Mix Examples- Semiconductor Electronics Questions in Gujarati

(C) થર્મોઈલેક્ટ્રિક કુલર પેલ્ટીયર અસરના સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે.
આ અસર બે વિદ્યુત જંકશન વચ્ચે ઉષ્માનું સ્થાનાંતરણ કરીને તાપમાનનો તફાવત ઉત્પન્ન કરે છે.
જ્યારે જોડાયેલા વાહકો પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે,ત્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે,જેના કારણે એક જંકશન પર ઉષ્માનું શોષણ થાય છે અને બીજા જંકશન પર ઉષ્મા મુક્ત થાય છે.

(A) ઓસિલેટર એ એક ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ છે જે સામયિક,ઓસિલેટિંગ ઇલેક્ટ્રોનિક સિગ્નલ ઉત્પન્ન કરે છે,જે ઘણીવાર સાઇન વેવ અથવા સ્ક્વેર વેવ હોય છે.
તે ખાસ કરીને બાહ્ય ઇનપુટ સિગ્નલની જરૂરિયાત વિના અચળ કંપનવિસ્તાર અને આવર્તનના રેડિયો તરંગો ઉત્પન્ન કરવા માટે બનાવવામાં આવે છે.
તેથી,આ હેતુ માટે ઓસિલેટર એ સાચું સાધન છે.

(D) ડાયોડ એક દિશાકીય સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે પ્રવાહને એક દિશામાં વહેવા દે છે,જે તેને રેક્ટિફિકેશન માટે યોગ્ય બનાવે છે. તેથી,વિધાન $(A)$ સાચું છે.
ટ્રાયોડનો ઉપયોગ પણ રેક્ટિફાયર તરીકે થઈ શકે છે,તેના ગ્રીડને કેથોડ સાથે જોડીને,જે તેને ડાયોડની જેમ કાર્ય કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે. જોકે,પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ થિયરીમાં,ટ્રાયોડનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે એમ્પ્લીફિકેશન માટે થાય છે. વિધાન $(B)$ તકનીકી રીતે ખોટું છે કારણ કે ટ્રાયોડનો ઉપયોગ રેક્ટિફાયર તરીકે થઈ શકે છે.
ટ્રાયોડ દ્વારા સિગ્નલનું એમ્પ્લીફિકેશન તેના $I-V$ લાક્ષણિકતા વક્રના રેખીય પ્રદેશમાં કાર્ય કરીને પ્રાપ્ત થાય છે,જે સુનિશ્ચિત કરે છે કે આઉટપુટ સિગ્નલ એ ઇનપુટ સિગ્નલની વિકૃતિ વિનાની નકલ છે. તેથી,વિધાન $(C)$ સાચું છે.
આમ,$(A)$ અને $(C)$ બંને સાચા હોવાથી,સાચો વિકલ્પ $(D)$ છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે.
$1$. $0 \ K$ તાપમાને,અવાહકમાં કોઈ મુક્ત વિદ્યુતભાર વાહકો હોતા નથી,તેથી પ્રવાહ શૂન્ય હોય છે.
$2$. $0 \ K$ તાપમાને,અર્ધવાહક એક સંપૂર્ણ અવાહક તરીકે વર્તે છે કારણ કે તમામ વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન બંધાયેલા હોય છે,તેથી પ્રવાહ શૂન્ય હોય છે.
$3$. $300 \ K$ તાપમાને $P-N$ જંકશન ડાયોડમાં,જ્યારે રિવર્સ બાયસ આપવામાં આવે છે,ત્યારે માઇનોરિટી વિદ્યુતભાર વાહકોની હાજરીને કારણે નાનો મર્યાદિત પ્રવાહ (રિવર્સ સેચ્યુરેશન કરંટ) વહે છે.
આ તમામ વિધાનો સાચા હોવાથી,જવાબ $D$ છે.

(D) ઇનપુટ $V(t)$ ના ધન અર્ધ-ચક્રમાં, ડાયોડ $D_1$ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે અને $D_2$ રિવર્સ બાયસમાં છે। પ્રવાહ $R_1$ અને $R$ માંથી વહે છે। $R$ પરનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ વોલ્ટેજ ડિવાઇડર નિયમ દ્વારા નક્કી થાય છે: $V_{AB, pos} = V(t) \cdot \frac{R}{R + R_1}$.
ઇનપુટ $V(t)$ ના ઋણ અર્ધ-ચક્રમાં, ડાયોડ $D_2$ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે અને $D_1$ રિવર્સ બાયસમાં છે। પ્રવાહ $R_2$ અને $R$ માંથી વહે છે। $R$ પરનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ છે: $V_{AB, neg} = |V(t)| \cdot \frac{R}{R + R_2}$.
કારણ કે $R_1 = 100 \ \Omega$ અને $R_2 = 150 \ \Omega$ અલગ છે, તેથી ધન અને ઋણ અર્ધ-ચક્ર દરમિયાન $R$ પરના પીક વોલ્ટેજ મૂલ્યો અલગ હશે。
તેથી, આઉટપુટ રેક્ટિફાઇડ નથી અને તે ધન અને ઋણ અર્ધ-ચક્ર દરમિયાન અલગ-અલગ પીક મૂલ્યો ધરાવે છે।

