ફંડામેન્ટલ્સ ઓફ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (4311102) - સમર 2023 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(a) [3 ગુણ]

સક્રિય અને નિષ્ક્રિય ઘટકોને વ્યાખ્યાયિત કરો.

જવાબ:

મેમરી ટ્રીક: "APE" - Active needs Power to Enhance signals

પ્રશ્ન 1(b) [4 ગુણ]

વપરાયેલ સામગ્રી પર આધારિત કેપેસિટરના પ્રકારો વર્ણવો.

જવાબ:

ટેબલ: સામગ્રી આધારિત કેપેસિટરના પ્રકારો

મેમરી ટ્રીક: "CEPPMG" - Ceramic Electrolytic Paper Plastic Mica Glass

પ્રશ્ન 1(c) [7 ગુણ]

રેસિસ્ટર કલર કોડિંગ ટેકનિક ઉદાહરણ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

રેસિસ્ટર કલર કોડ રેસિસ્ટન્સ મૂલ્ય, ટોલરન્સ અને વિશ્વસનીયતા દર્શાવવા માટે રંગીન બેન્ડનો ઉપયોગ કરે છે.

ટેબલ: સ્ટાન્ડર્ડ રેસિસ્ટર કલર કોડ

ઉદાહરણ 1: લાલ-વાયોલેટ-નારંગી-સોનેરી

• 1લી બેન્ડ (લાલ) = 2
• 2જી બેન્ડ (વાયોલેટ) = 7
• 3જી બેન્ડ (નારંગી) = ×1,000
• 4થી બેન્ડ (સોનેરી) = ±5% ટોલરન્સ
• મૂલ્ય: 27 × 1,000 = 27,000Ω = 27kΩ ±5%

ઉદાહરણ 2: બ્રાઉન-બ્લેક-યલો-સિલ્વર

• 1લી બેન્ડ (બ્રાઉન) = 1
• 2જી બેન્ડ (બ્લેક) = 0
• 3જી બેન્ડ (યલો) = ×10,000
• 4થી બેન્ડ (સિલ્વર) = ±10% ટોલરન્સ
• મૂલ્ય: 10 × 10,000 = 100,000Ω = 100kΩ ±10%

મેમરી ટ્રીક: "BBROY Great Britain Very Good Wife" - કલર 0-9 માટે (Black Brown Red Orange Yellow Green Blue Violet Gray White)

પ્રશ્ન 1(c) OR [7 ગુણ]

LDR નું બાંધકામ, કાર્યકારી લાક્ષણિકતાઓ અને એપ્લિકેશન સમજાવો.

જવાબ:

લાઈટ ડિપેન્ડન્ટ રેસિસ્ટર (LDR)

મેમરી ટ્રીક: "MOLD" - More light On, Less resistance Down

પ્રશ્ન 2(a) [3 ગુણ]

સામગ્રીના આધારે રેસિસ્ટરને વર્ગીકૃત કરો.

જવાબ:

ટેબલ: સામગ્રી આધારિત રેસિસ્ટર વર્ગીકરણ

મેમરી ટ્રીક: "CMMWTF" - Carbon Makes Much Wire To Form resistors

પ્રશ્ન 2(b) [4 ગુણ]

આપેલ રંગ કોડ માટે રેસિસ્ટરની કિંમતની ગણતરી કરો. - (i) બ્રાઉન, બ્લેક, યલો, ગોલ્ડન (ii) યલો, વાયોલેટ, રેડ, સિલ્વર

જવાબ:

ભાગ (i): બ્રાઉન, બ્લેક, યલો, ગોલ્ડન

• 1લી બેન્ડ (બ્રાઉન) = 1
• 2જી બેન્ડ (બ્લેક) = 0
• 3જી બેન્ડ (યલો) = ×10,000
• 4થી બેન્ડ (ગોલ્ડન) = ±5% ટોલરન્સ

