Keywords:
Mechanic Diesel Theory, Auto Electrical Components, Relay and Solenoid Working, Transformer Windings, Alternator Parts, Semiconductor Basics in Gujarati, Automotive Electronics Lesson, ITI Diesel Mechanic Notes.
Tracing Auto Electrical Components in Circuit – Solenoid & Relay 🚗⚡
Objectives (ઉદ્દેશ્યો): આ લેસનના અંતે તમે સમજી શકશો:
- Define a relay (Relay ને વ્યાખ્યાયિત કરવી)
- Classify relays (Relay નું તેના કાર્ય અને બળ મુજબ વર્ગીકરણ કરવું)
- Describe the function of current & voltage sensing relay (Current અને Voltage sensing relay ના કાર્યોનું વર્ણન કરવું)
- State the function of solenoid (Solenoid ના કાર્યો જણાવવા)
Relay (રિલે) 🔄
Relay is a device which opens or closes an auxiliary circuit under predetermined conditions in the main circuit. Relay એક એવું સાધન છે જે main circuit માં નક્કી કરેલી પરિસ્થિતિઓ મુજબ auxiliary (ગૌણ) circuit ને ખોલે અથવા બંધ કરે છે.
Relays નો ઉપયોગ electronics, electrical engineering અને બીજા ઘણા ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે. Relays voltage, current, temperature, frequency અથવા આ બધાના મિશ્રણની પરિસ્થિતિઓ પ્રત્યે સંવેદનશીલ (sensitive) હોય છે.
Relays ને તેમના મુખ્ય operating force મુજબ નીચે મુજબ વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે:
- Electromagnetic relays
- Thermal relays
Electromagnetic relay: આ relay switch assembly એ movable અને fixed low-resistance contacts નું મિશ્રણ છે જે circuit ને open અથવા close કરે છે. Fixed contacts ને springs અથવા brackets પર લગાડવામાં આવે છે. Movable contacts ને spring અથવા hinged arm પર લગાડવામાં આવે છે જે relay માં રહેલા electromagnet દ્વારા ફેરવવામાં આવે છે (Fig 1 મુજબ).
Current sensing relay: જ્યારે current તેની upper limit (ઉપરની મર્યાદા) પર પહોંચે ત્યારે આ relay કામ કરે છે. Pick up (ચાલુ થવું જ જોઈએ) અને Non-pick up (ચાલુ ન થવું જોઈએ) વચ્ચેનો તફાવત ખૂબ જ ચોકસાઈથી નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે. Drop out (બંધ થવું જ જોઈએ) અને Non-drop out (બંધ ન થવું જોઈએ) માટે પણ તફાવત નિયંત્રિત હોય છે.
Voltage sensing relay: આ relay નો ઉપયોગ ત્યારે થાય છે જ્યારે voltage ની સ્થિતિ – under voltage અથવા over voltage – સાધનોને નુકસાન પહોંચાડી શકે તેમ હોય. દાખલા તરીકે, આ પ્રકારના relays voltage stabilizers માં વપરાય છે.
Solenoid (સોલેનોઇડ) 🧲
Solenoid is a coil wound into a tightly packed long thin loop of wire, often wrapped around a metallic core, which produces a uniform magnetic field. Solenoid એ પાતળા તારને નજીક-નજીક વીંટાળીને બનાવેલી એક coil છે, જે સામાન્ય રીતે ધાતુના ગર્ભ (metallic core) પર વીંટાળેલી હોય છે, જે ચુંબકીય ક્ષેત્ર (magnetic field) ઉત્પન્ન કરે છે (Fig 2).
Application (ઉપયોગ): Solenoid switch એ એક મજબૂત electromagnetic switch છે. તેનો ઉપયોગ running clutch drive pinion ને flywheel ring gear સાથે જોડવા માટે થાય છે. તે battery અને starting motor વચ્ચેના contacts ને જોડવા માટે પણ કામ કરે છે.