(B) આપેલ સર્કિટમાં,ડાયોડ સમાંતર જોડાણમાં છે. જે ડાયોડનો થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ ઓછો હશે તે પહેલા વહન કરશે.
કિસ્સો $1$: શરૂઆતમાં,$Ge$ ડાયોડ (થ્રેશોલ્ડ $0.3 \, V$) વહન કરે છે.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ $V_{01} = 12 \, V - 0.3 \, V = 11.7 \, V$.
કિસ્સો $2$: જો $Ge$ ડાયોડનું જોડાણ ઉલટાવવામાં આવે,તો તે રિવર્સ બાયસ થશે અને વહન કરશે નહીં. હવે,$Si$ ડાયોડ (થ્રેશોલ્ડ $0.7 \, V$) વહન કરશે.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ $V_{02} = 12 \, V - 0.7 \, V = 11.3 \, V$.
$V_0$ ના મૂલ્યમાં થતો ફેરફાર $\Delta V_0 = |V_{01} - V_{02}| = |11.7 \, V - 11.3 \, V| = 0.4 \, V$ છે.

(B) આપેલ સર્કિટ ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર (op-amp) નો ઉપયોગ કરીને બનાવેલ ઇનવર્ટિંગ એમ્પ્લીફાયર છે.
ઇનવર્ટિંગ એમ્પ્લીફાયર માટે,વોલ્ટેજ ગેઇન $A_v$ નું સૂત્ર નીચે મુજબ છે:
$A_v = -\frac{R_f}{R_i}$
જ્યાં $R_f$ એ ફીડબેક અવરોધ છે અને $R_i$ એ ઇનપુટ અવરોધ છે.
સર્કિટ ડાયાગ્રામ પરથી,આપણી પાસે છે:
$R_f = 100 \, k\Omega$
$R_i = 1 \, k\Omega$
આ કિંમતોને સૂત્રમાં મૂકતા,આપણને મળે છે:
$A_v = -\frac{100 \, k\Omega}{1 \, k\Omega} = -100$
વોલ્ટેજ ગેઇનનું મૂલ્ય (magnitude) $|A_v| = 100$ છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $(b)$ છે.

(C) એમ્પ્લીફાયરનો વોલ્ટેજ ગેઇન $({A_v})$ નીચેના સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવે છે:
$|{A_v}| = \frac{\mu}{{1 + \frac{{{r_p}}}{{{R_L}}}}}$
જ્યાં $\mu$ એ એમ્પ્લીફિકેશન ફેક્ટર છે,${r_p}$ એ પ્લેટ અવરોધ છે,અને ${R_L}$ એ લોડ અવરોધ છે.
જેમ જેમ લોડ અવરોધ ${R_L}$ વધે છે,તેમ પદ $\frac{{{r_p}}}{{{R_L}}}$ ઘટે છે.
પરિણામે,છેદ $({1 + \frac{{{r_p}}}{{{R_L}}}})$ ઘટે છે,જેના કારણે વોલ્ટેજ ગેઇન $|{A_v}|$ વધે છે.
જેમ જેમ ${R_L}$ અનંત તરફ જાય છે,તેમ પદ $\frac{{{r_p}}}{{{R_L}}}$ શૂન્ય તરફ જાય છે,અને વોલ્ટેજ ગેઇન $|{A_v}|$ તેની મહત્તમ સૈદ્ધાંતિક કિંમત $\mu$ તરફ જાય છે.
આ વર્તણૂક એક એવા વક્રને અનુરૂપ છે જે શૂન્યથી શરૂ થાય છે અને જેમ ${R_L}$ વધે છે તેમ તે $\mu$ કિંમતની નજીક પહોંચે છે.
તેથી,સાચો વક્ર વિકલ્પ $(c)$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યો છે.

(B) બેન્ડવિડ્થ એટલે એવી ફ્રીક્વન્સી રેન્જ કે જેમાં એમ્પ્લીફાયરનો ગેઇન તેના મિડ-ફ્રીક્વન્સી ગેઇન $(A_{max})$ ના $\frac{1}{\sqrt{2}} \approx 0.707$ ગણાથી ઉપર રહે છે.
જે નીચી ફ્રીક્વન્સી $f_1$ પર ગેઇન ઘટીને તેના મિડ-ફ્રીક્વન્સી મૂલ્યના $0.707$ ગણો થાય છે,તેને લોઅર કટ-ઓફ ફ્રીક્વન્સી કહેવામાં આવે છે.
જે ઊંચી ફ્રીક્વન્સી $f_4$ પર ગેઇન ઘટીને તેના મિડ-ફ્રીક્વન્સી મૂલ્યના $0.707$ ગણો થાય છે,તેને હાયર કટ-ઓફ ફ્રીક્વન્સી કહેવામાં આવે છે.
તેથી,બેન્ડવિડ્થ એ હાયર કટ-ઓફ ફ્રીક્વન્સી અને લોઅર કટ-ઓફ ફ્રીક્વન્સી વચ્ચેનો તફાવત છે: $\text{Bandwidth} = f_4 - f_1$.

