ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઇજનેરીના તત્વો (1313202) - શિયાળો 2023 ઉકેલ

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

એક્ટિવ અને પેસિવ નેટવર્કનો તફાવત સમજાવો.

ઉત્તર:

મનેમોનિક: “એક્ટિવ એડસ પાવર, પેસિવ પુલસ પાવર”

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

કિર્ચોફનો વોલ્ટેજનો નિયમ જણાવો અને સમજાવો.

ઉત્તર:

કિર્ચોફનો વોલ્ટેજનો નિયમ (KVL): સર્કિટમાં કોઈપણ બંધ પથ (લૂપ) ની આસપાસના તમામ વોલ્ટેજનો બીજગણિતીય સરવાળો શૂન્ય હોય છે.

આકૃતિ:

graph LR
    A((A)) -- V1 --> B((B))
    B -- V2 --> C((C))
    C -- V3 --> D((D))
    D -- V4 --> A

ગણિતીય સ્વરૂપ: V₁ + V₂ + V₃ + V₄ = 0

• સર્કિટ એપ્લિકેશન: જ્યારે એક લૂપની આસપાસ ફરતી વખતે, વોલ્ટેજમાં વધારો (બેટરી) ધન અને વોલ્ટેજમાં ઘટાડો (ઘટકો) ઋણ હોય છે
• ભૌતિક અર્થ: બંધ લૂપમાં કુલ ઊર્જા સંરક્ષિત રહે છે

મનેમોનિક: “વોલ્ટેજ લૂપ સમ ઝીરો”

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

નીચેના પદોની વ્યાખ્યા આપો: (1) ચાર્જ (2) કરંટ (3) પોટેન્શિયલ (4) E.M.F. (5) ઇન્ડક્ટન્સ (6) કેપેસિટન્સ (7) આવૃત્તિ.

ઉત્તર:

મનેમોનિક: “ચાર્જના કરંટને પોટેન્શિયલ EMF ઇન્ડક્ટન્સ કેપેસિટન્સથી આવૃત્તિમાં ફેરવાય છે”

પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 ગુણ]

#

ઓહમનો નિયમ જણાવો. તેના ઉપયોગો અને મર્યાદા લખો.

ઉત્તર:

ઓહમનો નિયમ: વાહક વડે પસાર થતો કરંટ, તેના છેડા વચ્ચેના પોટેન્શિયલ ડિફરન્સના સમપ્રમાણમાં અને તેના રેઝિસ્ટન્સના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.

ગણિતીય સ્વરૂપ: I = V/R

આકૃતિ:

ઓહમના નિયમના ઉપયોગો:

• સર્કિટમાં કરંટ, વોલ્ટેજ, રેઝિસ્ટન્સની ગણતરી
• વિદ્યુત નેટવર્કની ડિઝાઇન
• પાવર ગણતરી (P = VI = I²R = V²/R)
• વોલ્ટેજ ડિવિઝન અને કરંટ ડિવિઝન

ઓહમના નિયમની મર્યાદાઓ:

• નોન-લિનિયર ઘટકો (ડાયોડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર) માટે માન્ય નથી
• ખૂબ ઉચ્ચ આવૃત્તિઓ પર લાગુ પડતો નથી
• અર્ધવાહકો જેવા બિન-ધાતુના વાહકો માટે લાગુ પડતો નથી
• વેક્યુમ ટ્યુબ અને વાયુ ઉપકરણો માટે લાગુ પડતો નથી

મનેમોનિક: “વોલ્ટેજ ડ્રાઇવ્સ, રેઝિસ્ટન્સ રિસ્ટ્રિક્ટ્સ”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

વાહક, અવાહક અને અર્ધવાહક નો એનર્જી બેન્ડ ની આકૃતિ દોરી સમજાવો.

