20 கட்டுரைக் கேள்வி — அலகு 9-இன் ஒவ்வொரு பகுதியிலிருந்தும், முழுமையான மாதிரி விடைகளுடன். ஒவ்வொரு கேள்வியின் "காட்டு விடை"-ஐ அழுத்தி மாதிரி விடையைக் காண்க.
கட்டுரை வினா U9-E1
10 புள்ளி
(a) கடத்தி, அரைக்கடத்தி, காப்பான் ஆகியவற்றை பட்டை இடைவெளி (band gap) கொண்டு வேறுபடுத்துக. (b) தூய அரைக்கடத்தியில் இலத்திரன் & துளை கடத்தலை விளக்குக. (c) வெப்பநிலை அரைக்கடத்தியின் கடத்துத்திறனை எவ்வாறு பாதிக்கிறது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) கடத்தி: இணைதிறன்-கடத்தற் கட்டங்கள் மேற்பொருந்தும் (இடைவெளி ≈0) → எப்போதும் கடத்தும். அரைக்கடத்தி: சிறிய இடைவெளி (Si ≈1.1 eV) → வெப்பத்தால் இலத்திரன்கள் தாவலாம். காப்பான்: பெரிய இடைவெளி → கடத்தாது.
(b) வெப்ப ஆற்றல் இணைதிறன் இலத்திரன்களை விடுவித்து கடத்தற் கட்டத்துக்குத் தாவச் செய்கிறது (கட்டற்ற இலத்திரன்) — பின்னால் ஒரு "துளை" (நேர்மறை) எஞ்சுகிறது. இரண்டும் எதிர் திசையில் நகர்ந்து மின்னோட்டம்.
(c) வெப்பநிலை↑ → மேலும் இலத்திரன்-துளை சோடிகள் → சுமைக்கேற்பிகள்↑ → கடத்துத்திறன்↑ (மின்தடை↓, NTC) — உலோகத்துக்கு எதிர்மாறு.
(b) வெப்ப ஆற்றல் இணைதிறன் இலத்திரன்களை விடுவித்து கடத்தற் கட்டத்துக்குத் தாவச் செய்கிறது (கட்டற்ற இலத்திரன்) — பின்னால் ஒரு "துளை" (நேர்மறை) எஞ்சுகிறது. இரண்டும் எதிர் திசையில் நகர்ந்து மின்னோட்டம்.
(c) வெப்பநிலை↑ → மேலும் இலத்திரன்-துளை சோடிகள் → சுமைக்கேற்பிகள்↑ → கடத்துத்திறன்↑ (மின்தடை↓, NTC) — உலோகத்துக்கு எதிர்மாறு.
கட்டுரை வினா U9-E2
10 புள்ளி
(a) மாசேற்றம் (doping) என்றால் என்ன, n-வகை & p-வகை எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகின்றன எனக் கூறுக. (b) ஒவ்வொன்றிலும் பெரும்பான்மை/சிறுபான்மை சுமைக்கேற்பிகள் என்ன? (c) மாசேற்றப்பட்ட அரைக்கடத்தி ஏன் மொத்தம் நடுநிலை எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) மாசேற்றம் = தூய Si-இல் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அளவு மாசு சேர்த்து கடத்துத்திறனை அதிகரித்தல். n-வகை: குழு-V (P, 5 இலத்திரன்) → கூடுதல் கட்டற்ற இலத்திரன். p-வகை: குழு-III (B, 3 இலத்திரன்) → துளை.
(b) n-வகை: பெரும்பான்மை இலத்திரன், சிறுபான்மை துளை. p-வகை: பெரும்பான்மை துளை, சிறுபான்மை இலத்திரன்.
(c) ஒவ்வொரு மாசு அணுவும் (கொடையாளர்/ஏற்பாளர்) நடுநிலையானது; கூடுதல் சுமைக்கேற்பியை அதன் சொந்த அயனி (நேர்/எதிர்) சமன் செய்கிறது → மொத்த மின்னூட்டம் பூஜ்ஜியம். வகை மட்டுமே மாறுகிறது.
(b) n-வகை: பெரும்பான்மை இலத்திரன், சிறுபான்மை துளை. p-வகை: பெரும்பான்மை துளை, சிறுபான்மை இலத்திரன்.
(c) ஒவ்வொரு மாசு அணுவும் (கொடையாளர்/ஏற்பாளர்) நடுநிலையானது; கூடுதல் சுமைக்கேற்பியை அதன் சொந்த அயனி (நேர்/எதிர்) சமன் செய்கிறது → மொத்த மின்னூட்டம் பூஜ்ஜியம். வகை மட்டுமே மாறுகிறது.