Construction of solenoid switch (સોલેનોઇડ સ્વીચની રચના – Fig 3): Solenoid માં બે windings હોય છે: pull-in winding (1) અને hold-in winding (11). Pull-in winding જાડા વાયર (series winding) થી બનેલી હોય છે અને hold-in winding પાતળા વાયર (shunt winding) થી બનેલી હોય છે. Pull-in winding એ solenoid માં starter switch (3) સાથે જોડાયેલી હોય છે.
Hold-in winding (2) એ switch terminal અને ground (4) સાથે જોડાયેલી હોય છે. આ બંને windings એક hollow core (4) ની આસપાસ વીંટાળેલી હોય છે. એક iron plunger (5) આ core ની અંદર રાખવામાં આવે છે. Plunger નો બીજો છેડો shift lever (7) ને ફેરવે છે જેથી pinion (8) એ flywheel ring gear (9) સાથે જોડાય.
Function of solenoid switch (સોલેનોઇડ સ્વીચનું કાર્ય): જ્યારે starter switch (3) ફેરવવામાં આવે છે, ત્યારે battery માંથી current solenoid windings (1) અને (2) માં વહે છે. આનાથી windings માં શક્તિ આવે છે (energises) જે plunger (5) ને ખેંચે છે. Plunger (5) એ shift lever (7) ને ચલાવે છે જેથી pinion (8) એ flywheel ring gear (9) સાથે જોડાય છે. ત્યારબાદ તે battery (10) અને starting motor વચ્ચેની circuit બંધ કરે છે.
Primary and Secondary Winding, Transformers, Stator and Rotor Coil ⚡🔄
Objectives (ઉદ્દેશ્યો):
- Define primary and secondary of a transformer (Transformer ના primary અને secondary ને વ્યાખ્યાયિત કરવા)
- State constructional features and function of each part (દરેક ભાગની રચના અને કાર્યો જણાવવા)
- State reasons for laminated silicon steel used as core material (Core material તરીકે laminated silicon steel કેમ વપરાય છે તે જણાવવું)
Two-winding transformers 🔋
Transformer તેના સાદા સ્વરૂપમાં બે stationary coils ધરાવે છે જે mutual magnetic flux (Fig 1) દ્વારા જોડાયેલી હોય છે. આ coils ને mutually coupled કહેવામાં આવે છે કારણ કે તેઓ common flux સાથે જોડાયેલા હોય છે.
Laminated steel core transformers નો ઉપયોગ power applications માં થાય છે. AC source સાથે જોડાયેલી coil ને primary winding કહેવાય છે. Primary એ transformer નો input છે. તે core માં flux પેદા કરે છે. આ flux બીજી coil સાથે જોડાય છે, જેને secondary winding કહેવામાં આવે છે.
Flux બદલાતો હોવાથી, તે secondary માં electromagnetic induction દ્વારા voltage પેદા કરે છે. આમ primary એ source માંથી power મેળવે છે અને secondary આ power લોડ (load) ને આપે છે. આ પ્રક્રિયાને Transformer Action કહેવાય છે. આ બે coils વચ્ચે કોઈ electrical connection હોતું નથી.
Efficiency: Transformers ખૂબ જ કાર્યક્ષમ (efficient) સાધનો છે. તેમની efficiency સામાન્ય રીતે 92% થી 99% ની વચ્ચે હોય છે.
Transformer Definition & Types
Transformer is an electrical device that transforms the AC voltage between two circuits through electromagnetic induction. તેનો ઉપયોગ voltage ને વધારવા (Step up) અથવા ઘટાડવા (Step down) માટે થાય છે.
Types:
- Step up transformer (વોલ્ટેજ વધારનાર)
- Step down transformer (વોલ્ટેજ ઘટાડનાર)
Application: Transformer નો ઉપયોગ (1) petrol engine ignition system માં ignition coil તરીકે અને (2) battery charger માં થાય છે.
Ignition coil (Fig 2): તેનો ઉપયોગ low voltage ને high voltage માં બદલવા માટે થાય છે જેથી સ્પાર્ક (sparks) ઉત્પન્ન થઈ શકે. Secondary winding (1) માં આશરે 21,000 આંટા (turns) હોય છે, જ્યારે primary winding (4) માં 200-300 આંટા હોય છે.