ઉત્તર:

એનર્જી બેન્ડ આરેખ:

graph TD
    subgraph "વાહક"
    A1[કન્ડકશન બેન્ડ] --- B1[ઓવરલેપ]
    B1 --- C1[વેલેન્સ બેન્ડ]
    end
    
    subgraph "અર્ધવાહક"
    A2[કન્ડકશન બેન્ડ] --- B2[નાનું અંતર]
    B2 --- C2[વેલેન્સ બેન્ડ]
    end
    
    subgraph "અવાહક"
    A3[કન્ડકશન બેન્ડ] --- B3[મોટું અંતર]
    B3 --- C3[વેલેન્સ બેન્ડ]
    end

• વાહક: વેલેન્સ અને કન્ડકશન બેન્ડ ઓવરલેપ થાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોનને સરળતાથી વહેવા દે છે
• અર્ધવાહક: બેન્ડ વચ્ચે નાનું એનર્જી ગેપ (~1eV), ઇલેક્ટ્રોન થર્મલ એનર્જી સાથે જંપ કરી શકે છે
• અવાહક: મોટું એનર્જી ગેપ (>5eV) બેન્ડ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોન મૂવમેન્ટને અટકાવે છે

મનેમોનિક: “વાહક વહાવે, અર્ધવાહક અમુક વખત, અવાહક અટકાવે”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

Maximum power transfer theorem અને reciprocity theorem નું સ્ટેટમેન્ટ લખો.

ઉત્તર:

આકૃતિ:

મનેમોનિક: “મેચ રેઝિસ્ટન્સ ટુ મેક્સિમાઇઝ પાવર; સ્વિચ સોર્સ એન્ડ સિંક, કરંટ સ્ટેઝ સેમ”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

N-type મટીરીઅલ ની રચના અને તેનું કંડક્શન સમજાવો.

ઉત્તર:

N-type અર્ધવાહક રચના:

graph TD
    A[સિલિકોન/જર્મેનિયમ લેટિસ] --> B[પેન્ટાવેલેન્ટ તત્વ સાથે ડોપિંગ]
    B --> C[દરેક ડોપન્ટ અણુમાંથી વધારાનો ઇલેક્ટ્રોન]
    C --> D[ફ્રી ઇલેક્ટ્રોન - મેજોરિટી કેરિયર]
    D --> E[હોલ - માઇનોરિટી કેરિયર]
    E --> F[નેટ નેગેટિવ ચાર્જ]

• ડોપિંગ પ્રક્રિયા: સિલિકોન/જર્મેનિયમ (4 વેલેન્સ e⁻) પેન્ટાવેલેન્ટ તત્વો (P, As, Sb) સાથે ડોપ કરવામાં આવે છે
• વધારાનો ઇલેક્ટ્રોન: કોવેલન્ટ બોન્ડિંગ પછી દરેક ડોપન્ટ અણુ 1 વધારાનો ઇલેક્ટ્રોન આપે છે
• કન્ડક્શન મેકેનિઝમ:
  • મેજોરિટી કેરિયર: ફ્રી ઇલેક્ટ્રોન (નેગેટિવ ચાર્જ કેરિયર)
  • માઇનોરિટી કેરિયર: હોલ (ખૂબ ઓછા)
• વિદ્યુત ગુણધર્મો: વધેલી વાહકતા અને નેગેટિવ ચાર્જ કેરિયર

મનેમોનિક: “પેન્ટાવેલેન્ટ પ્રોવાઇડ્સ પ્લસ વન ઇલેક્ટ્રોન, નેગેટિવ-ટાઇપ”

પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 ગુણ]

#

વેલેન્સ બેન્ડ, કંડક્શન બેન્ડ અને ફોર્બિડન ગેપ ની વ્યાખ્યા આપો.

ઉત્તર:

આકૃતિ:

graph TD
    A[કંડક્શન બેન્ડ] --- B[ફોર્બિડન ગેપ]
    B --- C[વેલેન્સ બેન્ડ]

મનેમોનિક: “વેલેન્સ હોલ્ડ્સ, ફોર્બિડન બ્લોક્સ, કંડક્શન ફ્લોઝ”

પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 ગુણ]

#

એક્ટીવ પાવર, રિએક્ટીવ પાવર અને પાવર ફેક્ટર ની વ્યાખ્યા આપો અને પાવર ત્રિકોણ દોરો.

