએશનએક બોન્ડ અપૂર્ણ રહે છે, જે હોલ (પોઝિટિવ ચાર્જ કેરિયર) બનાવે છે
મેજોરિટી કેરિયર્સહોલ મેજોરિટી કેરિયર્સ બને છે
માઇનોરિટી કેરિયર્સઇલેક્ટ્રોન માઇનોરિટી કેરિયર્સ બને છે

મનેમોનિક: “Three Makes Positive” - ત્રણ વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન પોઝિટિવ હોલ બનાવે છે

પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 માર્ક્સ]
#

રેસિસ્ટન્સને અસર કરતા પરિબળો જણાવો અને તેમાથી કોઈપણ એક સમજાવો.

જવાબ:

રેસિસ્ટન્સને અસર કરતા પરિબળો
કન્ડક્ટરની લંબાઈ
ક્રોસ-સેક્શનલ એરિયા
મટીરિયલ (રેસિસ્ટિવિટી)
તાપમાન

તાપમાનની અસરની સમજૂતી: મોટાભાગના મેટાલિક કન્ડક્ટરનો રેસિસ્ટન્સ તાપમાન સાથે વધે છે: R = R₀[1 + α(T - T₀)] જ્યાં:

  • R = તાપમાન T પર રેસિસ્ટન્સ
  • R₀ = રેફરન્સ તાપમાન T₀ પર રેસિસ્ટન્સ
  • α = રેસિસ્ટન્સનો તાપમાન કોએફિશિયન્ટ

મનેમોનિક: “LAMT” - લેન્થ, એરિયા, મટીરિયલ, ટેમ્પરેચર રેસિસ્ટન્સને અસર કરે છે

પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 માર્ક્સ]
#

વ્યાખ્યા આપો: 1. વેલેન્સ બેન્ડ, 2. કંડકશન બેન્ડ, 3. ફોરબિડન એનર્જી ગેપ, 4. ફ્રી ઇલેક્ટ્રોન

જવાબ:

શબ્દવ્યાખ્યા
વેલેન્સ બેન્ડએનર્જી બેન્ડ જેમાં એટમ સાથે બંધાયેલા વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન ભરેલા હોય છે
કંડકશન બેન્ડઉચ્ચ એનર્જી બેન્ડ જ્યાં ઇલેક્ટ્રોન મુક્તપણે ફરી શકે છે અને વીજળી વહન કરી શકે છે
ફોરબિડન એનર્જી ગેપવેલેન્સ અને કંડકશન બેન્ડ વચ્ચેની એનર્જી રેન્જ જ્યાં કોઈ ઇલેક્ટ્રોન સ્ટેટ્સ અસ્તિત્વમાં નથી
ફ્રી ઇલેક્ટ્રોનઇલેક્ટ્રોન જે વેલેન્સ બેન્ડથી કંડકશન બેન્ડમાં જવા પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે

આકૃતિ:

graph TD
    A[કંડકશન બેન્ડ] --- B[ફ્રી ઇલેક્ટ્રોન]
    C[ફોરબિડન એનર્જી ગેપ/બેન્ડ ગેપ]
    D[વેલેન્સ બેન્ડ] --- E[બાઉન્ડ ઇલેક્ટ્રોન]
    
    A --- C --- D

મનેમોનિક: “Very Clearly Freedom Follows” - વેલેન્સ, કંડકશન, ફોરબિડન ગેપ, ફ્રી ઇલેક્ટ્રોન

પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 માર્ક્સ]
#

પેન્ટાવેલેંટ મટીરીયલ ની વ્યાખ્યા આપો અને તેના ઉદાહરણ આપો. N-type સેમીકંડક્ટરની રચના જરુરી આકૃતિ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

પેન્ટાવેલેંટ મટીરીયલ: એવા તત્વો જેમના બાહ્યતમ કોશમાં 5 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.

