Zener Diode Questions in Gujarati

(B) શ્રેણી અવરોધ $R_s$ પરનો વોલ્ટેજ $V_{R_s} = V_{in} - V_z = 10 \, V - 6 \, V = 4 \, V$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
ઝેનર ડાયોડ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર તરીકે કાર્ય કરે તે માટે, જ્યારે લોડ પ્રવાહ $I_L$ શૂન્ય હોય ત્યારે પણ તે લઘુત્તમ પ્રવાહ $I_{z,min} = 10 \, mA$ જાળવી રાખવો જોઈએ.
$R_s$ માંથી વહેતો કુલ પ્રવાહ $I = I_z + I_L$ છે.
$R_s$ નું મહત્તમ મૂલ્ય શોધવા માટે, આપણે એવી સ્થિતિ ધ્યાનમાં લઈએ છીએ જ્યાં લોડ પ્રવાહ $I_L$ લઘુત્તમ હોય (એટલે કે $I_L = 0$).
આમ, $I = I_{z,min} = 10 \, mA$.
ઓમના નિયમનો ઉપયોગ કરતા, $R_s = \frac{V_{R_s}}{I} = \frac{4 \, V}{10 \, mA} = \frac{4 \, V}{10 \times 10^{-3} \, A} = 400 \, \Omega$.
તેથી, $R_s$ નું મહત્તમ મૂલ્ય $400 \, \Omega$ છે.

(D) ઝેનર ડાયોડ બ્રેકડાઉનમાં છે કે નહીં તે નક્કી કરવા માટે, આપણે પહેલા $1 k\Omega$ ના અવરોધ અને ઝેનર ડાયોડના સમાંતર જોડાણ પરનો વોલ્ટેજ શોધીએ છીએ (ઝેનર ડાયોડને જોડ્યા વગર)।
વોલ્ટેજ ડિવાઈડરના નિયમનો ઉપયોગ કરતા, $1 k\Omega$ ના અવરોધ પરનો વોલ્ટેજ $V_{AB}$ નીચે મુજબ છે:
$V_{AB} = V_s \times \frac{R_{parallel}}{R_s + R_{parallel}} = 10 V \times \frac{1 k\Omega}{1 k\Omega + 1 k\Omega} = 10 V \times \frac{1}{2} = 5 V$.
અહીં $A$ અને $B$ ટર્મિનલ વચ્ચેનો વોલ્ટેજ $5 V$ છે, જે ઝેનર બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ $6 V$ કરતા ઓછો છે, તેથી ઝેનર ડાયોડમાંથી કોઈ પ્રવાહ વહેશે નહીં.
તેથી, ઝેનર ડાયોડમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ $0 A$ (શૂન્ય) છે.

(A) આપેલ સર્કિટમાં,ઝેનર ડાયોડ $4 \text{ k}\Omega$ ના અવરોધ સાથે સમાંતરમાં જોડાયેલ છે. ઝેનર ડાયોડ તેના બ્રેકડાઉન વિસ્તારમાં કાર્યરત હોવાથી,તેની આસપાસનો વોલ્ટેજ $6 \text{ V}$ પર અચળ રહે છે.
ઝેનર ડાયોડ અને $4 \text{ k}\Omega$ નો અવરોધ સમાંતરમાં હોવાથી,$4 \text{ k}\Omega$ ના અવરોધની આસપાસનો વોલ્ટેજ પણ $6 \text{ V}$ થશે.
સર્કિટમાં કુલ વોલ્ટેજ $10 \text{ V}$ છે. $6 \text{ k}\Omega$ ના શ્રેણી અવરોધમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ એ સોર્સ વોલ્ટેજ અને ઝેનર બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ વચ્ચેનો તફાવત છે:
$V_{6\text{k}\Omega} = 10 \text{ V} - 6 \text{ V} = 4 \text{ V}$.
$6 \text{ k}\Omega$ ના અવરોધમાંથી વહેતો પ્રવાહ ઓહ્મના નિયમ દ્વારા મળે છે:
$I = \frac{V_{6\text{k}\Omega}}{R} = \frac{4 \text{ V}}{6 \text{ k}\Omega} = \frac{4}{6} \text{ mA} = \frac{2}{3} \text{ mA}$.

(D) ઝેનર ડાયોડ $R = 100 \ \Omega$ ના અવરોધ અને $V = 10 \ V$ ની બેટરી સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલ છે.
જ્યારે ઝેનર ડાયોડ બ્રેકડાઉન વિસ્તારમાં હોય,ત્યારે તે તેના બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ જેટલો અચળ વોલ્ટેજ જાળવી રાખે છે,$V_Z = 5.6 \ V$.
અવરોધ $R$ પરનો વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત $\Delta V = V - V_Z = 10 \ V - 5.6 \ V = 4.4 \ V$ છે.
ઓમના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,પરિપથમાંથી (અને તેથી ઝેનર ડાયોડમાંથી) વહેતો પ્રવાહ $I$ નીચે મુજબ છે:
$I = \frac{\Delta V}{R} = \frac{4.4 \ V}{100 \ \Omega} = 0.044 \ A$.
આને મિલીએમ્પિયરમાં ફેરવતા:
$I = 0.044 \times 1000 \ mA = 44 \ mA$.