ઉત્તર:

AC સર્કિટમાં પાવર સંબંધિત પદો:

પાવર ત્રિકોણ:

• એપરન્ટ પાવર (S): એક્ટિવ અને રિએક્ટિવ પાવરનો વેક્ટર સરવાળો
• પાવર ત્રિકોણ: P, Q, અને S ને બાજુઓ તરીકે ધરાવતો કાટખૂણિયો ત્રિકોણ
• પાવર ફેક્ટર: cos θ = P/S (0 થી 1)

મનેમોનિક: “એક્ટિવ પાવર વર્ક્સ, રિએક્ટિવ પાવર વેઇટ્સ”

પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 ગુણ]

#

ટ્રાઇવેલેન્ટ, ટેટ્રાવેલેન્ટ અને પેન્ટાવેલેન્ટ તત્વોના અણુની રચના સમજાવો.

ઉત્તર:

અણુ રચના:

આકૃતિ:

graph TD
    subgraph "ટ્રાઇવેલેન્ટ (B, Al, Ga)"
    A1[ન્યુક્લિઅસ] --- B1[આંતરિક શેલ]
    B1 --- C1[3 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન]
    end
    
    subgraph "ટેટ્રાવેલેન્ટ (C, Si, Ge)"
    A2[ન્યુક્લિઅસ] --- B2[આંતરિક શેલ]
    B2 --- C2[4 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન]
    end
    
    subgraph "પેન્ટાવેલેન્ટ (P, As, Sb)"
    A3[ન્યુક્લિઅસ] --- B3[આંતરિક શેલ]
    B3 --- C3[5 વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન]
    end

• ટ્રાઇવેલેન્ટ તત્વો: અર્ધવાહકોમાં p-ટાઇપ ડોપન્ટ્સ તરીકે વપરાય છે
• ટેટ્રાવેલેન્ટ તત્વો: અર્ધવાહક બેઝ મટિરિયલ્સ બનાવે છે
• પેન્ટાવેલેન્ટ તત્વો: અર્ધવાહકોમાં n-ટાઇપ ડોપન્ટ્સ તરીકે વપરાય છે

મનેમોનિક: “ત્રણ ત્રાય બોન્ડિંગ, ચાર ફોર્મ્સ ફુલ બોન્ડ્સ, પાંચ ફ્રી એક ઇલેક્ટ્રોન”

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

ફોટોડીઓડનું પ્રતીક દોરો અને તેનો ઉપયોગ જણાવો.

ઉત્તર:

ફોટોડાયોડ પ્રતીક:

ફોટોડાયોડના ઉપયોગો:

• લાઇટ સેન્સર અને ડિટેક્ટર
• ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સ
• કેમેરા એક્સપોઝર કંટ્રોલ
• બારકોડ સ્કેનર
• મેડિકલ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ
• સોલાર સેલ

મનેમોનિક: “ફોટોન્સ પ્રોડ્યુસ કરંટ”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

LED પર ટૂંકી નોંધ લખો.

ઉત્તર:

LED (લાઇટ એમિટિંગ ડાયોડ):

ફાયદાઓ:

• ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા (ઓછી પાવર વપરાશ)
• લાંબી લાઇફ (50,000+ કલાક)
• નાનું કદ અને મજબૂતાઈ
• વિવિધ રંગો ઉપલબ્ધ

ઉપયોગો:

• ઇન્ડિકેટર અને ડિસ્પ્લે
• લાઇટિંગ સિસ્ટમ્સ
• TV/મોનિટર બેકલાઇટ્સ
• ટ્રાફિક સિગ્નલ

મનેમોનિક: “લાઇટ એમિટ્સ વ્હેન ડાયોડ કન્ડક્ટ્સ”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

PN જંક્શન ડાયોડની લાક્ષણિકતા દોરીને સમજાવો.