ઉદાહરણો: ફોસ્ફરસ (P), આર્સેનિક (As), એન્ટિમની (Sb)

N-type સેમીકંડક્ટરની રચના:

આકૃતિ:

િિSi(4e-)P(5e-)
પ્રક્રિયાપરિણામ
ડોપિંગસિલિકોનમાં ફોસ્ફરસ જેવા પેન્ટાવેલેંટ એટમ સાથે ડોપિંગ
બોન્ડ ફોર્મેશનપેન્ટાવેલેંટ એટમ 4 આસપાસના સિલિકોન એટમ સાથે 4 કોવેલેન્ટ બોન્ડ બનાવે છે
ફ્રી ઇલેક્ટ્રોનપાંચમો વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત રહે છે (નેગેટિવ ચાર્જ કેરિયર)
મેજોરિટી કેરિયર્સઇલેક્ટ્રોન મેજોરિટી કેરિયર્સ બને છે
માઇનોરિટી કેરિયર્સહોલ માઇનોરિટી કેરિયર્સ બને છે

મનેમોનિક: “Five Makes Negative” - પાંચ વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન નેગેટિવ કેરિયર બનાવે છે

પ્રશ્ન 3(અ) [3 માર્ક્સ]
#

ડાયોડની સાપેક્ષમાં 1. ડીપ્લીશન રીજીયન, 2. ની વોલ્ટેજ, અને 3. બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજની વ્યાખ્યા આપો

જવાબ:

શબ્દવ્યાખ્યા
ડીપ્લીશન રીજીયનP-N જંક્શન પર ડિફ્યુઝન અને રિકોમ્બિનેશનને કારણે મોબાઇલ ચાર્જ કેરિયર્સથી વિહીન પ્રદેશ
ની વોલ્ટેજફોરવર્ડ વોલ્ટેજ જે પર કરંટ ઝડપથી વધવાનું શરૂ થાય છે (સામાન્ય રીતે સિલિકોન માટે 0.7V, જર્મેનિયમ માટે 0.3V)
બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજરિવર્સ વોલ્ટેજ જે પર ડાયોડ રિવર્સ દિશામાં ઝડપથી કરંટ વહન કરે છે

મનેમોનિક: “Depleted Knees Break” - ડીપ્લીશન થાય છે, ની પર કન્ડક્શન શરૂ થાય છે, બ્રેકડાઉન પર બ્લોકિંગ સમાપ્ત થાય છે

પ્રશ્ન 3(બ) [4 માર્ક્સ]
#

P-N જંક્શન ડાયોડ ની V-I લાક્ષણિકતા જરુરી ગ્રાફ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

P-N જંક્શન ડાયોડની V-I લાક્ષણિકતા:

આકૃતિ:

I/(0.7V)V
ક્ષેત્રવર્તન
ફોરવર્ડ બાયસ (V > 0)ની વોલ્ટેજ પછી કરંટ એક્સપોનેન્શિયલી વધે છે
રિવર્સ બાયસ (V < 0)બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ સુધી ખૂબ જ નાનો લીકેજ કરંટ
બ્રેકડાઉન ક્ષેત્રબ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ પર રિવર્સ કરંટમાં તીવ્ર વધારો
  • ફોરવર્ડ સમીકરણ: I = Is(e^(qV/nkT) - 1)
  • ની વોલ્ટેજ: સિલિકોન માટે ~0.7V, જર્મેનિયમ માટે ~0.3V

મનેમોનિક: “Forward Flows, Reverse Restricts, Breakdown Bursts”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 માર્ક્સ]
#

Varactor ડાયોડ ની લાક્ષણિકતા દોરો. Varactor ડાયોડની કાર્યપધ્ધતિ આકૃતિ સાથે સમજાવો અને તેની એપ્લીકેશન લખો.

જવાબ:

Varactor ડાયોડની લાક્ષણિકતા:

આકૃતિ:

CVR

Varactor ડાયોડની કાર્યપધ્ધતિ:

સર્કિટ સિમ્બોલ:

સિદ્ધાંતસમજૂતી
બેઝિક સ્ટ્રક્ચરવેરિએબલ કેપેસિટન્સ માટે ઓપ્ટિમાઈઝ કરેલ સ્પેશિયલ P-N જંક્શન ડાયોડ
રિવર્સ બાયસ ઓપરેશનહંમેશા રિવર્સ બાયસ કન્ડિશનમાં ઓપરેટ કરાય છે
ડીપ્લીશન રીજીયનવિડ્થ લાગુ રિવર્સ વોલ્ટેજ સાથે બદલાય છે
કેપેસિટન્સ વેરિએશનરિવર્સ વોલ્ટેજ વધતા કેપેસિટન્સ ઘટે છે
ગાણિતિક સંબંધC ∝ 1/√VR જ્યાં VR રિવર્સ વોલ્ટેજ છે