Rotor: Rotor એ rotary electric motor અથવા generator નો ફરતો ભાગ (moving part) છે.
Description of Parts of an Alternator ⚙️⚡
Drive end frame (Fig 3): Drive end frame એ pre-lubricated sealed sliprings ને સપોર્ટ આપે છે જેમાં rotor shaft ફરે છે.
The rotor assembly (Fig 4): આમાં એક steel shaft હોય છે જે driving pulley, cooling fan, cylindrical iron core અને stator part ને પકડી રાખે છે.
Stator Assembly (Fig 5): આમાં laminated core, slots અને three windings હોય છે જે rectifiers સાથે જોડાયેલા હોય છે.
💡 Diodes (ડાયોડ્સ)
Objectives (ઉદ્દેશ્યો):
આ લેસનના અંતે તમે આ બાબતો શીખી શકશો:
- Semiconductors નો અર્થ જણાવવો.
- P અને N materials કેવી રીતે બને છે તે જણાવવું.
- PN junction ની ખાસિયત જણાવવી.
- Diodes ના અલગ-અલગ પ્રકારોનું લિસ્ટ બનાવવું.
- Polarity (ધ્રુવીયતા) જણાવવી.
- Diodes ના કેટલાક type numbers/code numbers જણાવવા.
Semiconductors (સેમિકન્ડક્ટર્સ):
Semiconductors એવા materials છે જેની electrical property એ Conductors (વાહક) અને Insulators (અવાહક) ની વચ્ચે હોય છે. આ કારણોસર, આ પદાર્થોને semiconductors કહેવામાં આવે છે. Conductors માં valence electrons હંમેશા free હોય છે. જ્યારે insulator માં valence electrons હંમેશા bound (બંધાયેલા) હોય છે.
પરંતુ, semiconductor માં valence electrons સામાન્ય રીતે bound હોય છે, પણ થોડી માત્રામાં energy આપીને તેને મુક્ત (set free) કરી શકાય છે. Semiconductor materials નો ઉપયોગ કરીને ઘણા electronic devices બનાવવામાં આવે છે, જેમાંથી એક device ને Diode તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ⚡
1. N-type semiconductors:
જ્યારે Arsenic (As) જેવા pentavalent material ને શુદ્ધ Germanium અથવા શુદ્ધ Silicon crystal માં ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે Fig 1a માં દર્શાવ્યા મુજબ દરેક bond દીઠ એક free electron મળે છે. કારણ કે દરેક arsenic atom એક free electron આપે (donates) છે, તેથી arsenic ને donor impurity કહેવામાં આવે છે.
જેમ કે એક free electron ઉપલબ્ધ છે અને કારણ કે electron એ Negative charge ધરાવે છે, તેથી આ રીતે મિશ્રણ દ્વારા બનતા મટીરીયલને N-type material તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
જ્યારે N-type material ને battery સાથે જોડવામાં આવે છે (Fig 1b મુજબ), ત્યારે free electrons ની ઉપલબ્ધતાને કારણે current વહે છે. આ current electrons ના પ્રવાહને કારણે હોવાથી, તેને electron current કહેવામાં આવે છે. 🔋
2. P-type semiconductors:
જ્યારે Gallium (Ga) જેવા trivalent material ને શુદ્ધ Germanium અથવા શુદ્ધ Silicon crystal માં ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે Fig 2a માં દર્શાવ્યા મુજબ દરેક bond દીઠ એક vacancy અથવા electron ની અછત (deficit) સર્જાય છે. દરેક gallium atom એક electron ની અછત અથવા hole બનાવે છે, આ material જ્યારે સપ્લાય આપવામાં આવે ત્યારે electrons સ્વીકારવા માટે તૈયાર હોય છે.