கட்டுரை வினா U9-E3
10 புள்ளி
(a) p-n சந்தியில் குறையழிந்த பகுதியும் தடை மின்னழுத்தமும் எவ்வாறு உருவாகின்றன எனக் கூறுக. (b) முன்னோக்கு & எதிர்நோக்கு சார்பில் டயோடு செயல்பாட்டை விளக்குக. (c) ஒரு டயோடின் I–V பண்பு வரைபடத்தை விவரித்து, அது ஏன் ஒரு-திசைக் கடத்தி எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) சந்தியில் n-பக்க இலத்திரன்கள் p-பக்கம் பரவி துளைகளுடன் மீளிணைந்து, கட்டற்ற சுமைக்கேற்பிகள் இல்லாத, நிலையான அயனிகள் (n பக்கம் நேர், p பக்கம் எதிர்) மட்டுமுள்ள "குறையழிந்த பகுதி" உருவாகி உள் தடை மின்னழுத்தம் (≈0.7 V Si) ஏற்படுகிறது.
(b) முன்னோக்கு (p→+): தடை குறைந்து >0.7 V-இல் பெரிய மின்னோட்டம் கடத்தும். எதிர்நோக்கு (p→−): குறையழிந்த பகுதி விரிந்து மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கும் (சிறு கசிவு மட்டும்).
(c) I–V வரைபடம்: முன்னோக்கில் 0.7 V-க்குப் பிறகு மின்னோட்டம் விரைவாக ஏறும்; எதிர்நோக்கில் ≈0 (முறிவு வரை). ஒரு திசையில் மட்டும் கடத்துவதால் ஒரு-திசைக் கடத்தி → நேராக்கிக்கு (rectifier) பயன்படும்.
(b) முன்னோக்கு (p→+): தடை குறைந்து >0.7 V-இல் பெரிய மின்னோட்டம் கடத்தும். எதிர்நோக்கு (p→−): குறையழிந்த பகுதி விரிந்து மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கும் (சிறு கசிவு மட்டும்).
(c) I–V வரைபடம்: முன்னோக்கில் 0.7 V-க்குப் பிறகு மின்னோட்டம் விரைவாக ஏறும்; எதிர்நோக்கில் ≈0 (முறிவு வரை). ஒரு திசையில் மட்டும் கடத்துவதால் ஒரு-திசைக் கடத்தி → நேராக்கிக்கு (rectifier) பயன்படும்.
கட்டுரை வினா U9-E4
10 புள்ளி
(a) தெர்மிஸ்டர் & LDR-இன் செயல்பாட்டைக் கூறுக. (b) ஒரு LDR-ஐ மின்னழுத்தப் பிரிப்பானில் பயன்படுத்தி தானியங்கி தெருவிளக்குச் சுற்றை எவ்வாறு அமைக்கலாம் எனக் கூறுக. (c) LED ஒளி தருவதன் கொள்கையைக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) தெர்மிஸ்டர் (NTC): வெப்பம்↑ → R↓. LDR: ஒளி↑ → R↓ (அதிக சுமைக்கேற்பி). இரண்டும் அரைக்கடத்தி உணரிகள்.
(b) LDR-ஐ ஒரு பிரிப்பானில் வைக்க: இருளில் LDR தடை↑ → வெளியீட்டு மின்னழுத்தம்↑ → இது டிரான்சிஸ்டர்/ரிலேயை இயக்கி விளக்கை ஏற்றும். பகலில் LDR தடை↓ → வெளியீடு↓ → விளக்கு அணையும்.
(c) LED முன்னோக்கு சார்பில் கடத்தும்போது, கடத்தற் கட்ட இலத்திரன்கள் துளைகளுடன் மீளிணைந்து பட்டை இடைவெளிக்குச் சமமான ஆற்றலை ஒளியாக (போட்டான்) வெளியிடுகின்றன; நிறம் பட்டை இடைவெளியைச் சார்ந்தது.
(b) LDR-ஐ ஒரு பிரிப்பானில் வைக்க: இருளில் LDR தடை↑ → வெளியீட்டு மின்னழுத்தம்↑ → இது டிரான்சிஸ்டர்/ரிலேயை இயக்கி விளக்கை ஏற்றும். பகலில் LDR தடை↓ → வெளியீடு↓ → விளக்கு அணையும்.
(c) LED முன்னோக்கு சார்பில் கடத்தும்போது, கடத்தற் கட்ட இலத்திரன்கள் துளைகளுடன் மீளிணைந்து பட்டை இடைவெளிக்குச் சமமான ஆற்றலை ஒளியாக (போட்டான்) வெளியிடுகின்றன; நிறம் பட்டை இடைவெளியைச் சார்ந்தது.