Varactor ડાયોડની એપ્લીકેશન:

  • વોલ્ટેજ-કંટ્રોલ્ડ ઓસીલેટર્સ (VCOs)
  • ફ્રિક્વન્સી મોડ્યુલેટર્સ
  • ઇલેક્ટ્રોનિક ટ્યુનિંગ સર્કિટ્સ
  • ઓટોમેટિક ફ્રિક્વન્સી કંટ્રોલ સર્કિટ્સ
  • ફેઝ-લોક્ડ લૂપ્સ (PLLs)

મનેમોનિક: “Capacitance Varies Reversely” - કેપેસિટન્સ રિવર્સ વોલ્ટેજ સાથે બદલાય છે

પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 માર્ક્સ]
#

નીચે દર્શાવેલ ડાયોડની એપ્લીકેશન લખો. 1. Varactor ડાયોડ, 2. Photo ડાયોડ, 3. Light Emitting ડાયોડ

જવાબ:

ડાયોડનો પ્રકારએપ્લીકેશન
Varactor ડાયોડવોલ્ટેજ-કંટ્રોલ્ડ ઓસીલેટર્સ, ફ્રિક્વન્સી મોડ્યુલેટર્સ, ઇલેક્ટ્રોનિક ટ્યુનિંગ સર્કિટ્સ
Photo ડાયોડલાઇટ સેન્સર્સ, ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન, સ્મોક ડિટેક્ટર્સ, કેમેરા લાઇટ મીટર્સ
Light Emitting ડાયોડ (LED)ડિસ્પ્લે ડિવાઇસીસ, ઇન્ડીકેટર્સ, લાઇટિંગ સિસ્ટમ્સ, ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન

મનેમોનિક: “Vary Photo Emit” - Varactor ફ્રિક્વન્સી બદલે છે, Photo લાઇટ ડિટેક્ટ કરે છે, LED લાઇટ ઉત્સર્જિત કરે છે

પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 માર્ક્સ]
#

P-N junction ડાયોડની કાર્યપધ્ધતિ ફોરવર્ડ બાયસ અને રીવર્સ બાયસ માં સમજાવો.

જવાબ:

બાયસ કન્ડિશનકાર્ય સિદ્ધાંતલાક્ષણિકતાઓ
ફોરવર્ડ બાયસP-સાઇડ પોઝિટિવ ટર્મિનલ સાથે, N-સાઇડ નેગેટિવ ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલડીપ્લીશન રીજીયન સાંકડી થાય છે, ની વોલ્ટેજ (~0.7V) પછી કરંટ સરળતાથી વહે છે
રિવર્સ બાયસP-સાઇડ નેગેટિવ ટર્મિનલ સાથે, N-સાઇડ પોઝિટિવ ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલડીપ્લીશન રીજીયન પહોળી થાય છે, બ્રેકડાઉન સુધી માત્ર નાનો લીકેજ કરંટ વહે છે

આકૃતિ:

graph LR
    subgraph "ફોરવર્ડ બાયસ"
        A1["+"] --- P1[P]
        P1 --- J1[જંક્શન]
        J1 --- N1[N]
        N1 --- B1["-"]
        C1[કરંટ વહે છે]
    end
    
    subgraph "રિવર્સ બાયસ"
        A2["-"] --- P2[P]
        P2 --- J2[જંક્શન]
        J2 --- N2[N]
        N2 --- B2["+"]
        C2[નહીવત કરંટ]
    end

મનેમોનિક: “Forward Flows, Reverse Resists”

પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 માર્ક્સ]
#

Photo ડાયોડ ની લાક્ષણિકતા દોરો. Photo ડાયોડની કાર્યપધ્ધિત આકૃતિ સાથે સમજાવો અને તેની એપ્લીકેશન લખો.