(B) કોમન-એમિટર ટ્રાન્ઝિસ્ટર એમ્પ્લીફાયરમાં, ઇનપુટ સિગ્નલ બેઝ-એમિટર જંકશન પર આપવામાં આવે છે અને આઉટપુટ કલેક્ટર-એમિટર જંકશન પરથી લેવામાં આવે છે।
કોમન-એમિટર કોન્ફિગરેશનમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટરની કાર્યપદ્ધતિને કારણે, આઉટપુટ સિગ્નલ ઇનપુટ સિગ્નલની સાપેક્ષમાં ઉલટાયેલું (inverted) હોય છે।
આનો અર્થ એ છે કે ઇનપુટ અને આઉટપુટ સિગ્નલ વચ્ચે $180^{\circ}$ નો ફેઝ તફાવત હોય છે।
જો ઇનપુટ સિગ્નલ ધન અર્ધ-ચક્ર સાથે શરૂ થાય, તો આઉટપુટ સિગ્નલ ઋણ અર્ધ-ચક્ર સાથે શરૂ થશે।
આકૃતિ $B$ આ $180^{\circ}$ ફેઝ શિફ્ટને યોગ્ય રીતે દર્શાવે છે, જ્યાં આઉટપુટ સિગ્નલ એ સમયની ધરી પર ઇનપુટ સિગ્નલની પ્રતિબિંબ આકૃતિ છે।

(B) જ્યારે $P$-ટર્મિનલનું પોટેન્શિયલ $(V_P)$ એ $N$-ટર્મિનલના પોટેન્શિયલ $(V_N)$ કરતા વધારે હોય,એટલે કે $V_P > V_N$ હોય,ત્યારે જંકશન ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં હોય છે. જ્યારે $V_P < V_N$ હોય ત્યારે તે રિવર્સ બાયસમાં હોય છે.
દરેક વિકલ્પનું વિશ્લેષણ કરીએ:
$A$: $V_P = +5 \text{ V}$,$V_N = +10 \text{ V}$. અહીં $V_P < V_N$ છે,તેથી તે રિવર્સ બાયસમાં છે.
$B$: $V_P = -10 \text{ V}$,$V_N = -15 \text{ V}$. અહીં $V_P > V_N$ છે (કારણ કે $-10 > -15$),તેથી તે ફોરવર્ડ બાયસમાં છે.
$C$: $V_P = 0 \text{ V}$,$V_N = +1 \text{ V}$. અહીં $V_P < V_N$ છે,તેથી તે રિવર્સ બાયસમાં છે.
$D$: $V_P = -2 \text{ V}$,$V_N = 0 \text{ V}$. અહીં $V_P < V_N$ છે,તેથી તે રિવર્સ બાયસમાં છે.
તેથી,વિકલ્પ $B$ માં ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં નથી.

(A) $p-n$ જંકશન ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં ત્યારે હોય છે જ્યારે $p$-બાજુ (એનોડ) નું પોટેન્શિયલ $n$-બાજુ (કેથોડ) ના પોટેન્શિયલ કરતા ઓછું હોય.
ધારો કે $V_A$ એ એનોડનું પોટેન્શિયલ છે અને $V_K$ એ કેથોડનું પોટેન્શિયલ છે.
રિવર્સ બાયસ માટે,$V_A < V_K$ હોવું જોઈએ.
વિકલ્પો તપાસતા:
$(A)$ $V_A = -12V$,$V_K = -5V$. $-12V < -5V$ હોવાથી,ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે.
$(B)$ $V_A = 0V$,$V_K = 5V$. $0V < 5V$ હોવાથી,ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે.
$(C)$ $V_A = 0V$,$V_K = -10V$. $0V > -10V$ હોવાથી,ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે.
$(D)$ $V_A = 5V$,$V_K = 10V$. $5V < 10V$ હોવાથી,ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે.
નોંધ: આવા પ્રશ્નોમાં સામાન્ય રીતે વિકલ્પ $(A)$ ને રિવર્સ બાયસના ઉદાહરણ તરીકે લેવામાં આવે છે.

(A) જ્યારે ડાયોડના કેથોડ પરનું સ્થિતિમાન $(V_k)$ એનોડ પરના સ્થિતિમાન $(V_a)$ કરતા વધારે હોય,ત્યારે ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં હોય છે,એટલે કે $V_k > V_a$.
વિકલ્પ $A$ માં: $V_a = -12 \ V$,$V_k = -5 \ V$. કારણ કે $-5 \ V > -12 \ V$,તેથી ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે.
વિકલ્પ $B$ માં: $V_a = 0 \ V$,$V_k = -10 \ V$. કારણ કે $0 \ V > -10 \ V$,તેથી ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે.
વિકલ્પ $C$ માં: $V_a = 0 \ V$,$V_k = 5 \ V$. કારણ કે $5 \ V > 0 \ V$,તેથી ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે.
વિકલ્પ $D$ માં: $V_a = 5 \ V$,$V_k = 10 \ V$. કારણ કે $10 \ V > 5 \ V$,તેથી ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં છે.