તેથી gallium ને acceptor impurity કહેવામાં આવે છે. કારણ કે electron માટે vacancy હોય છે, અને આ vacancy એ hole છે જે Positive charge ધરાવે છે, તેથી આ રીતે બનતા મટીરીયલને P-type material તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ➕
જ્યારે P-type material ને battery સાથે જોડવામાં આવે છે (Fig 2b મુજબ), ત્યારે holes ની ઉપલબ્ધતાને કારણે current વહે છે. આ current holes ના પ્રવાહને કારણે હોવાથી, તેને hole current કહેવામાં આવે છે.
🤝 PN junction (PN જંકશન)
જ્યારે P-type અને N-type semiconductors ને જોડવામાં આવે છે, ત્યારે બે materials વચ્ચેની સંપર્ક સપાટી (contact surface) ને PN-junction કહેવામાં આવે છે. આ junction માં એક અનોખી લાક્ષણિકતા (unique characteristic) છે. આ junction માં એક દિશામાં current પસાર કરવાની ક્ષમતા છે અને બીજી દિશામાં current ના પ્રવાહને રોકવાની ક્ષમતા છે. 🚫➡️✅
PN junction ના આ અનોખા ગુણધર્મનો ઉપયોગ કરવા માટે, બે terminals – એક P side પર અને બીજો N side પર જોડવામાં આવે છે. આવા terminals સાથે જોડાયેલા PN junction ને Diode કહેવામાં આવે છે. PN-junction diode નું સામાન્ય symbol Fig 3a માં દર્શાવેલ છે.
- Anode: P side (+)
- Cathode: N side (-)
Forward Biased (Fig 3b): જ્યારે પોઝિટિવ છેડો Anode સાથે જોડાય, ત્યારે Low Resistance (< 100 Ω) મળે છે અને current વહે છે. Reverse Biased (Fig 3c): જ્યારે પોઝિટિવ છેડો Cathode સાથે જોડાય, ત્યારે Very High Resistance (> 100M Ω) મળે છે અને NO CURRENT (પ્રવાહ વહેતો નથી).
📊 Types of diodes (ડાયોડના પ્રકારો)
અત્યાર સુધી ચર્ચા કરેલા PN junction diodes ને સામાન્ય રીતે rectifier diodes તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આનું કારણ એ છે કે આ diodes નો ઉપયોગ મોટાભાગે AC ને DC માં રૂપાંતરિત (rectifying) કરવા માટે થાય છે.
Classification of diodes (ડાયોડનું વર્ગીકરણ):
1. તેમની current carrying capacity/power handling capacity ના આધારે:
- Low power diodes: તે માત્ર થોડા milliwatts જેટલો પાવર હેન્ડલ કરી શકે છે.
- Medium power diodes: તે માત્ર થોડા watts ના ઓર્ડરનો પાવર હેન્ડલ કરી શકે છે.
- High power diodes: તે 100 થી વધુ watts ના ઓર્ડરનો પાવર હેન્ડલ કરી શકે છે. 🚀
2. તેમના મુખ્ય ઉપયોગ (Principal application) ના આધારે:
- Signal diodes: Low power diodes જેનો ઉપયોગ signal detection અને mixing માટે radio receivers વગેરે જેવા communication circuits માં થાય છે.
- Switching diodes: Digital electronics વગેરેમાં circuits ને ઝડપથી ON/OFF કરવા માટે વપરાતા low power diodes.
- Rectifier diodes: AC voltage ને DC માં રૂપાંતરિત કરવા માટે electronic circuits ના power supplies માં વપરાતા medium થી high power diodes.
🏷️ Polarity marking on the diodes (ડાયોડ પર પોલેરિટી માર્કિંગ)
Diode ના cathode છેડાને સામાન્ય રીતે તેની body પર circular band અથવા dot અથવા plus (+) ચિહ્ન દ્વારા ચિહ્નિત કરવામાં આવે છે. કેટલાક diodes માં diode નું symbol પોતે જ તેની body પર છાપેલું હોય છે, જે polarities સૂચવે છે.
🔢 Type number or diode code number
Resistors, capacitors અથવા inductors થી વિપરીત, diodes ની body પર તેની કોઈ કિંમત (value) છાપેલી હોતી નથી. આનું કારણ એ છે કે અસંખ્ય પ્રકારના diodes છે જેની current handling અને અન્ય specifications અલગ હોય છે. તેથી, દરેક diode ની body પર એક type number છાપેલું હશે.