જવાબ:

Photo ડાયોડની લાક્ષણિકતા:

આકૃતિ:

I/Vિ

Photo ડાયોડની કાર્યપધ્ધિત:

સર્કિટ સિમ્બોલ:

સિદ્ધાંતસમજૂતી
બેઝિક સ્ટ્રક્ચરટ્રાન્સપેરન્ટ વિન્ડો અથવા લેન્સ સાથેનો P-N જંક્શન ડાયોડ
રિવર્સ બાયસ ઓપરેશનસામાન્ય રીતે રિવર્સ બાયસ કન્ડિશનમાં ઓપરેટ કરાય છે
લાઇટ એબ્સોર્પશનફોટોન્સ ડીપ્લીશન રીજીયનમાં ઇલેક્ટ્રોન-હોલ પેર ઉત્પન્ન કરે છે
કેરિયર જનરેશનલાઇટ ઇન્ટેન્સિટી ઉત્પન્ન કેરિયર્સના પ્રમાણમાં હોય છે
કરંટ જનરેશનલાઇટ ઇન્ટેન્સિટી સાથે રિવર્સ કરંટ વધે છે

Photo ડાયોડની એપ્લીકેશન:

  • ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશનમાં લાઇટ ડિટેક્ટર્સ
  • ફોટોમીટર્સ અને લાઇટ મીટર્સ
  • સ્મોક ડિટેક્ટર્સ
  • બારકોડ રીડર્સ
  • મેડિકલ ઇક્વિપમેન્ટ (પલ્સ ઓક્સિમીટર્સ)

મનેમોનિક: “Light In, Current Out” - લાઇટ ઇન્ટેન્સિટી કરંટ આઉટપુટને નિયંત્રિત કરે છે

પ્રશ્ન 4(અ) [3 માર્ક્સ]
#

Half wave rectifier સકીટ ડાયાગ્રામ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

Half Wave Rectifier:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

AooCD>Roo
ઓપરેશન ફેઝવર્ણન
પોઝિટિવ હાફ સાયકલડાયોડ કન્ડક્ટ કરે છે, કરંટ લોડમાંથી વહે છે, આઉટપુટ ઇનપુટને અનુસરે છે
નેગેટિવ હાફ સાયકલડાયોડ બ્લોક કરે છે, કરંટ વહેતો નથી, આઉટપુટ શૂન્ય હોય છે
  • આઉટપુટ ફ્રિક્વન્સી: ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સી જેટલી જ
  • ફોર્મ ફેક્ટર: 1.57
  • રિપલ ફેક્ટર: 1.21
  • એફિશિયન્સી: 40.6%
  • ડાયોડનો PIV: Vmax

મનેમોનિક: “Half Passes Positive” - માત્ર પોઝિટિવ હાફ-સાયકલ જ પસાર થાય છે

પ્રશ્ન 4(બ) [4 માર્ક્સ]
#

Zener ડાયોડને વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર તરીકે સમજાવો.

જવાબ:

Zener ડાયોડ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

oVoinRsZe>nerRLooVout
કંપોનન્ટફંક્શન
સીરીઝ રેઝિસ્ટર Rsકરંટને મર્યાદિત કરે છે અને વધારાનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ કરે છે
Zener ડાયોડલોડ પર સ્થિર વોલ્ટેજ જાળવે છે
લોડ રેઝિસ્ટર RLપાવર મેળવતા સર્કિટનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે

કાર્ય સિદ્ધાંત:

  • Zener રિવર્સ બ્રેકડાઉન ક્ષેત્રમાં કાર્ય કરે છે
  • ઇનપુટમાં ફેરફાર થવા છતાં સ્થિર વોલ્ટેજ જાળવે છે
  • વધારાનો કરંટ Zener ડાયોડ દ્વારા વહે છે
  • વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન સમીકરણ: Vout = Vz (Zener વોલ્ટેજ)

મનેમોનિક: “Zener Zeros Voltage Variations”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 માર્ક્સ]
#

Rectifier ની જરૂરીયાત લખો. Bridge wave rectifier સકીટ ડાયાગ્રામ સાથે સમજાવો અને તેના ઈનપુટ અને આઉટપુટ ના વેવફોર્મ દોરો.

જવાબ:

Rectifier ની જરૂરીયાત:

  • AC વોલ્ટેજને DC વોલ્ટેજમાં પરિવર્તિત કરવા
  • મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોને ઓપરેશન માટે DC જરૂરી છે
  • પાવર સપ્લાય સિસ્ટમને AC મેઇન્સમાંથી DC આઉટપુટની જરૂર પડે છે