ઉત્તર:

P-N જંક્શન ડાયોડની V-I લાક્ષણિકતા:

ફોરવર્ડ બાયસ રીજન:

• ની વોલ્ટેજ: 0.3V (Ge), 0.7V (Si) જ્યાં કરંટ વહેવાનું શરૂ થાય છે
• કરંટ સમીકરણ: I = Is(e^(qV/kT) - 1)
• વાહકતા: ઉચ્ચ (ઓછો અવરોધ)

રિવર્સ બાયસ રીજન:

• લીકેજ કરંટ: ખૂબ જ નાનો રિવર્સ કરંટ (માઇક્રો-એમ્પિયર)
• બ્રેકડાઉન રીજન: બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ પર કરંટનો તીવ્ર વધારો
• વાહકતા: ખૂબ ઓછી (ઉચ્ચ અવરોધ)

મુખ્ય પોઇન્ટ્સ:

• બેરિયર પોટેન્શિયલ: ફોરવર્ડ બાયસમાં ઘટે છે, રિવર્સ બાયસમાં વધે છે
• ડાયોડ રેઝિસ્ટન્સ: ડાયનેમિક રેઝિસ્ટન્સ એપ્લાઇડ વોલ્ટેજ સાથે બદલાય છે
• તાપમાન અસર: તાપમાન વધવાથી વોલ્ટેજ ડ્રોપ ઘટે છે

મનેમોનિક: “ફોરવર્ડ ફ્લોઝ ફ્રીલી, રિવર્સ રેઝિસ્ટ્સ”

પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 ગુણ]

#

PN જંક્શન ડાયોડના ઉપયોગોની યાદી બનાવો.

ઉત્તર:

PN જંક્શન ડાયોડના ઉપયોગો:

મનેમોનિક: “રેક્ટિફાય, પ્રોસેસ, પ્રોટેક્ટ, લોજિક, રેગ્યુલેટ, લાઇટ”

પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 ગુણ]

#

અનબાયસ PN જંક્શન ડાયોડ ના ડિપ્લીશન રીજીયન ની રચના સમજાવો.

ઉત્તર:

ડિપ્લીશન રીજન ફોર્મેશન:

graph LR
    subgraph "P-Type"
    A[હોલ્સ]
    end
    
    subgraph "ડિપ્લીશન રીજન"
    B[ફ્રી કેરિયર નથી]
    end
    
    subgraph "N-Type"
    C[ઇલેક્ટ્રોન્સ]
    end
    
    A --ડિફ્યુઝન--> B
    C --ડિફ્યુઝન--> B

પ્રક્રિયા:

• ડિફ્યુઝન: n-સાઇડમાંથી ઇલેક્ટ્રોન p-સાઇડ તરફ ડિફ્યુઝ થાય છે; p-સાઇડમાંથી હોલ્સ n-સાઇડ તરફ ડિફ્યુઝ થાય છે
• રિકોમ્બિનેશન: ઇલેક્ટ્રોન અને હોલ્સ જંક્શન પર રિકોમ્બાઇન થાય છે
• ઇમોબાઇલ આયન્સ: n-રિજનમાં એક્સપોઝ્ડ પોઝિટિવ આયન્સ, p-રિજનમાં નેગેટિવ આયન્સ
• ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ: પોઝિટિવ અને નેગેટિવ આયન્સ વચ્ચે બને છે, જે વધુ ડિફ્યુઝનનો વિરોધ કરે છે
• ઇક્વિલિબ્રિયમ: ડિફ્યુઝન કરંટ ડ્રિફ્ટ કરંટ જેટલો થાય છે; કોઈ નેટ કરંટ વહેતો નથી

ડિપ્લીશન રીજનના ગુણધર્મો:

• ફ્રી ચાર્જ કેરિયર નથી
• અવાહક તરીકે કામ કરે છે
• પહોળાઈ ડોપિંગ લેવલ પર આધાર રાખે છે
• બિલ્ટ-ઇન પોટેન્શિયલ બેરિયર ધરાવે છે

મનેમોનિક: “ડિફ્યુઝન ડિપ્લીટ્સ કેરિયર્સ, ક્રિએટિંગ ઇલેક્ટ્રિક બેરિયર”

પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 ગુણ]

#

PN જંક્શન ડાયોડનું બાંધકામ, કાર્ય અને એપ્લિકેશન સમજાવો.