(B) $Integrated$ $Circuit$ $(IC)$ એ એક નાની સેમિકન્ડક્ટર વેફર છે જેના પર હજારો કે લાખો નાના અવરોધો, કેપેસિટર અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર બનાવવામાં આવે છે. તે એમ્પ્લીફાયર, ઓસિલેટર, ટાઈમર, માઇક્રોપ્રોસેસર અથવા કમ્પ્યુટર મેમરી તરીકે કાર્ય કરી શકે છે. કારણ કે તેમાં ચોક્કસ કાર્ય કરવા માટે એકબીજા સાથે જોડાયેલા ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોનો સંપૂર્ણ સેટ હોય છે, તેથી તેને સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોનિક પરિપથ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(A) દોલક (Oscillator) એ એક ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ છે જે સામયિક,દોલિત ઇલેક્ટ્રોનિક સિગ્નલ ઉત્પન્ન કરે છે,જે મોટે ભાગે સાઈન વેવ અથવા સ્ક્વેર વેવ હોય છે.
તે $positive$ $feedback$ ધરાવતા એમ્પ્લિફાયર તરીકે કાર્ય કરે છે.
પોઝિટીવ ફીડબેક સિસ્ટમમાં,આઉટપુટ સિગ્નલનો એક ભાગ ઇનપુટ સિગ્નલ સાથે સમાન કળામાં (in phase) ઇનપુટમાં પાછો આપવામાં આવે છે,જે દોલનોને જાળવી રાખે છે.
તેથી,દોલક એ મૂળભૂત રીતે પોઝિટીવ ફીડબેક ધરાવતું એમ્પ્લિફાયર છે.

(B) સેમીકન્ડક્ટરમાં તાપમાન વધવાની સાથે વિદ્યુતભાર વાહકોની સંખ્યા વધે છે,જેના પરિણામે તેનો અવરોધ ઘટે છે.
જ્યારે પરિપથમાં અવરોધ $R$ ની કિંમત ઘટાડવામાં આવે છે,ત્યારે પરિપથનો કુલ અવરોધ ઘટે છે,જેના કારણે વિદ્યુત પ્રવાહ $I$ વધે છે.
જૂલના તાપીય અસરના નિયમ મુજબ,સેમીકન્ડક્ટરમાં ઉત્પન્ન થતી ઉષ્મા $H = I^2 R_s t$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $R_s$ એ સેમીકન્ડક્ટરનો અવરોધ છે.
જેમ વિદ્યુત પ્રવાહ $I$ વધે છે,તેમ સેમીકન્ડક્ટરમાં પાવર વ્યય $(I^2 R_s)$ વધે છે,જે સેમીકન્ડક્ટર $S$ ના તાપમાનમાં વધારો કરે છે.
આમ,જ્યારે $R$ ની કિંમત ઘટાડવામાં આવે ત્યારે સેમીકન્ડક્ટર $S$ ગરમ થાય છે.

(B) એનાલોગ સિગ્નલ એ સતત સિગ્નલ છે જે સમય સાથે બદલાય છે. આપેલ આકૃતિમાં,સિગ્નલ $A$ (સાઇનસૉઇડલ તરંગ) અને સિગ્નલ $C$ (સો-ટૂથ તરંગ) સમય સાથે સતત બદલાય છે,તેથી તે એનાલોગ સિગ્નલ છે.
ડીજીટલ સિગ્નલ એ અસતત સિગ્નલ છે જે ફક્ત બે સ્તરો (સામાન્ય રીતે $0$ અને $1$) લે છે. આપેલ આકૃતિમાં,સિગ્નલ $B$ એ ચોરસ તરંગ છે જે બે અસતત સ્તરો વચ્ચે બદલાય છે,તેથી તે ડીજીટલ સિગ્નલ છે.
તેથી,$A$ અને $C$ એનાલોગ સિગ્નલ છે અને $B$ ડીજીટલ સિગ્નલ છે.

(B) ફોટોનની ઊર્જા શોધવાનું સૂત્ર $E = \frac{hc}{\lambda}$ છે.
ઊર્જાને $eV$ માં મેળવવા માટે, આપણે $E(eV) = \frac{12400}{\lambda(\mathring{A})}$ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
અહીં $\lambda = 589 \text{ nm} = 5890 \mathring{A}$ આપેલ છે.
સૂત્રમાં $\lambda$ ની કિંમત મૂકતા:
$E = \frac{12400}{5890} \approx 2.1 \text{ eV}$.
આમ, ઈલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી બનાવવા માટે જરૂરી લઘુત્તમ ઊર્જા $2.1 \text{ eV}$ છે.

(B) પરિપથ $(a)$ માટે: Si ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસ $(0.7 \text{ V})$ માં છે અને Ge ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસ $(0.3 \text{ V})$ માં છે. વિદ્યુતપ્રવાહ $I = (2.7 - 0.7) / 1000 = 2 \text{ mA}$ મળે છે.
પરિપથ $(b)$ માટે: ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં છે. કુલ અવરોધ $10 \Omega + (10 \Omega || 10 \Omega) = 15 \Omega$ થાય છે. વિદ્યુતપ્રવાહ $I = 20 \text{ V} / 20 \Omega = 1 \text{ A}$.
પરિપથ $(c)$ માટે: આ ઝેનર રેગ્યુલેટર પરિપથ છે. ઝેનર ડાયોડ પરનો વોલ્ટેજ $6 \text{ V}$ છે. $500 \Omega$ ના અવરોધ પરનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ $18 \text{ V} - 6 \text{ V} = 12 \text{ V}$ છે. તેથી,$I = 12 \text{ V} / 500 \Omega = 0.024 \text{ A} = 24 \text{ mA}$.