கட்டுரை வினா U9-E5
10 புள்ளி
(a) ஒரு டயோடின் ஒரு-திசைக் கடத்தலை விளக்கி, அரை-அலை நேராக்கியின் செயல்பாட்டைக் கூறுக. (b) அதன் வெளியீட்டு அலை வடிவத்தையும் (50 Hz உள்ளீட்டுக்கு) வெளியீட்டு அலைவெண்ணையும் கூறுக. (c) ஏன் முழு-அலை சிறந்தது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) டயோடு முன்னோக்கு சார்பில் (>0.7 V) மட்டும் கடத்தும், எதிர்நோக்கில் தடுக்கும். அரை-அலை: ஒரு டயோடு AC-இன் நேர் பாதியில் சுமை வழியே மின்னோட்டத்தைச் செலுத்துகிறது, எதிர் பாதியில் எதுவும் இல்லை.
(b) வெளியீடு = ஒரே திசையில் தனித்தனி துடிப்புகள் (இடையே இடைவெளிகள்); 50 Hz உள்ளீட்டுக்கு ஒரு சுழற்சிக்கு ஒரு துடிப்பு → வெளியீட்டு அலைவெண் = 50 Hz.
(c) முழு-அலை இரு பாதிகளையும் பயன்படுத்துவதால் அதிக சராசரி DC, இரட்டிப்பு அலைவெண் (100 Hz), குறை அலைவு, எளிய மென்மையாக்கம், அதிக திறன்.
(b) வெளியீடு = ஒரே திசையில் தனித்தனி துடிப்புகள் (இடையே இடைவெளிகள்); 50 Hz உள்ளீட்டுக்கு ஒரு சுழற்சிக்கு ஒரு துடிப்பு → வெளியீட்டு அலைவெண் = 50 Hz.
(c) முழு-அலை இரு பாதிகளையும் பயன்படுத்துவதால் அதிக சராசரி DC, இரட்டிப்பு அலைவெண் (100 Hz), குறை அலைவு, எளிய மென்மையாக்கம், அதிக திறன்.
கட்டுரை வினா U9-E6
10 புள்ளி
(a) ஒரு முழு-அலை பாலம் நேராக்கியின் (4 டயோடு) செயல்பாட்டை ஒவ்வொரு அரைச் சுழற்சிக்கும் விளக்குக. (b) ஒரு கணத்தில் எத்தனை டயோடு கடத்துகின்றன, ஏன் சுமை வழியே எப்போதும் ஒரே திசை எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) பாலத்தில் 4 டயோடு. முதல் அரைச் சுழற்சி: ஒரு எதிர் சோடி (D1, D2) முன்னோக்கில் கடத்தி சுமை வழியே ஒரு திசையில் மின்னோட்டம் செலுத்துகிறது; D3, D4 தடுக்கின்றன. அடுத்த அரைச் சுழற்சி: உள்ளீடு தலைகீழாகி D3, D4 கடத்துகின்றன — ஆனால் சுமை வழியே மின்னோட்டம் அதே திசையிலேயே செல்கிறது.
(b) ஒரு கணத்தில் 2 (ஒரு எதிர் சோடி) டயோடு கடத்துகின்றன. பாலம் இரு பாதிகளையும் சுமைக்கு ஒரே திசையில் திருப்புவதால் வெளியீடு எப்போதும் ஒரு-திசை (முழு-அலை) DC; இது மென்மையாக்கத்துக்குப் பின் ஏறக்குறைய மாறா DC ஆகிறது.
(b) ஒரு கணத்தில் 2 (ஒரு எதிர் சோடி) டயோடு கடத்துகின்றன. பாலம் இரு பாதிகளையும் சுமைக்கு ஒரே திசையில் திருப்புவதால் வெளியீடு எப்போதும் ஒரு-திசை (முழு-அலை) DC; இது மென்மையாக்கத்துக்குப் பின் ஏறக்குறைய மாறா DC ஆகிறது.
கட்டுரை வினா U9-E7
10 புள்ளி
(a) ஒரு முழு DC மின்வழங்கலின் (power supply) படிகளை வரிசையாகக் கூறி, ஒவ்வொன்றின் பணியையும் விளக்குக. (b) மென்மையாக்கி மின்தேக்கியின் அளவு அலைவை எவ்வாறு பாதிக்கிறது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) (1) மின்மாற்றி — AC மின்னழுத்தத்தைத் தேவையான மட்டத்துக்கு இறக்குகிறது (& தனிமைப்படுத்துகிறது). (2) நேராக்கி (பாலம், 4 டயோடு) — AC-ஐ துடிப்பு DC-ஆக மாற்றுகிறது. (3) மென்மையாக்கி (மின்தேக்கி, சமாந்தரம்) — அலைவைக் குறைத்து ஏறக்குறைய மாறா DC. (4) ஒழுங்குபடுத்தி (சீனர்/IC) — உள்ளீடு/சுமை மாறினாலும் நிலையான DC.