ઉત્તર:

PN જંક્શન ડાયોડનું બાંધકામ:

• P-Type રીજન: ટ્રાઇવેલેન્ટ અશુદ્ધિઓ (બોરોન, એલ્યુમિનિયમ) સાથે ડોપ કરેલ સિલિકોન/જર્મેનિયમ
• N-Type રીજન: પેન્ટાવેલેન્ટ અશુદ્ધિઓ (ફોસ્ફરસ, આર્સેનિક) સાથે ડોપ કરેલ સિલિકોન/જર્મેનિયમ
• જંક્શન: ડિપ્લીશન લેયર સાથે p અને n રીજન વચ્ચેનું ઇન્ટરફેસ
• ટર્મિનલ્સ: એનોડ (p-સાઇડ) અને કેથોડ (n-સાઇડ)

કાર્યપદ્ધતિ:

ઉપયોગો:

• પાવર સપ્લાયમાં રેક્ટિફિકેશન
• રેડિયોમાં સિગ્નલ ડિમોડ્યુલેશન
• વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન (ઝેનર)
• સિગ્નલ ક્લિપિંગ અને ક્લેમ્પિંગ
• લોજિક ગેટ્સ અને સ્વિચિંગ
• લાઇટ એમિશન અને ડિટેક્શન

મનેમોનિક: “ફોરવર્ડ ફ્લો, રિવર્સ રિસ્ટ્રિક્ટ, કન્વર્ટ AC ટુ DC”

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

વ્યાખ્યા આપો: (1) રીપલ આવૃત્તિ (2) રીપલ ફેક્ટર (3) ડાયોડ નો PIV.

ઉત્તર:

મનેમોનિક: “રિપલ્સ પર સેકન્ડ, રિપલ પ્રોપોર્શન, રિવર્સ પીક વોલ્ટેજ”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

બે ડાયોડ ફુલ વેવ રેક્ટિફાયર અને બ્રિજ રેક્ટિફાયર નો તફાવત આપો.

ઉત્તર:

આકૃતિ:

graph TD
    subgraph "સેન્ટર-ટેપ્ડ"
    A[સેન્ટર-ટેપ સાથે ટ્રાન્સફોર્મર] --> B[2 ડાયોડ]
    end
    
    subgraph "બ્રિજ"
    C[ટ્રાન્સફોર્મર] --> D[બ્રિજમાં 4 ડાયોડ]
    end

મનેમોનિક: “બ્રિજ બીટ્સ ટેપ વિથ લોઅર PIV બટ નીડ્સ મોર ડાયોડ્સ”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

ઝેનર ડાયોડને વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર તરીકે સમજાવો.

ઉત્તર:

ઝેનર ડાયોડ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર:

કાર્યપદ્ધતિ:

• રિવર્સ બાયસ્ડ: ઝેનર બ્રેકડાઉન રીજનમાં કાર્ય કરે છે
• કોન્સ્ટન્ટ વોલ્ટેજ: તેના ટર્મિનલ્સ પર ફિક્સ્ડ વોલ્ટેજ (Vz) જાળવે છે
• કરંટ રેગ્યુલેશન: સીરીઝ રેઝિસ્ટર (Rs) કરંટને મર્યાદિત કરે છે
• લોડ ચેન્જિસ: જ્યારે લોડ કરંટ બદલાય છે, ત્યારે ઝેનર કરંટ કોન્સ્ટન્ટ આઉટપુટ વોલ્ટેજ જાળવવા બદલાય છે

ડિઝાઇન ઇક્વેશન્સ:

• Rs = (Vin - Vz) / (IL + Iz)
• ઝેનરની પાવર રેટિંગ: Pz = Vz × Iz(max)

ફાયદાઓ:

• સિમ્પલ સર્કિટ
• ઓછી કિંમત
• નાના લોડ માટે સારું રેગ્યુલેશન
• લોડ ચેન્જિસ માટે ઝડપી રિસ્પોન્સ

મર્યાદાઓ:

• Rs અને ઝેનરમાં પાવર વેસ્ટેજ
• મર્યાદિત આઉટપુટ કરંટ ક્ષમતા
• Vz ની તાપમાન પર નિર્ભરતા

મનેમોનિક: “ઝેનર સ્ટેઝ એટ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ડેસ્પાઇટ કરંટ ચેન્જિસ”

પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 ગુણ]

#

રેક્ટિફાયર શું છે? ફુલ વેવ રેક્ટિફાયરને વેવફોર્મ્સ સાથે સમજાવો.