(B) $LED$ માં ઉત્સર્જાતા પ્રકાશની તરંગલંબાઈ $\lambda = \frac{hc}{E_g}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે, જેનો અર્થ છે કે $\lambda \propto \frac{1}{E_g}$.
વિકલ્પ $B$ એ ડાયોડની ફોરવર્ડ બાયસ લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે। લાલ રંગની તરંગલંબાઈ સૌથી વધુ હોવાથી, તેના માટે બૅન્ડગૅપ ઊર્જા $E_g$ સૌથી ઓછી જોઈએ, જ્યારે વાદળી રંગના પ્રકાશના ઉત્સર્જન માટે વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે છે.
આલેખ પરથી સ્પષ્ટ છે કે લાલ $(R)$ રંગ માટે $Cut-in$ વોલ્ટેજ સૌથી નાનો અને વાદળી $(B)$ રંગ માટે સૌથી મોટો છે, જે ઊર્જા અને તરંગલંબાઈ વચ્ચેના સંબંધ સાથે સુસંગત છે.

(B) આપેલ આકૃતિમાં $A_{V1}$ અને $A_{V2}$ વૉલ્ટેજ ગેઇન ધરાવતા બે ઍમ્પ્લિફાયરને શ્રેણીમાં જોડેલા છે.
પ્રથમ ઍમ્પ્લિફાયર માટે વૉલ્ટેજ ગેઇન,$A_{V1} = \frac{v_{o1}}{v_i}$ છે.
બીજા ઍમ્પ્લિફાયર માટે વૉલ્ટેજ ગેઇન,$A_{V2} = \frac{v_o}{v_{o1}}$ છે.
જ્યારે બંને ઍમ્પ્લિફાયરને શ્રેણીમાં જોડવામાં આવે છે,ત્યારે તેમનો સંયુક્ત વૉલ્ટેજ ગેઇન $A_V$ નીચે મુજબ મળે છે:
$A_V = \frac{v_o}{v_i} = \left( \frac{v_o}{v_{o1}} \right) \times \left( \frac{v_{o1}}{v_i} \right)$
તેથી,$A_V = A_{V1} \times A_{V2}$.

(B) ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ $(IC)$ એ એક નાની સેમિકન્ડક્ટર વેફર છે જેના પર હજારો કે લાખો નાના અવરોધકો,કેપેસિટર્સ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર બનાવવામાં આવે છે. તે એમ્પ્લીફાયર,ઓસિલેટર,ટાઈમર,માઇક્રોપ્રોસેસર અથવા કોમ્પ્યુટર મેમરી તરીકે કાર્ય કરી શકે છે,જે અસરકારક રીતે સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ તરીકે કામ કરે છે.

(A) દર્શાવેલ સર્કિટ હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર જેવી છે.
જ્યારે ઇનપુટ સિગ્નલ $+5 \ V$ પર હોય,ત્યારે $p-n$ જંકશન ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસમાં હોય છે અને બંધ સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે. આમ,લોડ રઝિસ્ટર $R_L$ ની આજુબાજુ આઉટપુટ વોલ્ટેજ $+5 \ V$ મળે છે.
જ્યારે ઇનપુટ સિગ્નલ $-5 \ V$ પર હોય,ત્યારે $p-n$ જંકશન ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં હોય છે અને ખુલ્લી સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે. આમ,$R_L$ માંથી કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી,અને $R_L$ ની આજુબાજુ આઉટપુટ વોલ્ટેજ $0 \ V$ મળે છે.
તેથી,આઉટપુટ સિગ્નલ પોઝિટિવ હાફ-સાયકલ દરમિયાન $+5 \ V$ નો ચોરસ પલ્સ અને નેગેટિવ હાફ-સાયકલ દરમિયાન $0 \ V$ હોય છે,જે વિકલ્પ $A$ માં દર્શાવેલ આકાર સાથે મેળ ખાય છે.

(C) આલેખ $(a)$ એ $p-n$ જંકશન ડાયોડની ફોરવર્ડ બાયસમાં લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે,જે એક સાદો ડાયોડ છે.
આલેખ $(b)$ એ ઝેનર ડાયોડની $I-V$ લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે,જે રિવર્સ બાયસમાં તીવ્ર બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ દર્શાવે છે.
આલેખ $(c)$ એ વિવિધ પ્રકાશની તીવ્રતા હેઠળ સોલર સેલની $I-V$ લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે,જે ચોથા ચરણમાં ફોટોકરંટનું નિર્માણ દર્શાવે છે.
આલેખ $(d)$ એ પ્રકાશની તીવ્રતા સાથે અવરોધમાં થતો ફેરફાર દર્શાવે છે,જે પ્રકાશ આધારિત અવરોધ $(LDR)$ ની લાક્ષણિકતા છે.
તેથી,સાચો ક્રમ છે: $(a)$ સાદો ડાયોડ,$(b)$ ઝેનર ડાયોડ,$(c)$ સોલર સેલ,$(d)$ પ્રકાશ આધારિત અવરોધ $(LDR)$.