(b) பெரிய மின்தேக்கி அதிக மின்னூட்டத்தைச் சேமித்து மெதுவாக வெளியேற்றுவதால் (காலமாறிலி τ=RC பெரிது) வீழ்ச்சி குறைந்து அலைவு குறையும்; சிறிய C → அதிக அலைவு.
(b) பெரிய மின்தேக்கி அதிக மின்னூட்டத்தைச் சேமித்து மெதுவாக வெளியேற்றுவதால் (காலமாறிலி τ=RC பெரிது) வீழ்ச்சி குறைந்து அலைவு குறையும்; சிறிய C → அதிக அலைவு.
கட்டுரை வினா U9-E8
10 புள்ளி
(a) ஒரு டயோடின் I–V பண்பை (முன்/எதிர்நோக்கு) விவரித்து, சிலிக்கான் வீழ்ச்சி ≈0.7 V-ஐக் கூறுக. (b) ஒரு கணக்கீட்டில் டயோடு வீழ்ச்சியை எவ்வாறு கையாள்வது எனக் காட்ட: 6 V மூலம், ஒரு Si டயோடு (கடத்தும்) + 100 Ω தொடரில் — மின்னோட்டத்தைக் கணக்கிடுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) முன்னோக்கு: 0.7 V வரை மிகச் சிறிது, பின் மின்னோட்டம் விரைவாக ஏறும் (≈0.7 V மாறா வீழ்ச்சி). எதிர்நோக்கு: ≈0 (சிறு கசிவு) முறிவு மின்னழுத்தம் வரை, அதன்பின் திடீர் அதிகரிப்பு.
(b)
(b)
டயோடு வீழ்ச்சி 0.7 V-ஐ மூலத்திலிருந்து கழி: V_R = 6 − 0.7 = 5.3 V
I = V_R/R = 5.3/100 = 0.053 A (53 mA)
கட்டுரை வினா U9-E9
10 புள்ளி
(a) NPN டிரான்சிஸ்டரின் கட்டமைப்பையும் (E, B, C-இன் மாசேற்ற/அளவு வேறுபாடுகள்) சாதாரண சார்பையும் கூறுக. (b) I_E = I_B + I_C எனத் தருவித்து, β-ஐ வரையறுக்க. (c) β=120, I_B=40 μA எனில் I_C & I_E.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) Emitter: அதிக மாசேற்றம், சுமைக்கேற்பிகளை வழங்க. Base: மெல்லியது, குறை மாசேற்றம், சுமைக்கேற்பிகள் கடக்க அனுமதிக்க. Collector: பெரியது, மிதமான மாசேற்றம், வெப்பம் கடத்த. சாதாரண சார்பு: B–E முன்னோக்கு, B–C எதிர்நோக்கு.
(b) கிர்க்கொஃப் சந்தி விதி: emitter-இல் உள் = வெளி → I_E = I_B + I_C. β = I_C/I_B = மின்னோட்டப் பெருக்க விகிதம் (50–500).
(c)
(b) கிர்க்கொஃப் சந்தி விதி: emitter-இல் உள் = வெளி → I_E = I_B + I_C. β = I_C/I_B = மின்னோட்டப் பெருக்க விகிதம் (50–500).
(c)
I_C = βI_B = 120 × 40 μA = 4.8 mA
I_E = I_B + I_C = 40 μA + 4800 μA ≈ 4.84 mA
கட்டுரை வினா U9-E10
10 புள்ளி
(a) டிரான்சிஸ்டர் ஒரு சுவிட்சாக எவ்வாறு செயல்படுகிறது எனக் கூறி, cut-off, active, saturation மூன்று பகுதிகளையும் வேறுபடுத்துக. (b) ஒரு தானியங்கி தெரு விளக்கு (LDR + டிரான்சிஸ்டர் + ரிலே) எவ்வாறு வேலை செய்யும் எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) Cut-off (OFF): I_B = 0 → I_C ≈ 0, V_CE ≈ V_CC. Active: I_C = βI_B சார்பு, 0 < V_CE < V_CC (amplifier). Saturation (ON): போதிய I_B → V_CE ≈ 0.2 V, மேலும் I_B கூட்டினாலும் I_C அதிகரிக்காது.
(b) ஒரு LDR-உடன் ஒரு நிலை மின்தடையைப் பிரிப்பானாக இணைக்க → வெளியீடு டிரான்சிஸ்டர் base-க்கு. பகலில் LDR R↓ → V_B குறைவு → cut-off → ரிலே OFF → விளக்கு அணைகிறது. இருளில் LDR R↑ → V_B கூடி → saturation → ரிலே சுருளில் மின்னோட்டம் → contacts மூடி → விளக்கு ஏற்றுகிறது. ரிலே சுருளுக்குக் குறுக்கே ஒரு flyback டயோடு இணைத்து OFF-ஆகும்போது வரும் back-EMF-இலிருந்து டிரான்சிஸ்டரைக் காக்க வேண்டும்.