ગણતરી: મૂલ્ય = 10 × 10,000 = 100,000Ω = 100kΩ ±5%

ભાગ (ii): યલો, વાયોલેટ, રેડ, સિલ્વર

• 1લી બેન્ડ (યલો) = 4
• 2જી બેન્ડ (વાયોલેટ) = 7
• 3જી બેન્ડ (રેડ) = ×100
• 4થી બેન્ડ (સિલ્વર) = ±10% ટોલરન્સ

ગણતરી: મૂલ્ય = 47 × 100 = 4,700Ω = 4.7kΩ ±10%

મેમરી ટ્રીક: "BBROY Great Britain Very Good Wife" રંગ અનુક્રમ 0-9 માટે

પ્રશ્ન 2(c) [7 ગુણ]

ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સનું બાંધકામ અને સંચાલન સમજાવો.

જવાબ:

ઇલેક્ટ્રોલિટિક કેપેસિટર બાંધકામ અને કાર્યપ્રણાલી

કાર્યપ્રણાલી:

1. એનોડ પર ઓક્સાઇડ લેયર અત્યંત પાતળા ડાયલેક્ટ્રિક તરીકે કાર્ય કરે છે
2. મોટા સરફેસ એરિયા અને પાતળા ડાયલેક્ટ્રિકથી ઉચ્ચ કેપેસિટન્સ બને છે
3. જ્યારે DC વોલ્ટેજ (યોગ્ય પોલારિટી સાથે) સાથે જોડાય છે, ત્યારે ચાર્જ એકત્રિત થાય છે
4. પોઝિટિવ પ્લેટ (+) નેગેટિવ ચાર્જને આકર્ષે છે; નેગેટિવ પ્લેટ (-) પોઝિટિવ ચાર્જને આકર્ષે છે

મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ:

• પોલારિટી: યોગ્ય રીતે જોડાવું જરૂરી (+/-)
• ઉચ્ચ કેપેસિટન્સ: 1μF થી હજારો μF
• વોલ્ટેજ મર્યાદાઓ: વધારે થવાથી બ્રેકડાઉન
• લીકેજ કરંટ: અન્ય કેપેસિટર પ્રકારો કરતાં વધારે

મેમરી ટ્રીક: "PAVE" - Polarized Aluminum with Very high capacitance and Electrolyte

પ્રશ્ન 2(a) OR [3 ગુણ]

રેક્ટિફાયરમાં ફિલ્ટર સર્કિટનું મહત્વ જણાવો.

જવાબ:

રેક્ટિફાયરમાં ફિલ્ટર સર્કિટનું મહત્વ

મેમરી ટ્રીક: "SVRL" - Smoothens Voltage by Reducing ripples for Load

પ્રશ્ન 2(b) OR [4 ગુણ]

P પ્રકાર સેમિકન્ડક્ટર અને N પ્રકાર સેમિકન્ડક્ટર વચ્ચે તફાવત કરો.

જવાબ:

ટેબલ: P-type vs N-type સેમિકન્ડક્ટર

મેમરી ટ્રીક: "HELP-NED" - Holes Exist in Large quantities in P-type, Negative Electrons Dominate N-type

પ્રશ્ન 2(c) OR [7 ગુણ]

વેવફોર્મ્સ સાથે બ્રિજ રેક્ટિફાયરનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

બ્રિજ રેક્ટિફાયર કાર્ય સિદ્ધાંત

પોઝિટિવ હાફ સાયકલમાં કાર્ય:

• ડાયોડ D1 અને D3 કન્ડક્ટ કરે છે
• ડાયોડ D2 અને D4 રિવર્સ બાયસ્ડ (ઓફ) હોય છે
• કરંટ ફ્લો: AC+ → D1 → લોડ → D3 → AC-

નેગેટિવ હાફ સાયકલમાં કાર્ય:

• ડાયોડ D2 અને D4 કન્ડક્ટ કરે છે
• ડાયોડ D1 અને D3 રિવર્સ બાયસ્ડ (ઓફ) હોય છે
• કરંટ ફ્લો: AC- → D2 → લોડ → D4 → AC+