(C) જ્યારે એમ્પ્લીફાયર શ્રેણીમાં (કેસ્કેડ) જોડાયેલા હોય,ત્યારે કુલ વોલ્ટેજ ગેઇન $A_v$ એ વ્યક્તિગત વોલ્ટેજ ગેઇનનો ગુણાકાર છે.
કુલ ગેઇન $A_v = A_{v1} \times A_{v2} = 10 \times 20 = 200$.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ $V_o$ અને ઇનપુટ વોલ્ટેજ $V_i$ વચ્ચેનો સંબંધ $A_v = \frac{V_o}{V_i}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
આપેલ છે કે $V_i = 0.01\, V$,તેથી $V_o = A_v \times V_i$.
$V_o = 200 \times 0.01\, V = 2\, V$.

(B) ડેસિબલ $(dB)$ માં વોલ્ટેજ ગેઇનનું સૂત્ર નીચે મુજબ છે: $Gain (dB) = 20 \log_{10}(A_v)$.
અહીં વોલ્ટેજ ગેઇન $A_v = 1000$ આપેલ છે.
સૂત્રમાં કિંમત મૂકતા: $Gain (dB) = 20 \log_{10}(1000)$.
આપણે જાણીએ છીએ કે $1000 = 10^3$,તેથી $\log_{10}(10^3) = 3$ થાય.
આમ,$Gain (dB) = 20 \times 3 = 60 \ dB$.

(A) શ્રેણીમાં જોડાયેલા એમ્પ્લીફાયરનો કુલ વોલ્ટેજ ગેઇન એ વ્યક્તિગત ગેઇનનો ગુણાકાર છે: $A_v = (A_v)_1 \times (A_v)_2 \times (A_v)_3 = 10 \times 20 \times 30 = 6000$.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ $v_0 = A_v \times v_i$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
આપેલ ઇનપુટ સિગ્નલ $v_i = 1 \, mV = 10^{-3} \, V$ છે.
તેથી,સૈદ્ધાંતિક આઉટપુટ વોલ્ટેજ $v_0 = 6000 \times 10^{-3} \, V = 6 \, V$ છે.
$(i)$ જો $DC$ સપ્લાય વોલ્ટેજ $10 \, V$ હોય,તો એમ્પ્લીફાયર $6 \, V$ નું આઉટપુટ આપી શકે છે કારણ કે $6 \, V < 10 \, V$. આમ,આઉટપુટ $6 \, V$ છે.
$(ii)$ જો $DC$ સપ્લાય વોલ્ટેજ $5 \, V$ હોય,તો એમ્પ્લીફાયર સપ્લાય વોલ્ટેજ કરતા વધારે આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરી શકતું નથી. કારણ કે જરૂરી આઉટપુટ $6 \, V$ એ સપ્લાય $5 \, V$ કરતા વધારે છે,તેથી આઉટપુટ સપ્લાય વોલ્ટેજની મર્યાદા પર ક્લિપ થઈ જશે. આમ,આઉટપુટ $5 \, V$ છે.

(A) આપેલ કમ્પેરેટર સર્કિટમાં,આઉટપુટ $V_{o}$ એ ઇનપુટ $V_{+}$ અને $V_{-}$ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
$V_{o} = \begin{cases} +10 \, V & \text{જો } V_{+} > V_{-} \\ -10 \, V & \text{જો } V_{+} < V_{-} \end{cases}$
સર્કિટ પરથી,નોન-ઇનવર્ટિંગ ઇનપુટ $V_{+}$ એ $V_{o}$ સાથે જોડાયેલા બે શ્રેણીબદ્ધ અવરોધ $R$ દ્વારા બનેલા વોલ્ટેજ ડિવાઇડર સાથે જોડાયેલ છે,તેથી $V_{+} = V_{o} \left( \frac{R}{R+R} \right) = \frac{V_{o}}{2}$.
ઇનવર્ટિંગ ઇનપુટ $V_{-}$ એ કેપેસિટર $C$ સાથે જોડાયેલ છે,તેથી $V_{-} = V_{C}$.
જ્યારે $V_{o} = +10 \, V$ હોય,ત્યારે $V_{+} = +5 \, V$ થાય. કેપેસિટર અવરોધ $R$ દ્વારા $+10 \, V$ તરફ ચાર્જ થાય છે. જેવું $V_{C}$ એ $+5 \, V$ કરતા વધી જાય,ત્યારે $V_{-} > V_{+}$ થાય છે,જેના કારણે આઉટપુટ $-10 \, V$ પર સ્વિચ થાય છે.
જ્યારે $V_{o} = -10 \, V$ હોય,ત્યારે $V_{+} = -5 \, V$ થાય. કેપેસિટર $-10 \, V$ તરફ ડિસ્ચાર્જ થાય છે. જેવું $V_{C}$ એ $-5 \, V$ કરતા નીચે જાય,ત્યારે $V_{-} < V_{+}$ થાય છે,જેના કારણે આઉટપુટ ફરીથી $+10 \, V$ પર સ્વિચ થાય છે.
આ સતત સ્વિચિંગને કારણે $+10 \, V$ અને $-10 \, V$ ની વચ્ચે દોલન કરતો સ્ક્વેર વેવ આઉટપુટ મળે છે.