(b) ஒரு LDR-உடன் ஒரு நிலை மின்தடையைப் பிரிப்பானாக இணைக்க → வெளியீடு டிரான்சிஸ்டர் base-க்கு. பகலில் LDR R↓ → V_B குறைவு → cut-off → ரிலே OFF → விளக்கு அணைகிறது. இருளில் LDR R↑ → V_B கூடி → saturation → ரிலே சுருளில் மின்னோட்டம் → contacts மூடி → விளக்கு ஏற்றுகிறது. ரிலே சுருளுக்குக் குறுக்கே ஒரு flyback டயோடு இணைத்து OFF-ஆகும்போது வரும் back-EMF-இலிருந்து டிரான்சிஸ்டரைக் காக்க வேண்டும்.
கட்டுரை வினா U9-E11
10 புள்ளி
(a) ஒரு பொது-emitter (CE) amplifier-இன் கட்டமைப்பையும் செயல்பாட்டையும் விளக்கி, வெளியீடு ஏன் 180° கட்ட மாற்றம் கொண்டது எனக் காட்டுக. (b) DC சார்பு (R₁, R₂) ஏன் தேவை எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) CE amplifier: NPN, emitter நிலத்துடன் (R_E உள்ளும்), R_C collector & V_CC-க்கு இடையே, base-இல் சார்பு பிரிப்பான் R₁/R₂ + உள்ளீட்டு coupling capacitor. சிறு V_in → ΔI_B → ΔI_C = β ΔI_B → ΔV_RC பெரியது. V_out = V_CE = V_CC − I_C R_C; I_C↑ எனில் V_CE↓ → வெளியீடு உள்ளீட்டுக்கு எதிர்மாறு (180°).
(b) R₁,R₂ பிரிப்பான் base-இல் ஒரு நிலையான DC V_B-ஐ அளித்து டிரான்சிஸ்டரை active பகுதியின் நடுவில் (Q-point) வைக்கிறது; சார்பின்றி சிறு உள்ளீடு cut-off/saturation-க்குச் சென்று சிதைவாக்கும். சார்பு சிதைவின்றி இரு பாதியும் பெருக்கப்படுகிறது.
(b) R₁,R₂ பிரிப்பான் base-இல் ஒரு நிலையான DC V_B-ஐ அளித்து டிரான்சிஸ்டரை active பகுதியின் நடுவில் (Q-point) வைக்கிறது; சார்பின்றி சிறு உள்ளீடு cut-off/saturation-க்குச் சென்று சிதைவாக்கும். சார்பு சிதைவின்றி இரு பாதியும் பெருக்கப்படுகிறது.
கட்டுரை வினா U9-E12
10 புள்ளி
(a) டிரான்சிஸ்டர் ஒரு "மின்னோட்டக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட" சாதனம் என்றால் என்ன, MOSFET-உடன் ஒப்பிடுக. (b) NPN டிரான்சிஸ்டர் சாதனத்தில் ஏன் base மிக மெல்லியதாக & குறை மாசேற்றம் கொண்டிருக்க வேண்டும் எனக் காரணம் கூறுக. (c) PNP-உடன் ஒப்பிடுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) BJT-இல் சிறு I_B பெரிய I_C = βI_B-ஐக் கட்டுப்படுத்துகிறது → "மின்னோட்டக் கட்டுப்படுத்தப்பட்டது". MOSFET-இல் gate மின்னழுத்தம் V_GS drain மின்னோட்டம் I_D-ஐக் கட்டுப்படுத்துகிறது (gate மின்னோட்டம் ≈0); எனவே "மின்னழுத்தக் கட்டுப்படுத்தப்பட்டது", மிகக் குறை சக்தி தேவைப்படுகிறது.
(b) Base மெல்லியதாக இல்லாவிட்டால், emitter-இலிருந்து வரும் இலத்திரன்கள் base-இல் துளைகளுடன் மீளிணைந்து விடும் → பெரும்பான்மை collector-ஐ அடையாது → β மிகவும் சிறிய மதிப்பாகிவிடும். மெல்லிய + குறை மாசேற்றம் (<10% emitter) → 99%+ இலத்திரன்கள் collector-ஐ அடையும் → பெரிய β.