વેવફોર્મ્સ:

goat

ફાયદાઓ:

• AC ઇનપુટના બંને અર્ધ સાયકલનો ઉપયોગ કરે છે
• હાફ-વેવની તુલનામાં ઉચ્ચ આઉટપુટ વોલ્ટેજ અને કાર્યક્ષમતા
• સેન્ટર-ટેપ્ડ ટ્રાન્સફોર્મરની જરૂર નથી

મેમરી ટ્રીક: "FBRO" - Four diodes, Both cycles, Rectified Output

પ્રશ્ન 3(a) [3 ગુણ]

વ્યાખ્યાયિત કરો (1) PIV (2) રિપલ ફેક્ટર.

જવાબ:

ફોર્મ્યુલા: રિપલ ફેક્ટર (r) = V₍ᵣₘₛ₎ₐ.ₖ / V₍ᵈᶜ₎

મેમરી ટ્રીક: "PIR" - Peak Inverse voltage Restricts, Ripple indicates Rectification quality

પ્રશ્ન 3(b) [4 ગુણ]

PN જંક્શન ડાયોડની VI લાક્ષણિકતાઓ સમજાવો.

જવાબ:

PN જંક્શન ડાયોડની V-I લાક્ષણિકતાઓ

goat

મુખ્ય પોઇન્ટ્સ:

• ફોરવર્ડ થ્રેશોલ્ડ: Si માટે ~0.7V, Ge માટે ~0.3V
• ફોરવર્ડ રિજન: ઉચ્ચ કન્ડક્ટિવિટી
• રિવર્સ રિજન: ખૂબ ઉચ્ચ પ્રતિરોધ
• બ્રેકડાઉન રિજન: રિવર્સ કરંટમાં અચાનક વધારો

મેમરી ટ્રીક: "FBRL" - Forward Bias Resists Little, reverse blocks lots

પ્રશ્ન 3(c) [7 ગુણ]

તરંગ સ્વરૂપો સાથે કેપેસિટર ઇનપુટ અને ચોક ઇનપુટ ફિલ્ટરની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

1. કેપેસિટર ઇનપુટ ફિલ્ટર

ફાયદાઓ:

• ઉચ્ચ DC આઉટપુટ વોલ્ટેજ
• સરળ અને આર્થિક
• સારું રિપલ રિડક્શન

મર્યાદાઓ:

• નબળું વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન
• ઉચ્ચ પીક ડાયોડ કરંટ
• ઓછા કરંટ એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય

2. ચોક ઇનપુટ ફિલ્ટર

ફાયદાઓ:

• વધુ સારું વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન
• ઓછા પીક ડાયોડ કરંટ
• ઉચ્ચ કરંટ એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય

મર્યાદાઓ:

• ઓછું DC આઉટપુટ વોલ્ટેજ
• વધુ ખર્ચાળ
• કેપેસિટર ફિલ્ટર કરતાં વધુ મોટું

વેવફોર્મ તુલના:

goat

મેમરી ટ્રીક: "VOICE" - Voltage Output Is Constant with Either filter, but choke gives better regulation

પ્રશ્ન 3(a) OR [3 ગુણ]

ઝેનર ડાયોડનું કાર્ય અને મહત્વ જણાવો.

જવાબ:

ઝેનર ડાયોડનું કાર્ય અને મહત્વ

મેમરી ટ્રીક: "VPRVW" - Voltage Protection, Regulation, and Voltage Waveform control

પ્રશ્ન 3(b) OR [4 ગુણ]

પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ (LED) ને તેની લાક્ષણિકતા સાથે વર્ણવો.