(C) ઝેનર ડાયોડનો ઉપયોગ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન માટે થાય છે. ઝેનર ડાયોડનું પાવર ડિસીપેશન $P_D = V_Z \times i$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $V_Z$ એ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ છે અને $i$ એ ડાયોડમાંથી વહેતો પ્રવાહ છે.
આપેલ છે કે $P_D = 0.4 \ W$ અને $V_Z = 10 \ V$,તેથી:
$0.4 = 10 \times i$
$i = \frac{0.4}{10} = 0.04 \ A$
પ્રોટેક્ટિવ અવરોધ $R$ ને ઝેનર ડાયોડ સાથે શ્રેણીમાં જોડવામાં આવે છે. અવરોધ $R$ પરનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ $V_R = V_{source} - V_Z = 15 \ V - 10 \ V = 5 \ V$ છે.
ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,$V_R = i \times R$,આપણને મળે છે:
$R = \frac{V_R}{i} = \frac{5 \ V}{0.04 \ A} = 125 \ \Omega$.

(D) આપેલ છે: ઝેનર વોલ્ટેજ $V_Z = 5 \text{ V}$,લોડ કરંટ $I_L = 5 \text{ mA}$.
મહત્તમ ઝેનર કરંટ $I_Z = 4 \times I_L = 4 \times 5 \text{ mA} = 20 \text{ mA}$.
શ્રેણી અવરોધ $R_S$ માંથી પસાર થતો કુલ કરંટ $I = I_L + I_Z = 5 \text{ mA} + 20 \text{ mA} = 25 \text{ mA} = 25 \times 10^{-3} \text{ A}$ છે.
મહત્તમ ઇનપુટ વોલ્ટેજ $V_{\text{in}} = 25 \text{ V}$.
શ્રેણી અવરોધ $R_S$ પરનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ $V_{R_S} = V_{\text{in}} - V_Z = 25 \text{ V} - 5 \text{ V} = 20 \text{ V}$ છે.
ઓમના નિયમનો ઉપયોગ કરતા,$R_S = \frac{V_{R_S}}{I} = \frac{20 \text{ V}}{25 \times 10^{-3} \text{ A}} = 800 \Omega$.

(B) ભાગ $(A)$ માંની સર્કિટમાં શ્રેણીમાં જોડાયેલ એક આદર્શ ડાયોડ અને એક ઝેનર ડાયોડ છે,જે વોલ્ટેજ ક્લિપર તરીકે કાર્ય કરે છે.
ભાગ $(C)$ પરથી,આઉટપુટ વોલ્ટેજ $v_{o}(t)$ એ $+5 \text{ V}$ અને $-5 \text{ V}$ પર ક્લિપ થયેલ છે (કારણ કે ઝેનર બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ $V_Z = 5 \text{ V}$ છે).
ઇનપુટ વોલ્ટેજ $v_{in}(t)$ (ભાગ $B$) એ $20 \text{ V}$ ના કંપનવિસ્તાર સાથેનું સાઈન તરંગ છે.
જ્યારે ઇનપુટ ધન હોય છે,ત્યારે ઝેનર ડાયોડ બ્રેકડાઉન વિસ્તારમાં કાર્ય કરે છે,જે આઉટપુટને $+5 \text{ V}$ પર ક્લેમ્પ કરે છે.
જ્યારે ઇનપુટ ઋણ હોય છે,ત્યારે આદર્શ ડાયોડ ફોરવર્ડ બાયસ્ડ હોય છે અને ઝેનર ડાયોડ રિવર્સ બાયસ્ડ હોય છે,જે આઉટપુટને $-5 \text{ V}$ પર ક્લેમ્પ કરે છે.
આમ,બિંદુઓ $X$ અને $Y$ વચ્ચેની સર્કિટમાં શ્રેણીમાં જોડાયેલ એક આદર્શ ડાયોડ અને એક ઝેનર ડાયોડનો સમાવેશ થાય છે. આપેલા વિકલ્પોમાંથી,જે આ વર્તણૂકને રજૂ કરે છે તે બે ડાયોડનું શ્રેણી સંયોજન છે.

(A) ઝેનર ડાયોડ જે મહત્તમ પ્રવાહ $I_{max}$ સહન કરી શકે છે તે $P = V_z I_{max}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
તેથી,$I_{max} = \frac{P}{V_z} = \frac{0.5 \text{ W}}{10 \text{ V}} = 0.05 \text{ A}$.
શ્રેણી અવરોધ $R$ પરનો વોલ્ટેજ $V_R = V_{supply} - V_z = 25 \text{ V} - 10 \text{ V} = 15 \text{ V}$ છે.
સુરક્ષા માટે,લઘુત્તમ અવરોધ $R_{min}$ ઓહ્મના નિયમનો ઉપયોગ કરીને ગણવામાં આવે છે: $R_{min} = \frac{V_R}{I_{max}} = \frac{15 \text{ V}}{0.05 \text{ A}} = 300 \text{ } \Omega$.