(c) PNP: துளைகள் பெரும்பான்மை சுமைக்கேற்பிகள் (NPN-இல் இலத்திரன்கள்); B–E சார்பு E க்கு +, B க்கு −; மின்னோட்டம் தலைகீழ் திசை. செயல்பாடு மற்றும் சூத்திரங்கள் (I_E=I_B+I_C, β) ஒத்தவை.
(b) Base மெல்லியதாக இல்லாவிட்டால், emitter-இலிருந்து வரும் இலத்திரன்கள் base-இல் துளைகளுடன் மீளிணைந்து விடும் → பெரும்பான்மை collector-ஐ அடையாது → β மிகவும் சிறிய மதிப்பாகிவிடும். மெல்லிய + குறை மாசேற்றம் (<10% emitter) → 99%+ இலத்திரன்கள் collector-ஐ அடையும் → பெரிய β.
(c) PNP: துளைகள் பெரும்பான்மை சுமைக்கேற்பிகள் (NPN-இல் இலத்திரன்கள்); B–E சார்பு E க்கு +, B க்கு −; மின்னோட்டம் தலைகீழ் திசை. செயல்பாடு மற்றும் சூத்திரங்கள் (I_E=I_B+I_C, β) ஒத்தவை.
கட்டுரை வினா U9-E13
10 புள்ளி
(a) ஒரு op-amp என்றால் என்ன, இலட்சிய பண்புகளைக் கூறுக. (b) எதிர் மீள்-உள்ளீடின் "virtual short"-ஐப் பயன்படுத்தி தலைகீழ் பெருக்கி (V_out = −R_f/R_in · V_in) எனத் தருவிக்க. (c) R_f=200 kΩ, R_in=20 kΩ, V_in=−0.4 V, ±12 V வழங்கல் — V_out.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) Op-amp = அதி-உயர் வேறுபாட்டு (differential) பெருக்கி IC. இலட்சியம்: A=∞, Z_in=∞, Z_out=0, bandwidth=∞.
(b) தலைகீழில் V_+=0; virtual short → V_−=0 (virtual ground). Z_in=∞ → இரு கிளைகளிலும் ஒரே I. R_in: I=V_in/R_in; R_f: I=(0−V_out)/R_f → V_out = −(R_f/R_in)V_in.
(c)
(b) தலைகீழில் V_+=0; virtual short → V_−=0 (virtual ground). Z_in=∞ → இரு கிளைகளிலும் ஒரே I. R_in: I=V_in/R_in; R_f: I=(0−V_out)/R_f → V_out = −(R_f/R_in)V_in.
(c)
V_out = −(200/20)(−0.4) = −10×(−0.4) = +4 V (வழங்கலுக்குள் ✓)
கட்டுரை வினா U9-E14
10 புள்ளி
(a) தலைகீழ் அல்லாத பெருக்கியின் சுற்று & கொள்கையை விளக்கி, A=1+R_f/R_in எனத் தருவிக்க. (b) Buffer (voltage follower) என்றால் என்ன, அதன் பயன் எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) V_in நேராக + உள்ளீட்டுக்கு. வெளியீடு V_out ஒரு R_f, R_in பிரிப்பான் வழியே − உள்ளீட்டுக்கு: V_− = V_out · R_in/(R_f+R_in). Virtual short → V_+=V_− → V_in = V_out·R_in/(R_f+R_in) → A = V_out/V_in = (R_f+R_in)/R_in = 1+R_f/R_in. நேர், ≥1.
(b) Buffer = வெளியீடு நேராக − உள்ளீட்டுடன் (R_f=0) → A=1, V_out=V_in. Z_in≈∞, Z_out≈0; ஓர் உயர் இம்பெடன்ஸ் மூலம் (உ-ம். pH sensor) குறை இம்பெடன்ஸ் சுமையை (உ-ம். ADC) loading விளைவின்றி இயக்கப் பயன்படுகிறது (இம்பெடன்ஸ் தனிமைப்படுத்தல்).
(b) Buffer = வெளியீடு நேராக − உள்ளீட்டுடன் (R_f=0) → A=1, V_out=V_in. Z_in≈∞, Z_out≈0; ஓர் உயர் இம்பெடன்ஸ் மூலம் (உ-ம். pH sensor) குறை இம்பெடன்ஸ் சுமையை (உ-ம். ADC) loading விளைவின்றி இயக்கப் பயன்படுகிறது (இம்பெடன்ஸ் தனிமைப்படுத்தல்).