જવાબ:

લાઈટ એમિટિંગ ડાયોડ (LED) લાક્ષણિકતાઓ

મેમરી ટ્રીક: "CRAVE" - Current Regulated And Voltage Emits light

પ્રશ્ન 3(c) OR [7 ગુણ]

કેપેસિટર ઇનપુટ અને ચોક ઇનપુટ ફિલ્ટરનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

કેપેસિટર ઇનપુટ ફિલ્ટર:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

goat

ચોક ઇનપુટ ફિલ્ટર:

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

goat

તુલના:

મેમરી ટ્રીક: "CHEER" - Capacitor Holds Energy, inductor Ensures Regulated current

પ્રશ્ન 4(a) [3 ગુણ]

PN જંક્શન ડાયોડની લાક્ષણિકતાઓની ચર્ચા કરો.

જવાબ:

PN જંક્શન ડાયોડની લાક્ષણિકતાઓ

મેમરી ટ્રીક: "FRBCT" - Forward conducts, Reverse blocks, Breakdown destroys, Capacitance changes, Temperature affects

પ્રશ્ન 4(b) [4 ગુણ]

પી-એન જંક્શન ડાયોડ અને ઝેનર ડાયોડ વચ્ચે સરખામણી કરો.

જવાબ:

ટેબલ: P-N જંક્શન ડાયોડ vs. ઝેનર ડાયોડ

મેમરી ટ્રીક: "FORBAR" - Forward Operation is Regular, Breakdown Application is the Real difference

પ્રશ્ન 4(c) [7 ગુણ]

વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર તરીકે ઝેનર ડાયોડનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

ઝેનર ડાયોડ અઝ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર

કાર્ય સિદ્ધાંત:

1. ઝેનર ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં જોડાયેલ છે
2. જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ ઝેનર વોલ્ટેજથી વધે છે, ત્યારે ડાયોડ કન્ડક્ટ કરે છે
3. વધારાનું વોલ્ટેજ સીરીઝ રેસિસ્ટર પર ડ્રોપ થાય છે
4. આઉટપુટ વોલ્ટેજ ઝેનર વોલ્ટેજ પર સ્થિર રહે છે

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

goat

રેગ્યુલેશન કેસિસ:

મર્યાદાઓ:

• ઝેનર અને Rs માં પાવર ડિસિપેશન
• લઘુત્તમ ઇનપુટ વોલ્ટેજની આવશ્યકતા (Vin > Vz + Rs પર વોલ્ટેજ ડ્રોપ)
• મર્યાદિત કરંટ ક્ષમતા

મેમરી ટ્રીક: "VISOR" - Voltage In Stays Out Regulated

પ્રશ્ન 4(a) OR [3 ગુણ]

ટ્રાન્ઝિસ્ટરની ટૂંકમાં ચર્ચા કરો.

જવાબ:

ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઓવરવ્યુ

મેમરી ટ્રીક: "TAWAI" - Transistors Amplify, Work As switches, and are Integral to electronics

પ્રશ્ન 4(b) OR [4 ગુણ]

ટ્રાન્ઝિસ્ટર એમ્પલીફાયર માટે α અને β વચ્ચેનો સંબંધ મેળવો.

જવાબ:

α અને β વચ્ચેનો સંબંધ

ડેરિવેશન સ્ટેપ્સ:

1. આપણે જાણીએ છીએ કે એમિટર કરંટ બેઝ અને કલેક્ટર કરંટનો સરવાળો છે: I_E = I_B + I_C

2. આલ્ફા વ્યાખ્યા: α = I_C/I_E

3. બીટા વ્યાખ્યા: β = I_C/I_B

4. સ્ટેપ 1થી, આપણે લખી શકીએ: I_B = I_E - I_C

5. બીટા વ્યાખ્યામાં સબ્સ્ટિટ્યુશન: β = I_C/(I_E - I_C)

6. આલ્ફા વ્યાખ્યાનો ઉપયોગ કરીને, I_C = α × I_E: β = (α × I_E)/(I_E - α × I_E)

7. સરળીકરણ: β = α/(1 - α)