(D) $p-n$ જંકશન ડાયોડ જ્યારે પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરે છે ત્યારે તે ફોરવર્ડ બાયસમાં કાર્ય કરે છે,જેમ કે $LED$ ના કિસ્સામાં થાય છે.
સોલર સેલ પ્રકાશ ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર કરે છે અને તે ઝીરો બાયસ અથવા ફોટોવોલ્ટેઇક મોડમાં કાર્ય કરે છે,રિવર્સ બાયસમાં નહીં.
ઝેનર ડાયોડ ખાસ કરીને રિવર્સ બ્રેકડાઉન રીજન (રિવર્સ બાયસ) માં કાર્ય કરવા માટે બનાવવામાં આવે છે.
તેથી,$LED$ અને સોલર સેલ બંને તેમના મુખ્ય કાર્યો માટે રિવર્સ બાયસમાં વપરાતા નથી.
આમ,સાચો વિકલ્પ $(d)$ છે.

(B) વિધાન $I$ સાચું છે: ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણ (જેમ કે સોલર સેલ) ફોટોવોલ્ટેઇક અસર દ્વારા ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન (પ્રકાશ ઉર્જા) ને સીધી વીજળી (વિદ્યુત પ્રવાહ) માં રૂપાંતરિત કરે છે.
વિધાન $II$ સાચું છે: ઝેનર ડાયોડ ખાસ કરીને રિવર્સ બ્રેકડાઉન વિસ્તારમાં નુકસાન પામ્યા વિના કાર્ય કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યો છે. જ્યારે રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ ઝેનર બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ કરતા વધી જાય છે,ત્યારે ડાયોડની આજુબાજુનો વોલ્ટેજ સ્થિર રહે છે,જે તેને વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર અથવા સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે કાર્ય કરવાની મંજૂરી આપે છે.

(C) $1$. ઘટક $A$: સિલ્વર રિંગ (કેથોડ) ધરાવતું બે ટર્મિનલનું ઉપકરણ જે માત્ર એક જ દિશામાં વહન કરે છે તે $P-N$ જંકશન ડાયોડ છે.
$2$. ઘટક $B$: બે ટર્મિનલનું ઉપકરણ જે ચાર્જ થયા પછી $D.C.$ પ્રવાહને અટકાવે છે તે કેપેસિટર છે.
$3$. ઘટક $C$: બે ટર્મિનલનું ઉપકરણ જે એક દિશામાં વહન કરે છે અને પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરે છે તે લાઈટ એમિટિંગ ડાયોડ $(LED)$ છે.
$4$. ઘટક $D$: રંગીન રિંગ્સ (કલર કોડ) ધરાવતું બે ટર્મિનલનું ઉપકરણ જે બંને દિશામાં વહન કરે છે તે અવરોધક (Resistor) છે.
તેથી,સાચો ક્રમ $A$: ડાયોડ,$B$: કેપેસિટર,$C$: $LED$,$D$: અવરોધક છે.

(D) $p-n$ જંકશન ડાયોડનો ઉપયોગ $a.c.$ સિગ્નલનો કંપવિસ્તાર (એમ્પ્લીફિકેશન) વધારવા માટે થઈ શકતો નથી.
$a.c.$ સિગ્નલનો કંપવિસ્તાર વધારવા માટે ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેવા સક્રિય ઉપકરણની જરૂર પડે છે.
$p-n$ જંકશન ડાયોડ તેના એકદિશીય પ્રવાહ વહનના ગુણધર્મોને કારણે રેક્ટિફાયર તરીકે વાપરી શકાય છે.
તે પ્રકાશ ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર (ફોટોડાયોડ) કરી શકે છે અને પ્રકાશ વિકિરણ $(LED)$ પણ ઉત્સર્જિત કરી શકે છે.

(C) ઓસિલેટર સર્કિટમાં સ્થાયી દોલનો માટે,બાર્કહાઉસેન ક્રાઇટેરિયન (Barkhausen criterion) સંતોષાવું આવશ્યક છે.
આ સિદ્ધાંત મુજબ ફીડબેક સિસ્ટમનો લૂપ ગેઇન એકમ (unity) હોવો જોઈએ,જે $|A\beta| = 1$ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે.
અહીં,$A$ એ એમ્પ્લીફાયરનો ઓપન-લૂપ ગેઇન છે અને $\beta$ એ ફીડબેક ફેક્ટર છે.
તેથી,સ્થાયી દોલનો માટેની શરત $A\beta = 1$ છે.