Bridge Wave Rectifier:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

AoC><DD12<>DD34RLo

ઈનપુટ અને આઉટપુટ વેવફોર્મ:

tt
પોઝિટિવ હાફ સાયકલમાં કાર્યનેગેટિવ હાફ સાયકલમાં કાર્ય
D1 અને D4 કન્ડક્ટ કરે છેD2 અને D3 કન્ડક્ટ કરે છે
કરંટ લોડમાં એક જ દિશામાં વહે છેકરંટ લોડમાં એક જ દિશામાં વહે છે
  • આઉટપુટ ફ્રિક્વન્સી: ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સીથી બમણી
  • ફોર્મ ફેક્ટર: 1.11
  • રિપલ ફેક્ટર: 0.48
  • એફિશિયન્સી: 81.2%
  • ડાયોડનો PIV: Vmax

મનેમોનિક: “Bridge Both Better” - બ્રિજ રેક્ટિફાયર બંને હાફ સાયકલનો ઉપયોગ કરે છે

પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 માર્ક્સ]
#

Shunt capacitor filter ની કાર્યપધ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ:

Shunt Capacitor Filter:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

AooC>DCRLoo
ઓપરેશનવર્ણન
ચાર્જિંગકેપેસિટર રેક્ટિફાઇડ આઉટપુટની ટોચ દરમિયાન ચાર્જ થાય છે
ડિસ્ચાર્જિંગજ્યારે વોલ્ટેજ ઘટે છે ત્યારે કેપેસિટર ધીમે ધીમે લોડ દ્વારા ડિસ્ચાર્જ થાય છે
સ્મુધિંગ ઇફેક્ટગેપ્સને ભરીને લગભગ સ્થિર DC આઉટપુટ પ્રદાન કરે છે
  • રિપલ રિડક્શન: રિપલ વોલ્ટેજમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો
  • ટાઇમ કોન્સ્ટન્ટ: RC ઇનપુટના સમયગાળા કરતાં ઘણું મોટું હોવું જોઈએ
  • ડિસ્ચાર્જ સમીકરણ: V = V₀e^(-t/RC)

મનેમોનિક: “Capacitor Catches Peaks” - કેપેસિટર પીક વોલ્ટેજને સ્ટોર કરે છે

પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 માર્ક્સ]
#

Center tap full wave rectifier અને Bridge wave rectifier ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

પેરામીટરCenter Tap Full Wave RectifierBridge Wave Rectifier
ડાયોડની સંખ્યા24
ટ્રાન્સફોર્મરસેન્ટર-ટેપ્ડ ટ્રાન્સફોર્મર જરૂરીસાદો ટ્રાન્સફોર્મર પૂરતો
ડાયોડનો PIV2VmaxVmax
એફિશિયન્સી81.2%81.2%
આઉટપુટ ફ્રિક્વન્સીઇનપુટ ફ્રિક્વન્સીથી બમણીઇનપુટ ફ્રિક્વન્સીથી બમણી
ખર્ચસેન્ટર-ટેપ્ડ ટ્રાન્સફોર્મરને કારણે વધારેસરળ ટ્રાન્સફોર્મર પરંતુ વધુ ડાયોડને કારણે ઓછો
સાઇઝમોટોનાનો

મનેમોનિક: “Center Taps Transformer, Bridge Bypasses Tapping”

પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 માર્ક્સ]
#

રેક્ટિફાયરમાં ફિલ્ટર સકીટની જરૂરિયાત લખો. π ફિલ્ટર સકીટ ડાયાગ્રામ સાથે સમજાવો અને તેના ઈનપુટ અને આઉટપુટ ના વેવફોર્મ દોરો.

જવાબ:

રેક્ટિફાયરમાં ફિલ્ટર સકીટની જરૂરિયાત:

  • રેક્ટિફાઇડ આઉટપુટમાં રિપલ ઘટાડે છે
  • ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ માટે જરૂરી સ્થિર DC વોલ્ટેજ પ્રદાન કરે છે
  • પાવર સપ્લાયની એફિશિયન્સી સુધારે છે
  • સંવેદનશીલ ઇલેક્ટ્રોનિક કંપોનન્ટ્સને નુકસાન થતું અટકાવે છે

π ફિલ્ટર:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

AooC>DC1LC2RLoo

ઈનપુટ અને આઉટપુટ વેવફોર્મ:

(િ)tt
કંપોનન્ટફંક્શન
ઇનપુટ કેપેસિટર (C1)રેક્ટિફાઇડ આઉટપુટનું પ્રારંભિક ફિલ્ટરિંગ
ચોક (L)AC રિપલ બ્લોક કરે છે અને DC પસાર થવા દે છે
આઉટપુટ કેપેસિટર (C2)વધુ સારા આઉટપુટ માટે વધુ ફિલ્ટરિંગ
  • સુપીરિયર ફિલ્ટરિંગ: સિમ્પલ કેપેસિટર ફિલ્ટર કરતાં વધુ સારું રિપલ રિડક્શન
  • રિપલ ફેક્ટર: માત્ર કેપેસિટર ફિલ્ટર કરતાં ઘણો ઓછો
  • વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન: લોડ વેરિએશન હેઠળ વધુ સારું વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન

મનેમોનિક: “Capacitor-Inductor-Capacitor Perfectly Irons” (π આકાર CIC ફિલ્ટર જેવો દેખાય છે)

પ્રશ્ન 5(અ) [3 માર્ક્સ]
#

PNP Transistor ની કાર્યપધ્ધતિ જરુરી આકૃતિ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

PNP Transistor કાર્યપધ્ધતિ:

આકૃતિ:

NPિP
બાયસિંગકાર્યપધ્ધતિ
બેઝ-એમિટર જંક્શનફોરવર્ડ બાયસ્ડ
બેઝ-કલેક્ટર જંક્શનરિવર્સ બાયસ્ડ
મેજોરિટી કેરિયર્સહોલ
કરંટ ફ્લોએમિટરથી કલેક્ટર તરફ
  • એમિટર: હેવિલી ડોપ્ડ P-રિજન જે હોલ એમિટ કરે છે
  • બેઝ: પાતળો, લાઇટલી ડોપ્ડ N-રિજન જે કરંટ ફ્લોને નિયંત્રિત કરે છે
  • કલેક્ટર: મોડરેટલી ડોપ્ડ P-રિજન જે હોલને કલેક્ટ કરે છે

મનેમોનિક: “Positive-Negative-Positive” - PNP સ્ટ્રક્ચર

પ્રશ્ન 5(બ) [4 માર્ક્સ]
#

N-channel JFET ની કાર્યપધ્ધતિ આકૃતિ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

N-channel JFET કાર્યપધ્ધતિ:

આકૃતિ:

PNP
ટર્મિનલફંક્શન
સોર્સચાર્જ કેરિયર્સ (ઇલેક્ટ્રોન)નો સોર્સ
ડ્રેનચાર્જ કેરિયર્સને કલેક્ટ કરે છે
ગેટચેનલની પહોળાઈને નિયંત્રિત કરે છે

કાર્ય સિદ્ધાંત:

  • સોર્સ અને ડ્રેન વચ્ચે N-ટાઈપ મટીરિયલના ચેનલ દ્વારા ફોર્મેશન
  • P-ટાઈપ ગેટ રિજન ચેનલ સાથે PN જંક્શન બનાવે છે
  • ગેટ-ટુ-સોર્સ જંક્શન હંમેશા રિવર્સ બાયસ્ડ રહે છે
  • નેગેટિવ ગેટ વોલ્ટેજ વધારવાથી ડીપ્લીશન રીજન પહોળી થાય છે
  • સાંકડા ચેનલથી સોર્સ અને ડ્રેન વચ્ચે રેસિસ્ટન્સ વધે છે
  • FET વોલ્ટેજ-કંટ્રોલ્ડ રેસિસ્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે

મનેમોનિક: “Negative Channel Junction Effect” - N-channel JFET

પ્રશ્ન 5(ક) [7 માર્ક્સ]
#

BJT અને JFET ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

પેરામીટરBJT (Bipolar Junction Transistor)JFET (Junction Field Effect Transistor)
સ્ટ્રક્ચરત્રણ-લેયર સ્ટ્રક્ચર (NPN અથવા PNP)ગેટ જંક્શન સાથે સિંગલ ચેનલ
કંટ્રોલ મેકેનિઝમકરંટ-કંટ્રોલ્ડ ડિવાઇસવોલ્ટેજ-કંટ્રોલ્ડ ડિવાઇસ
કેરિયર્સમેજોરિટી અને માઇનોરિટી કેરિયર્સ બંને (બાયપોલર)માત્ર મેજોરિટી કેરિયર્સ (યુનિપોલર)
ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સલો થી મીડિયમ (1-10 kΩ)ખૂબ જ હાઇ (10⁸-10¹² Ω)
નોઇઝવધારે નોઇઝઓછો નોઇઝ
પાવર કન્ઝમ્પશનવધારેઓછો
સ્વિચિંગ સ્પીડચાર્જ સ્ટોરેજને કારણે ધીમીચાર્જ સ્ટોરેજની ગેરહાજરીને કારણે ઝડપી
તાપમાન સ્ટેબિલિટીઓછી સ્ટેબલવધુ સ્ટેબલ