ઉત્તર:

રેક્ટિફાયર: એક સર્કિટ જે AC વોલ્ટેજને પલ્સેટિંગ DC વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરે છે, માત્ર એક દિશામાં કરંટ પ્રવાહની મંજૂરી આપીને.

ફુલ વેવ રેક્ટિફાયર:

વેવફોર્મ્સ:

• ઓપરેશન: AC ઇનપુટની બંને હાફ સાયકલ્સ સમાન પોલારિટીમાં રૂપાંતરિત થાય છે
• આવૃત્તિ: આઉટપુટ રિપલ આવૃત્તિ ઇનપુટ આવૃત્તિથી બમણી હોય છે
• વોલ્ટેજ: Vdc = 0.637Vm (જ્યાં Vm પીક ઇનપુટ વોલ્ટેજ છે)

મનેમોનિક: “ફુલ વેવ ફોર્મ્સ ફુલ આઉટપુટ”

પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 ગુણ]

#

રેક્ટિફાયરમાં ફિલ્ટર શા માટે જરૂરી છે? ફિલ્ટરના વિવિધ પ્રકારો જણાવો અને કોઈપણ એક પ્રકારનું ફિલ્ટર સમજાવો.

ઉત્તર:

ફિલ્ટરની જરૂરિયાત: રેક્ટિફાયર મોટા રિપલ્સ સાથે પલ્સેટિંગ DC ઉત્પન્ન કરે છે; ફિલ્ટર આ આઉટપુટને સ્મૂધ કરીને સ્થિર DC વોલ્ટેજ પ્રદાન કરે છે.

ફિલ્ટરના પ્રકારો:

• કેપેસિટર (C) ફિલ્ટર
• ઇન્ડક્ટર (L) ફિલ્ટર
• LC ફિલ્ટર
• π (પાઈ) ફિલ્ટર
• RC ફિલ્ટર

કેપેસિટર ફિલ્ટર:

કાર્યપદ્ધતિ:

• કેપેસિટર વોલ્ટેજ વૃદ્ધિ દરમિયાન ચાર્જ થાય છે
• વોલ્ટેજ ઘટાડા દરમિયાન લોડ દ્વારા ધીમે ધીમે ડિસ્ચાર્જ થાય છે
• અસ્થાયી સ્ટોરેજ એલિમેન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે
• ટાઇમ કોન્સ્ટન્ટ RC ડિસ્ચાર્જ દર નક્કી કરે છે
• ડિસ્ચાર્જ પાથ પ્રદાન કરીને રિપલને ઘટાડે છે

ફાયદાઓ:

• સરળ અને આર્થિક
• હળવા લોડ માટે સારું સ્મૂધિંગ
• DC આઉટપુટ વોલ્ટેજ વધારે છે

મનેમોનિક: “કેપેસિટર કેચિઝ ચાર્જ એન્ડ રિલીઝિઝ સ્લોલી”

પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 ગુણ]

#

રેક્ટિફાયરની જરૂરિયાત લખો. સર્કિટ ડાયાગ્રામ વડે બ્રિજ રેક્ટિફાયર સમજાવો અને તેના ઇનપુટ અને આઉટપુટ વેવફોર્મ્સ દોરો.