કેટલાક લોકપ્રિય type numbers:
- OAxx: (દા.ત. OA79, OA85)
- BYxxx: (દા.ત. BY127, BY128)
- DRxxx: (દા.ત. DR25, DR150)
- 1Nxxxx: (દા.ત. 1N917, 1N4001, 1N4007)
📻 Transistors and Classification (ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને તેનું વર્ગીકરણ)
🎯 Objectives (ઉદ્દેશ્યો):
આ પાઠના અંતે તમે સક્ષમ હશો:
- ટ્રાન્ઝિસ્ટરના બે મુખ્ય ઉપયોગો જણાવવા.
- Vacuum tubes કરતા ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ફાયદા સમજાવવા.
- ટ્રાન્ઝિસ્ટરના મહત્વના વર્ગીકરણોની યાદી બનાવવી.
- Transistor data book નો ઉપયોગ સમજવો.
- ટ્રાન્ઝિસ્ટરના leads (છેડા) ના નામ આપવા.
- ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ત્રણ સેક્શનના કાર્યો જણાવવા.
- ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ઉપયોગ પહેલા કરવાના બે ટેસ્ટ સમજાવવા.
📝 Introduction to transistors (ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો પરિચય)
Transistors એ ત્રણ કે તેથી વધુ leads/terminals ધરાવતા semiconductor devices છે.
- Amplification: ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો મુખ્ય ઉપયોગ નાના electric signals ને મોટા (amplify) કરવા માટે થાય છે. જે સર્કિટ આ કામ કરે છે તેને Transistor amplifier કહેવાય છે. 🔊
- Switching: ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો બીજો મહત્વનો ઉપયોગ Solid state switch તરીકે થાય છે. જેમાં કોઈ ફિઝિકલ ON/OFF કોન્ટેક્ટ હોતા નથી.
- ટ્રાન્ઝિસ્ટરને બે PN junction ડાયોડ જે પીઠ પાછળ (back to back) જોડાયેલા હોય તેમ સમજી શકાય છે.
💡 Advantages over Vacuum Tubes (વેક્યૂમ ટ્યુબ કરતા ફાયદા)
1947 માં ટ્રાન્ઝિસ્ટરની શોધ પહેલા વેક્યૂમ ટ્યુબ વપરાતી હતી. તેની સરખામણીમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ફાયદા:
- કદમાં ખૂબ નાના (Very small in size).
- વજનમાં હલકા (Light in weight).
- ગરમીના સ્વરૂપમાં પાવરનો વ્યય નહિવત (Minimum power loss).
- ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ ઓછા (Low operating voltage).
- મજબૂત બનાવટ (Rugged in construction).
📂 Classification of Transistors (ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું વર્ગીકરણ)
1️⃣ Based on the semiconductor used (વપરાયેલ સેમિકન્ડક્ટરના આધારે):
- Germanium transistors
- Silicon transistors (મોટાભાગે સિલિકોન વપરાય છે કારણ કે તે ગરમીમાં વધુ સ્થિર છે.)
2️⃣ Based on P and N junctions (P અને N જંકશનના આધારે):
- NPN transistors (વધુ ઝડપી સ્વિચિંગ માટે આ વધુ પસંદ કરવામાં આવે છે.)
- PNP transistors
3️⃣ Based on Power handling capacity (પાવર ક્ષમતાના આધારે):
Transistors ના પ્રકારો (Types of Transistors) 📊
| Low power transistors | Medium power transistors | High power transistors | | :— | :— | :— | | (less than 2 watts) | (2 to 10 watts) | (more than 10 watts) | | ૨ વોટથી ઓછા પાવર માટે. | ૨ થી ૧૦ વોટના પાવર માટે. | ૧૦ વોટથી વધુ પાવર માટે. | | Fig 6: TO-92 | TO-05 | TO-03 |
Thyristor અને SCR ના લક્ષણો (Thyristor and the characteristics of SCR) ⚙️
Introduction (પરિચય): Thyristors એ four layer devices છે જેને મોટા પ્રમાણમાં motors અને અન્ય electrical equipments ને control કરવા માટે electronically ‘on’ અથવા ‘off’ કરી શકાય છે. Silicon Controlled Rectifier (SCR) અને triac એ thyristor ના ઉદાહરણો છે. Modern industries માં વપરાતા લગભગ તમામ electronic controls thyristors વાળા electronic circuits ના બનેલા હોય છે.