આકૃતિ:

graph TD
    subgraph "BJT"
        A1[કરંટ-કંટ્રોલ્ડ] --> B1[બાયપોલર કેરિયર્સ]
        B1 --> C1[લો ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ]
        C1 --> D1[હાયર નોઇઝ]
    end
    
    subgraph "JFET"
        A2[વોલ્ટેજ-કંટ્રોલ્ડ] --> B2[યુનિપોલર કેરિયર્સ]
        B2 --> C2[હાઇ ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ]
        C2 --> D2[લોઅર નોઇઝ]
    end

મનેમોનિક: “Current Bipolar Low, Voltage Unipolar High” - BJT vs JFET ની મુખ્ય ભિન્નતાઓ

પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 માર્ક્સ]
#

E-waste નેનાબૂદ કરવાની પદ્ધતિ જણાવો અને તેમાથી કોઈપણ એક સમજાવો.

જવાબ:

E-waste નાબૂદ કરવાની પદ્ધતિઓ
રિસાયકલિંગ
રીયુઝ
ઇન્સિનરેશન
લેન્ડફિલિંગ
ટેક-બેક સિસ્ટમ્સ

રિસાયકલિંગની સમજૂતી: E-waste રિસાયકલિંગમાં ઇલેક્ટ્રોનિક કચરાનું એકત્રીકરણ, ડિસમેન્ટલિંગ, અને રિકવરેબલ મટીરિયલમાં વિભાજન કરવાનો સમાવેશ થાય છે. કંપોનન્ટ્સને શ્રેડ કરીને પ્લાસ્ટિક, ગ્લાસ, અને મેટલ્સ (ગોલ્ડ, સિલ્વર, કોપર જેવા કિંમતી ધાતુઓ સહિત) જેવા કાચા માલમાં સોર્ટ કરવામાં આવે છે. આ સામગ્રીને પ્રોસેસ કરીને નવા ઉત્પાદનો બનાવવા માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે. રિસાયકલિંગ પર્યાવરણીય અસરને ઘટાડે છે, સંસાધનોનું સંરક્ષણ કરે છે, અને કિંમતી મટીરિયલ્સનું પુનઃપ્રાપ્તિ કરે છે.

મનેમોનિક: “RRIL-T” - રિસાયકલિંગ, રીયુઝ, ઇન્સિનરેશન, લેન્ડફિલ, ટેક-બેક

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 માર્ક્સ]
#

PNP અને NPN Transistor ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

પેરામીટરPNP ટ્રાન્ઝિસ્ટરNPN ટ્રાન્ઝિસ્ટર
સિમ્બોલએરો બેઝ તરફ પોઇન્ટ કરે છેએરો બેઝથી બહાર પોઇન્ટ કરે છે
સ્ટ્રક્ચરP-ટાઈપ, N-ટાઈપ, P-ટાઈપ લેયર્સN-ટાઈપ, P-ટાઈપ, N-ટાઈપ લેયર્સ
મેજોરિટી કેરિયર્સહોલઇલેક્ટ્રોન
બાયસિંગ વોલ્ટેજબેઝ એમિટરના સંદર્ભમાં નેગેટિવબેઝ એમિટરના સંદર્ભમાં પોઝિટિવ
કરંટ દિશાએમિટરથી કલેક્ટરકલેક્ટરથી એમિટર
સ્પીડધીમી (હોલની મોબિલિટી ઓછી છે)ઝડપી (ઇલેક્ટ્રોનની મોબિલિટી વધારે છે)

આકૃતિ:

graph TD
    subgraph "PNP"
        A1[P-N-P લેયર્સ] --> B1[હોલ કેરિયર્સ]
        B1 --> C1[નેગેટિવ બેઝ બાયસ]
        C1 --> D1[E થી C કરંટ]
    end
    
    subgraph "NPN"
        A2[N-P-N લેયર્સ] --> B2[ઇલેક્ટ્રોન કેરિયર્સ]
        B2 --> C2[પોઝિટિવ બેઝ બાયસ]
        C2 --> D2[C થી E કરંટ]
    end