ઉત્તર:

રેક્ટિફાયરની જરૂરિયાત:

• ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે AC ને DC માં રૂપાંતરિત કરવા
• DC-ઓપરેટેડ ઉપકરણો માટે પાવર સપ્લાય
• બેટરી ચાર્જિંગ સર્કિટ્સ
• ઔદ્યોગિક ડ્રાઇવ્સ માટે DC પાવર
• કમ્યુનિકેશનમાં સિગ્નલ ડિમોડ્યુલેશન

બ્રિજ રેક્ટિફાયર સર્કિટ:

કાર્યપદ્ધતિ:

• પોઝિટિવ હાફ સાયકલ: D1 અને D4 કન્ડક્ટ કરે છે, D2 અને D3 બ્લોક કરે છે
• નેગેટિવ હાફ સાયકલ: D2 અને D3 કન્ડક્ટ કરે છે, D1 અને D4 બ્લોક કરે છે
• બંને હાફ સાયકલ્સ: કરંટ લોડ દ્વારા એક જ દિશામાં વહે છે

ઇનપુટ-આઉટપુટ વેવફોર્મ્સ:

લાક્ષણિકતાઓ:

• Vdc = 0.637Vm (Vm: પીક ઇનપુટ વોલ્ટેજ)
• દરેક ડાયોડનો PIV = Vm
• રીપલ ફેક્ટર = 0.48
• કાર્યક્ષમતા = 81.2%
• TUF = 0.693

મનેમોનિક: “બ્રિજ બ્રિંગ્સ બોથ હાલ્વ્સ ટુ ડાયરેક્ટ કરંટ”

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

ઇલેક્ટ્રોનિક કચરાના કારણો સમજાવો.

ઉત્તર:

ઇલેક્ટ્રોનિક કચરાના કારણો:

મનેમોનિક: “અપગ્રેડ, યુઝ, થ્રો, રિપીટ”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

PNP અને NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટરની સરખામણી કરો.

ઉત્તર:

    E
    |
    |\
    |  \
    |    >C
    |  /
    |/
    B

    C
    |
    |/
    |  /
    |    >E
    |  \
    |\
    B

મનેમોનિક: “PNP: પોઝિટિવ ટુ નેગેટિવ ટુ પોઝિટિવ; NPN: નેગેટિવ ટુ પોઝિટિવ ટુ નેગેટિવ”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

પ્રતીક દોરો, MOSFET નું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો.

ઉત્તર:

MOSFET સિમ્બોલ (N-ચેનલ એન્હાન્સમેન્ટ):

બાંધકામ:

graph TD
    A[સોર્સ - n+] --- B[ચેનલ રીજન - p]
    B --- C[ડ્રેન - n+]
    D[ગેટ] --- E[સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ ઇન્સ્યુલેટર]
    E --- B

ઘટકો:

• સબસ્ટ્રેટ: P-ટાઇપ અર્ધવાહક બોડી
• સોર્સ/ડ્રેન: હેવિલી ડોપ્ડ n+ રીજન્સ
• ગેટ: ઇન્સ્યુલેટર (SiO2) દ્વારા અલગ કરાયેલ મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ
• ચેનલ: બાયસ કરવામાં આવે ત્યારે સોર્સ અને ડ્રેન વચ્ચે બને છે

કાર્યપદ્ધતિ:

• એન્હાન્સમેન્ટ મોડ: શરૂઆતમાં કોઈ ચેનલ અસ્તિત્વમાં નથી; ગેટ વોલ્ટેજ ચેનલ બનાવે છે
• થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ (VT): ચેનલ બનાવવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ ગેટ વોલ્ટેજ
• કન્ડક્ટિંગ સ્ટેટ: જ્યારે VGS > VT, ઇલેક્ટ્રોન્સ ચેનલ બનાવે છે, કરંટ પ્રવાહની મંજૂરી આપે છે
• સેચ્યુરેશન રીજન: VDS માં વધારો છતાં કરંટ સ્થિર રહે છે
• લિનિયર રીજન: ઓછા ડ્રેન વોલ્ટેજ પર કરંટ VDS ના સમપ્રમાણમાં

ઉપયોગો:

• ડિજિટલ સર્કિટ્સ (લોજિક ગેટ્સ)
• પાવર એમ્પ્લિફાયર
• સ્વિચિંગ એપ્લિકેશન્સ
• મેમરી ડિવાઇસીસ

મનેમોનિક: “ગેટ વોલ્ટેજ કંટ્રોલ્સ ઇલેક્ટ્રોન ચેનલ”

પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 ગુણ]

#

ઈલેક્ટ્રોનિક કચરાને હેન્ડલ કરવાની પદ્ધતિઓ સમજાવો.