கட்டுரை வினா U9-E15
10 புள்ளி
(a) ஒப்பீட்டாளர் (comparator) எவ்வாறு செயல்படுகிறது, ஒரு வெப்ப அலாரம் (LDR/தெர்மிஸ்டர் + பிரிப்பான் + op-amp comparator) எவ்வாறு அமைக்கலாம் எனக் கூறுக. (b) எதிர் மீள்-உள்ளீட்டின் (negative feedback) நன்மைகளைக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) திறந்த-வளையத்தில் (மீள்-உள்ளீடு இல்லாமல்) A மிக அதிகம் → V_+ > V_− → V_out ≈ +V_sat; V_+ < V_− → V_out ≈ −V_sat (இரு நிலை, threshold detector). வெப்ப அலாரம்: தெர்மிஸ்டர் + நிலை R-உடன் பிரிப்பான் வெளியீட்டை + உள்ளீட்டுக்கு; ஒரு திறப்பு R₁/R₂ பிரிப்பான் வெளியீட்டை − உள்ளீட்டுக்கு. வெப்பம்↑ → தெர்மிஸ்டர் R↓ → V_+ ↑; V_+ > V_− நிலையில் op-amp +V_sat → ஒலி அலாரம்/LED இயங்கும்.
(b) நிலையான பெருக்கம் (கூறு மதிப்புகளால் தீர்மானம், செயலி பண்புகள் மாறுபாட்டை எதிர்க்கும்); குறை சிதைவு (linearity); விரிந்த bandwidth; குறை வெளியீட்டு இம்பெடன்ஸ்; உயர் உள்ளீட்டு இம்பெடன்ஸ்.
(b) நிலையான பெருக்கம் (கூறு மதிப்புகளால் தீர்மானம், செயலி பண்புகள் மாறுபாட்டை எதிர்க்கும்); குறை சிதைவு (linearity); விரிந்த bandwidth; குறை வெளியீட்டு இம்பெடன்ஸ்; உயர் உள்ளீட்டு இம்பெடன்ஸ்.
கட்டுரை வினா U9-E16
10 புள்ளி
(a) ஒரு கூட்டி (summing) amplifier-ஐ வரைந்து, V_out = −R_f(V_1/R_1 + V_2/R_2 + …) எனத் தருவிக்க. (b) Audio mixer-இல் இது எவ்வாறு பயன்படுகிறது எனக் கூறுக. (c) R_1=R_2=10 kΩ, R_f=10 kΩ; V_1=0.6 V, V_2=−0.2 V. V_out.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) V_+=0; − உள்ளீடு virtual ground (V_−=0). ஒவ்வொரு உள்ளீடு V_i தனது R_i வழியே I_i = V_i/R_i செலுத்துகிறது. அனைத்து இம்மின்னோட்டங்களும் (op-amp உள்ளீட்டு மின்னோட்டம் 0) R_f வழியே செல்கின்றன: I_total = ΣI_i = (0 − V_out)/R_f → V_out = −R_f Σ(V_i/R_i).
(b) ஒவ்வொரு audio சேனலின் சமிக்ஞையும் தனி R வழியே op-amp − உள்ளீட்டுக்குச் சேர்க்கப்படுகிறது; R-களை மாற்றுவதன் மூலம் வெவ்வேறு கூட்டு எடை (volume) அடையலாம். வெளியீடு கலந்த சமிக்ஞை.
(c)
(b) ஒவ்வொரு audio சேனலின் சமிக்ஞையும் தனி R வழியே op-amp − உள்ளீட்டுக்குச் சேர்க்கப்படுகிறது; R-களை மாற்றுவதன் மூலம் வெவ்வேறு கூட்டு எடை (volume) அடையலாம். வெளியீடு கலந்த சமிக்ஞை.
(c)
V_out = −10(0.6/10 + (−0.2)/10) = −10×(0.04) = −0.4 V
கட்டுரை வினா U9-E17
10 புள்ளி
(a) எண்ணிம (digital) தர்க்கத்தின் இரு-நிலைக் கொள்கையை விளக்கி, AND, OR, NOT கேட்களின் சின்னம், உண்மை அட்டவணை & boolean தோற்றத்தைக் கூறுக. (b) எண்ணிம தர்க்கத்தின் இரு பயன்களைக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) எண்ணிம சமிக்ஞை இரு நிலையே: 0 (குறை, ≈0 V) & 1 (உயர், ≈+V_CC). AND (Y = A·B): 00→0, 01→0, 10→0, 11→1. OR (Y = A+B): 00→0, 01→1, 10→1, 11→1. NOT (Y = Ā): 0→1, 1→0.
(b) கணினி/மொபைல் CPU, நினைவகம்; எண்ணிம கடிகாரம், கால்குலேட்டர்; கட்டுப்பாட்டுச் சுற்றுகள் (வாஷிங் மெஷின், ஆட்டோமேஷன்).
(b) கணினி/மொபைல் CPU, நினைவகம்; எண்ணிம கடிகாரம், கால்குலேட்டர்; கட்டுப்பாட்டுச் சுற்றுகள் (வாஷிங் மெஷின், ஆட்டோமேஷன்).
