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

પ્રશ્ન 1(અ) [3 માર્ક્સ]

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

જવાબ:

મેમરી ટ્રીક: "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:

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: "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:

આકૃતિ:

• 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

મેમરી ટ્રીક: "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:

આકૃતિ:

• 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

મેમરી ટ્રીક: "Same Current Series, Same Voltage Parallel"

પ્રશ્ન 2(અ) [3 માર્ક્સ]

Ohm's law ની મર્યાદાઓ જણાવો.

જવાબ:

મેમરી ટ્રીક: "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:

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

મેમરી ટ્રીક: "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:

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

મેમરી ટ્રીક: "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:

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

મેમરી ટ્રીક: "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:

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

• ફોરવર્ડ સમીકરણ: I = Is(e^(qV/nkT) - 1)
• ની વોલ્ટેજ: સિલિકોન માટે ~0.7V, જર્મેનિયમ માટે ~0.3V

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

Varactor ડાયોડની કાર્યપધ્ધતિ:

સર્કિટ સિમ્બોલ:

goat

Varactor ડાયોડની એપ્લીકેશન:

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

મેમરી ટ્રીક: "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:

મેમરી ટ્રીક: "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:

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

Photo ડાયોડની કાર્યપધ્ધિત:

સર્કિટ સિમ્બોલ:

goat

Photo ડાયોડની એપ્લીકેશન:

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

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

• આઉટપુટ ફ્રિક્વન્સી: ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સી જેટલી જ
• ફોર્મ ફેક્ટર: 1.57
• રિપલ ફેક્ટર: 1.21
• એફિશિયન્સી: 40.6%
• ડાયોડનો PIV: Vmax

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

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)

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

ઈનપુટ અને આઉટપુટ વેવફોર્મ:

goat

• આઉટપુટ ફ્રિક્વન્સી: ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સીથી બમણી
• ફોર્મ ફેક્ટર: 1.11
• રિપલ ફેક્ટર: 0.48
• એફિશિયન્સી: 81.2%
• ડાયોડનો PIV: Vmax

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

• રિપલ રિડક્શન: રિપલ વોલ્ટેજમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો
• ટાઇમ કોન્સ્ટન્ટ: RC ઇનપુટના સમયગાળા કરતાં ઘણું મોટું હોવું જોઈએ
• ડિસ્ચાર્જ સમીકરણ: V = V₀e^(-t/RC)

મેમરી ટ્રીક: "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:

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

ઈનપુટ અને આઉટપુટ વેવફોર્મ:

goat

• 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

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

• 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

મેમરી ટ્રીક: "Positive-Negative-Positive" - PNP સ્ટ્રક્ચર

પ્રશ્ન 5(બ) [4 માર્ક્સ]

N-channel JFET ની કાર્યપધ્ધતિ આકૃતિ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

N-channel JFET કાર્યપધ્ધતિ:

આકૃતિ:

goat

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

મેમરી ટ્રીક: "Negative Channel Junction Effect" - N-channel JFET

પ્રશ્ન 5(ક) [7 માર્ક્સ]

BJT અને JFET ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: "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:

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.

મેમરી ટ્રીક: "RRIL-T" - રિસાયકલિંગ, રીયુઝ, ઇન્સિનરેશન, લેન્ડફિલ, ટેક-બેક

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 માર્ક્સ]

PNP અને NPN Transistor ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

આકૃતિ:

મેમરી ટ્રીક: "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:

goat

CE કોંફીગરેશનની આઉટપુટ લાક્ષણિકતા:

આકૃતિ:

goat

આઉટપુટ લાક્ષણિકતામાં ક્ષેત્રો:

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

મેમરી ટ્રીક: "Input Shows Voltage Effects, Output Shows Current Control"