મનેમોનિક: “Positive-Negative-Positive (Holes), Negative-Positive-Negative (Electrons)”

પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 માર્ક્સ]
#

CE કોંફીગરેશન ની ઈનપુટ અને આઉટપુટ લાક્ષણિકતા દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

CE કોંફીગરેશનની ઈનપુટ લાક્ષણિકતા:

આકૃતિ:

Ib(μA)/VCE=/0VVCE=V5CVE=V1B0EV(V)

CE કોંફીગરેશનની આઉટપુટ લાક્ષણિકતા:

આકૃતિ:

Ic(mA)Ibિ=I0b=I1b0=μI2Ab0=μI3Ab0I=μb4A=05μ0AμAVCE(V)
લાક્ષણિકતાવર્ણન
ઈનપુટ લાક્ષણિકતાસ્થિર કલેક્ટર-એમિટર વોલ્ટેજ (VCE) પર બેઝ કરંટ (IB) અને બેઝ-એમિટર વોલ્ટેજ (VBE) વચ્ચેનો સંબંધ
આઉટપુટ લાક્ષણિકતાસ્થિર બેઝ કરંટ (IB) પર કલેક્ટર કરંટ (IC) અને કલેક્ટર-એમિટર વોલ્ટેજ (VCE) વચ્ચેનો સંબંધ

આઉટપુટ લાક્ષણિકતામાં ક્ષેત્રો:

ક્ષેત્રવર્ણન
સેચુરેશન ક્ષેત્રબંને જંક્શન ફોરવર્ડ બાયસ્ડ, VCE નાનું છે, IC VCE પર ધ્યાન આપ્યા વિના લગભગ સ્થિર રહે છે
એક્ટિવ ક્ષેત્રબેઝ-એમિટર જંક્શન ફોરવર્ડ બાયસ્ડ, બેઝ-કલેક્ટર જંક્શન રિવર્સ બાયસ્ડ, IC IB ના પ્રમાણમાં
કટ-ઓફ ક્ષેત્રબંને જંક્શન રિવર્સ બાયસ્ડ, નહીવત કરંટ વહે છે

મહત્વપૂર્ણ પેરામીટર્સ:

  • કરંટ ગેઇન (β): કલેક્ટર કરંટ અને બેઝ કરંટ (IC/IB)નો ગુણોત્તર
  • ઈનપુટ રેઝિસ્ટન્સ: સ્થિર VCE પર VBE માં ફેરફાર અને IB માં ફેરફારનો ગુણોત્તર
  • આઉટપુટ રેઝિસ્ટન્સ: સ્થિર IB પર VCE માં ફેરફાર અને IC માં ફેરફારનો ગુણોત્તર

મનેમોનિક: “Input Shows Voltage Effects, Output Shows Current Control”

સંબંધિત

Elements of Electrical & Electronics Engineering (1313202) - Winter 2024 Solution
13 મિનિટ
Study-Material Solutions Electrical-Electronics 1313202 2024 Winter
ડિજિટલ કોમ્યુનિકેશન (4341102) - સમર 2024 સોલ્યુશન
19 મિનિટ
અભ્યાસ-સામગ્રી સોલ્યુશન ડિજિટલ-કોમ્યુનિકેશન 4341102 2024 સમર
ભૌતિકશાસ્ત્ર (4300005) - સમર 2024 સોલ્યુશન
21 મિનિટ
અભ્યાસ-સામગ્રી સોલ્યુશન ભૌતિકશાસ્ત્ર 4300005 2024 સમર
ડિજિટલ એન્ડ ડેટા કોમ્યુનિકેશન (4343201) - સમર 2024 સોલ્યુશન
18 મિનિટ
અભ્યાસ-સામગ્રી સોલ્યુશન ડિજિટલ-કોમ્યુનિકેશન ડેટા-કોમ્યુનિકેશન 4343201 2024 સમર
Python Programming (1323203) - Winter 2024 Solution
23 મિનિટ
અભ્યાસ-સામગ્રી સોલ્યુશન પાયથોન-પ્રોગ્રામિંગ 1323203 2024 વિન્ટર
ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ્સ એન્ડ એપ્લિકેશન્સ (4321103) - ઉનાળુ 2023 સોલ્યુશન
20 મિનિટ
અભ્યાસ-સામગ્રી સોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોનિક-સર્કિટ્સ 4321103 2023 ઉનાળુ