ઉત્તર:

ઇલેક્ટ્રોનિક કચરા હેન્ડલિંગની પદ્ધતિઓ:

આકૃતિ:

graph LR
    A[ઇ-વેસ્ટ] --> B[કલેક્શન]
    B --> C[સોર્ટિંગ]
    C --> D[ડિસમેન્ટલિંગ]
    D --> E[મટિરિયલ રિકવરી]
    E --> F[રિમેન્યુફેક્ચરિંગ]

મનેમોનિક: “રિડ્યુસ, રિયુઝ, રિસાયકલ, રિકવર રિસોર્સીસ”

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 ગુણ]

#

αdc અને βdc વચ્ચેનો સંબંધ મેળવો.

ઉત્તર:

α અને β વચ્ચેનો સંબંધ:

આપેલ:

• αdc = IC/IE (કોમન બેઝ કરંટ ગેઇન)
• βdc = IC/IB (કોમન એમિટર કરંટ ગેઇન)

ગણતરી: કીરચોફના કરંટ લોને અનુસાર: IE = IC + IB

બંને બાજુને IC વડે ભાગીએ: IE/IC = 1 + IB/IC

αdc = IC/IE છે તેથી: 1/αdc = 1 + IB/IC

βdc = IC/IB છે તેથી: 1/αdc = 1 + 1/βdc

અંતિમ સંબંધ:

• αdc = βdc/(1 + βdc)
• βdc = αdc/(1 - αdc)

ટેબલ:

મનેમોનિક: “આલ્ફા એપ્રોચિઝ વન એઝ બીટા એપ્રોચિઝ ઇન્ફિનિટી”

પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 ગુણ]

#

તેના ઇનપુટ અને આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓ સાથે CC ની રચના સમજાવો.

ઉત્તર:

કોમન કલેક્ટર (એમિટર ફોલોઅર) કોન્ફિગરેશન:

ઇનપુટ લાક્ષણિકતાઓ:

આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓ:

મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ:

• વોલ્ટેજ ગેઇન (Av): લગભગ 1 (યુનિટી)
• કરંટ ગેઇન (Ai): ઉચ્ચ (β + 1)
• ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ: ઉચ્ચ (β × RE)
• આઉટપુટ ઇમ્પીડન્સ: નીચી (1/gm) જ્યાં gm ટ્રાન્સકન્ડક્ટન્સ છે
• ફેઝ સંબંધ: ઇનપુટ અને આઉટપુટ વચ્ચે કોઈ ફેઝ ઇન્વર્ઝન નથી
• એપ્લિકેશન્સ: ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ, બફર્સ, વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર્સ

લાક્ષણિકતાઓ:

• ઇનપુટ રેઝિસ્ટન્સ: Ri = β × (re + RL)
• આઉટપુટ રેઝિસ્ટન્સ: Ro = (rs + re)/(β + 1)
• વોલ્ટેજ ગેઇન: Av = RL/(RL + re) ≈ 1
• કરંટ ગેઇન: Ai = (β + 1)

ફાયદાઓ:

• ખૂબ ઊંચી ઇનપુટ ઇમ્પીડન્સ
• નીચી આઉટપુટ ઇમ્પીડન્સ
• સારા ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ ગુણધર્મો
• કોઈ ફેઝ ઇન્વર્ઝન નહીં

મર્યાદાઓ:

• કોઈ વોલ્ટેજ ગેઇન નહીં (1 કરતાં થોડો ઓછો)
• માત્ર ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ માટે વપરાય છે

મનેમોનિક: “કલેક્ટર કોમન, કરંટ એમ્પ્લિફાઇઝ, વોલ્ટેજ ફોલોઝ”

આમ, ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઇજનેરીના તત્વો (1313202) શિયાળો 2023 પરીક્ષાના સંપૂર્ણ ઉકેલો પૂર્ણ થાય છે.