8. તેનાથી વિપરીત, આપણે α ને β ના સંદર્ભમાં પણ વ્યક્ત કરી શકીએ: α = β/(β + 1)

સંબંધ ટેબલ:

મેમરી ટ્રીક: "ABR" - Alpha and Beta are Related by α = β/(β+1) or β = α/(1-α)

પ્રશ્ન 4(c) OR [7 ગુણ]

NPN અને PNP ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું બાંધકામ વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

NPN અને PNP ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું બાંધકામ

NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટર બાંધકામ:

goat

PNP ટ્રાન્ઝિસ્ટર બાંધકામ:

goat

મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રોસેસ:

1. સેમિકન્ડક્ટર સબસ્ટ્રેટ (N અથવા P પ્રકાર) થી શરૂ કરો
2. એપિટેક્ષિયલ ગ્રોથ દ્વારા લેયર્સ બનાવો
3. ડિફ્યુઝન અથવા આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન દ્વારા જંક્શન બનાવો
4. ટર્મિનલ્સ માટે મેટલ કોન્ટેક્ટ્સ ઉમેરો
5. પ્રોટેક્ટિવ કેસમાં પેકેજિંગ કરો

મેમરી ટ્રીક: "ENB-CPM" - Emitter has N in NPN, Collector is Proportionally Medium-doped

પ્રશ્ન 5(a) [3 ગુણ]

ટૂંકમાં ઈ-વેસ્ટ સમજાવો.

જવાબ:

ઇલેક્ટ્રોનિક વેસ્ટ (ઈ-વેસ્ટ)

મેમરી ટ્રીક: "TECH" - Toxic Electronics Create Hazards when improperly disposed

પ્રશ્ન 5(b) [4 ગુણ]

આકૃતિ સાથે NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટરની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઓપરેશન

સિમ્બોલ અને બેસિક ઓપરેશન:

goat

બેસિક ઓપરેટિંગ પ્રિન્સિપલ:

• બેઝ-એમિટર જંક્શન ફોરવર્ડ બાયસ્ડ છે
• બેઝ-કલેક્ટર જંક્શન રિવર્સ બાયસ્ડ છે
• નાનો બેઝ કરંટ મોટા કલેક્ટર કરંટને નિયંત્રિત કરે છે

NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં કરંટ ફ્લો:

• ઇલેક્ટ્રોન્સ એમિટરથી કલેક્ટર તરફ વહે છે
• નાનો બેઝ કરંટ મોટા કલેક્ટર કરંટને નિયંત્રિત કરે છે
• એમ્પ્લિફિકેશન ફેક્ટર (β) = I_C/I_B

મેમરી ટ્રીક: "BECAN" - Base current Enables Collector-to-emitter current Amplification in NPN

પ્રશ્ન 5(c) [7 ગુણ]

ઇનપુટ અને આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓ સાથે ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું કોમન એમિટર (CE) રૂપરેખાંકન સમજાવો.

જવાબ:

કોમન એમિટર (CE) કોન્ફિગરેશન

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

goat

ઇનપુટ લાક્ષણિકતાઓ:

• વિવિધ V_CE મૂલ્યો માટે I_B vs V_BE પ્લોટ કરે છે
• ફોરવર્ડ-બાયસ્ડ ડાયોડ લાક્ષણિકતા જેવું દેખાય છે
• સિલિકોન ટ્રાન્ઝિસ્ટર માટે થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ ~0.7V

goat

આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓ:

• વિવિધ I_B મૂલ્યો માટે I_C vs V_CE પ્લોટ કરે છે
• ત્રણ ક્ષેત્રો બતાવે છે: એક્ટિવ, સેચુરેશન, કટઓફ

goat

લાક્ષણિકતાઓ:

• કરંટ ગેઇન (β) = I_C/I_B (સામાન્ય રીતે 50-200)
• ઇનપુટ રેઝિસ્ટન્સ: 1-2 kΩ
• આઉટપુટ રેઝિસ્ટન્સ: 40-50 kΩ
• ફેઝ શિફ્ટ: ઇનપુટ અને આઉટપુટ વચ્ચે 180°

મેમરી ટ્રીક: "CASIO" - Common emitter Amplifies Signals with Inverted Output

પ્રશ્ન 5(a) OR [3 ગુણ]

ઈ-કચરાના પ્રકારો જણાવો.