(C) બાર્કહૌસેન માપદંડ મુજબ,ઓસિલેટરમાં સ્થાયી ઓસિલેશન ઉત્પન્ન કરવા માટે,ફીડબેક એમ્પ્લીફાયરનો લૂપ ગેઈન એકમ (unity) હોવો જોઈએ.
ગાણિતિક રીતે,આને $A \beta = 1$ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે,જ્યાં $A$ એ ફીડબેક વગરનો એમ્પ્લીફાયરનો વોલ્ટેજ ગેઈન છે અને $\beta$ એ ફીડબેક ફેક્ટર છે.
વધુમાં,લૂપની આસપાસનો કુલ ફેઝ શિફ્ટ $0^\circ$ અથવા $360^\circ$ નો પૂર્ણાંક ગુણાંક હોવો જોઈએ.

(C) જ્યારે એમ્પ્લીફાયર શ્રેણીમાં જોડાયેલા હોય, ત્યારે કુલ વોલ્ટેજ ગેઇન $(A_v)$ એ વ્યક્તિગત એમ્પ્લીફાયરના વોલ્ટેજ ગેઇનનો ગુણાકાર હોય છે.
આપેલ છે: $A_1 = 8$, $A_2 = 12.5$.
કુલ વોલ્ટેજ ગેઇન $A_v = A_1 \times A_2 = 8 \times 12.5 = 100$.
ઇનપુટ સિગ્નલ વોલ્ટેજ $V_{in} = 200 \mu V = 200 \times 10^{-6} \text{ V}$.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ $V_{out}$ નીચેના સૂત્ર દ્વારા મળે છે: $V_{out} = A_v \times V_{in}$.
$V_{out} = 100 \times 200 \times 10^{-6} \text{ V} = 20000 \times 10^{-6} \text{ V} = 20 \times 10^{-3} \text{ V}$.
$10^{-3} \text{ V} = 1 \text{ mV}$ હોવાથી, આઉટપુટ વોલ્ટેજ $20 \text{ mV}$ થાય છે.

(A) આપેલ છે કે, ત્રણ એમ્પ્લીફાયરના વોલ્ટેજ ગેઈન $A_1 = 10, A_2 = 20$ અને $A_3 = 30$ છે.
ઇનપુટ સિગ્નલનું મહત્તમ મૂલ્ય $V_i = 1 mV = 10^{-3} \,V$ છે.
જ્યારે એમ્પ્લીફાયર શ્રેણીમાં જોડાયેલા હોય, ત્યારે કુલ વોલ્ટેજ ગેઈન $A$ એ વ્યક્તિગત ગેઈનનો ગુણાકાર છે:
$A = A_1 \times A_2 \times A_3 = 10 \times 20 \times 30 = 6000$.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ $V_0$ અને ઇનપુટ વોલ્ટેજ $V_i$ વચ્ચેનો સંબંધ $A = \frac{V_0}{V_i}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
તેથી, આઉટપુટ વોલ્ટેજનું મહત્તમ મૂલ્ય $V_0 = A \times V_i = 6000 \times 10^{-3} \,V = 6 \,V$ થાય.

(A) વિધાન $(A)$ સાચું છે: આદર્શ ડાયોડ માટે,ફોરવર્ડ બાયસમાં $V-I$ લાક્ષણિકતા $V=0$ પર એક ઊભી રેખા છે. તેથી,અવરોધ $R = \frac{\Delta V}{\Delta I} = 0$ થાય છે.
વિધાન $(B)$ સાચું છે: હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર ઇનપુટ $AC$ સિગ્નલના માત્ર ધન અડધા ચક્ર દરમિયાન જ પ્રવાહ વહેવા દે છે,કારણ કે ઋણ અડધા ચક્ર દરમિયાન ડાયોડ રિવર્સ બાયસમાં હોય છે.
વિધાન $(C)$ સાચું છે: બ્રેકડાઉન વિસ્તારમાં,ઝેનર ડાયોડના બે છેડા વચ્ચેનો વોલ્ટેજ પ્રવાહમાં ફેરફાર હોવા છતાં લગભગ અચળ રહે છે,જે તેને વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર અથવા અચળ વોલ્ટેજ સ્ત્રોત તરીકે કાર્ય કરવા દે છે.
આમ,બધા વિધાનો સાચા હોવાથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(B) એમ્પ્લીફાયરમાં નેગેટિવ ફીડબેક એ એક એવી તકનીક છે જેમાં આઉટપુટ સિગ્નલનો એક ભાગ મૂળ ઇનપુટ સિગ્નલની વિરુદ્ધ કળામાં ઇનપુટમાં પાછો આપવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા એમ્પ્લીફાયરનો એકંદર ગેઈન ઘટાડે છે પરંતુ ઘણા ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે.
ખાસ કરીને,નેગેટિવ ફીડબેક એમ્પ્લીફાયર સર્કિટ દ્વારા જ ઉત્પન્ન થતા નોઈઝ અને ડિસ્ટોર્શનને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે.
તે બેન્ડવિડ્થ પણ વધારે છે અને તાપમાન અથવા ઘટકોના ઘસારા સામે ગેઈનને સ્થિર કરે છે.
તેથી,નેગેટિવ ફીડબેકની સાચી અસર નોઈઝ અને ડિસ્ટોર્શન બંનેમાં ઘટાડો કરવાની છે.