கட்டுரை வினா U9-E18
10 புள்ளி
(a) NAND கேட்டின் உண்மை அட்டவணையைக் கூறி, அது "universal" எவ்வாறு என — அதிலிருந்து NOT, AND, OR-ஐ எவ்வாறு கட்டலாம் எனக் காட்டுக. (b) De Morgan விதிகளை எழுதுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) NAND: 00→1, 01→1, 10→1, 11→0. NOT: இரு உள்ளீடுகளையும் ஒன்றாகச் சேர்க்க → Y = (A·A)' = A'. AND: NAND-ஐ NOT செய்க: ((A·B)')' = A·B. OR: இரு உள்ளீடுகளையும் முதலில் NOT (NAND கொண்டு), பின் ஒரு NAND: (A'·B')' = A+B (De Morgan). எனவே எந்தத் தர்க்கச் சுற்றையும் NAND மட்டுமே கொண்டு கட்டலாம்.
(b) (A·B)' = A'+B'; (A+B)' = A'·B'. தலைகீழ் AND ↔ OR-ஐ மாற்றியமைக்கிறது.
(b) (A·B)' = A'+B'; (A+B)' = A'·B'. தலைகீழ் AND ↔ OR-ஐ மாற்றியமைக்கிறது.
கட்டுரை வினா U9-E19
10 புள்ளி
(a) ஒரு பாதி-கூட்டி (half-adder) என்றால் என்ன, அதன் Sum & Carry வெளியீடுகளை boolean-உடன் கூறுக. (b) ஒரு முழு-கூட்டி (full-adder) எவ்வாறு பாதி-கூட்டிகளால் உருவாக்கப்படுகிறது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) பாதி-கூட்டி: இரு பிட் A, B-ஐக் கூட்டுகிறது. Sum = A⊕B (XOR), Carry = A·B (AND). 1+1=10 → S=0, C=1.
(b) முழு-கூட்டி மூன்றாவது உள்ளீடு C_in-ஐயும் ஏற்கிறது (கடந்த நிலையின் carry). இரு பாதி-கூட்டி + ஒரு OR: முதல் HA(A, B) → S₁, C₁; இரண்டாம் HA(S₁, C_in) → Sum, C₂. C_out = C₁ + C₂ (OR). எனவே பல-பிட் கூட்டல் முழு-கூட்டிகளைச் சங்கிலியாக இணைப்பதன் மூலம் (ripple-carry adder) நிகழ்த்தப்படுகிறது.
(b) முழு-கூட்டி மூன்றாவது உள்ளீடு C_in-ஐயும் ஏற்கிறது (கடந்த நிலையின் carry). இரு பாதி-கூட்டி + ஒரு OR: முதல் HA(A, B) → S₁, C₁; இரண்டாம் HA(S₁, C_in) → Sum, C₂. C_out = C₁ + C₂ (OR). எனவே பல-பிட் கூட்டல் முழு-கூட்டிகளைச் சங்கிலியாக இணைப்பதன் மூலம் (ripple-carry adder) நிகழ்த்தப்படுகிறது.
கட்டுரை வினா U9-E20
10 புள்ளி
(a) எண்ணிம (digital) தர்க்கம் analog-ஐ விட சத்தத்தைத் தாங்கும் ஏன் எனக் கூறுக. (b) Boolean இயற்கணித அடிப்படை விதிகளை (idempotent, complement, identity, absorption) எழுதுக. (c) F = A·B + A·B̄ + Ā·B-ஐ எளிமைப்படுத்துக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) எண்ணிமம்: 0 ≈ 0 V, 1 ≈ +V_CC, இடைய "தடை" மண்டலம். கம்பியில் ±V சத்தம் சேர்ந்தாலும் வெளியீடு சரியாக 0 அல்லது 1 ஆக மீட்கப்படுகிறது (logic gate threshold); சத்தம் சேமிக்கப்படாது. Analog-இல் ஒவ்வொரு மட்டமும் தகவல், எனவே சத்தம் நேரடியாக சிதைக்கும்.
(b) Idempotent: A·A=A, A+A=A. Complement: A·Ā=0, A+Ā=1. Identity: A·1=A, A+0=A, A·0=0, A+1=1. Absorption: A + A·B = A; A·(A+B) = A.
(c)
(b) Idempotent: A·A=A, A+A=A. Complement: A·Ā=0, A+Ā=1. Identity: A·1=A, A+0=A, A·0=0, A+1=1. Absorption: A + A·B = A; A·(A+B) = A.
(c)
F = A·B + A·B̄ + Ā·B = A(B + B̄) + Ā·B = A·1 + Ā·B = A + Ā·B
= (A + Ā)·(A + B) = 1·(A+B) = A + B