જવાબ:

ઇલેક્ટ્રોનિક વેસ્ટ (ઈ-વેસ્ટ) ના પ્રકારો

મેમરી ટ્રીક: "CLIMATE" - Computing, Lighting, Industrial, Medical, Appliances, Telecommunications, Electronic components

પ્રશ્ન 5(b) OR [4 ગુણ]

ઇલેક્ટ્રોનિક્સ વેસ્ટની વિવિધ શ્રેણીઓનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

ઇલેક્ટ્રોનિક વેસ્ટની શ્રેણીઓ

મેમરી ટ્રીક: "LIMCEST" - Large appliances, IT equipment, Medical devices, Consumer electronics, Electronic tools, Small appliances, Telecom equipment

પ્રશ્ન 5(c) OR [7 ગુણ]

ટ્રાન્ઝિસ્ટરને કટઓફ અને સંતૃત્તિ પ્રદેશમાં સ્વિચ તરીકે સમજાવો.

જવાબ:

ટ્રાન્ઝિસ્ટર એઝ એ સ્વિચ

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

goat

કટઓફ ઓપરેશન (OFF સ્ટેટ):

• ઇનપુટ વોલ્ટેજ 0.7V કરતાં નીચે છે (સામાન્ય રીતે 0V)
• બેઝ-એમિટર જંક્શન ફોરવર્ડ બાયસ્ડ નથી
• કોઈ બેઝ કરંટ વહેતો નથી (I_B ≈ 0)
• કોઈ કલેક્ટર કરંટ વહેતો નથી (I_C ≈ 0)
• કલેક્ટર-એમિટર વોલ્ટેજ લગભગ V_CC છે
• ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઓપન સ્વિચ તરીકે કાર્ય કરે છે

સેચુરેશન ઓપરેશન (ON સ્ટેટ):

• ઇનપુટ વોલ્ટેજ 0.7V થી ઉપર છે
• બેઝ-એમિટર જંક્શન ફોરવર્ડ બાયસ્ડ છે
• પૂરતો બેઝ કરંટ વહે છે (I_B > I_C/β)
• કલેક્ટર કરંટ મહત્તમ સ્તરે પહોંચે છે (I_C(sat))
• કલેક્ટર-એમિટર વોલ્ટેજ લઘુત્તમ થઈ જાય છે (V_CE(sat) ≈ 0.2V)
• ટ્રાન્ઝિસ્ટર ક્લોઝ્ડ સ્વિચ તરીકે કાર્ય કરે છે

ઉપયોગો:

• ડિજિટલ લોજિક સર્કિટ
• રિલે અને મોટર ડ્રાઇવર
• LED અને લેમ્પ કંટ્રોલ
• પાવર કન્વર્ટર
• સિગ્નલ કન્ડિશનિંગ

મુખ્ય ડિઝાઇન વિચારણાઓ:

• બેઝ રેસિસ્ટર (R_B) બેઝ કરંટને મર્યાદિત કરે છે
• કલેક્ટર રેસિસ્ટર (R_C) કલેક્ટર કરંટને મર્યાદિત કરે છે
• વિશ્વસનીય સ્વિચિંગ માટે સેચુરેશનમાં I_B > I_C/β હોવું જરૂરી છે
• ઝડપી સ્વિચિંગ માટે ચાર્જ સ્ટોરેજ ઇફેક્ટ્સનું ધ્યાન રાખવું જરૂરી છે

મેમરી ટ્રીક: "COSVL" - Cutoff means Off State with Vce Large, saturation means low Vce