Working of SCR (SCR ની કાર્યપદ્ધતિ): SCR એ three terminals વાળું four-layer device છે, જેમાં anode, cathode, and the gate હોય છે. જ્યારે anode ને cathode ની સાપેક્ષમાં positive બનાવવામાં આવે ત્યારે junction $J_1$ અને $J_3$ forward-biased હોય છે, અને junction $J_2$ reverse-biased હોય છે અને માત્ર થોડો leakage current જ device માંથી પસાર થાય છે. આ અવસ્થાને forward blocking state અથવા off-state કહેવામાં આવે છે.
જ્યારે anode-to-cathode voltage વધારવામાં આવે છે, ત્યારે reverse-biased junction $J_2$ માં depletion layers પર મોટા voltage gradient ને કારણે તે break down થાય છે. આને avalanche breakdown કહેવાય છે. જે ક્ષણે અન્ય junctions $J_1$ અને $J_3$ forward-biased થાય છે, ત્યારે ત્રણેય junctions માં carrier movement શરૂ થાય છે, જેના પરિણામે anode-to-cathode forward current ($I_F$) વધે છે. Device માં voltage drop ($V_F$) એ ચાર layers માં ohmic drop જેટલો હશે, અને device ત્યારે conduction state અથવા on-state માં છે તેમ કહેવાય છે. ⚡
Fig 7: CONSTRUCTION & SYMBOL OF SILICON CONTROLLED RECTIFIER
On-state માં, current ને external impedance દ્વારા limit કરવામાં આવે છે. જો anode-to-cathode voltage ઘટાડવામાં આવે તો પણ, મૂળ depletion layer અને reverse-biased junction $J_2$ હવે carriers ના મુક્ત સંચાલનને કારણે અસ્તિત્વમાં નથી, તેથી device ‘on’ રહેવાનું ચાલુ રાખશે.
જ્યારે forward current એ holding current ($I_H$) ના સ્તરથી નીચે જાય છે, ત્યારે ઘટેલા carriers ને કારણે junction $J_2$ ની આસપાસ depletion region ફરીથી બનવાનું શરૂ થશે, અને device blocking state માં જશે.
તેવી જ રીતે, જ્યારે SCR switch on થાય છે, ત્યારે મળતો forward current એ latching current ($I_L$) કરતા વધારે હોવો જોઈએ. Junctions પર carrier flow જાળવી રાખવા માટે આ જરૂરી છે; અન્યથા, anode-to-cathode voltage દૂર થતાની સાથે જ device blocking state માં પાછું આવી જશે. Holding current સામાન્ય રીતે latching current કરતા ઓછો હોય છે, પરંતુ તેની ખૂબ નજીક હોય છે; તેની કિંમત થોડા milliampere (mA) જેટલી હોય છે. જ્યારે cathode ને anode ની સાપેક્ષમાં positive બનાવવામાં આવે છે, ત્યારે junctions $J_1$ અને $J_3$ reverse-biased થાય છે, અને SCR માંથી નાનો reverse leakage current વહેશે. આ device ની reverse blocking state છે. 🔄
Multimeter થી SCR નું ટેસ્ટિંગ (Testing of SCR) 🧪
Multimeter ને low range પર set કરો. Adjustment knob વડે zero અને infinity adjust કરો. SCR ને Fig 8 માં દર્શાવ્યા મુજબ connect કરો. Meter કોઈ reading બતાવશે નહીં. Junctions ને કારણે જો test prods બદલવામાં આવે (interchanged) તો પણ meter reading બતાવશે નહીં. Multimeter infinite resistance બતાવશે. SCR ને Fig 8 માં દર્શાવ્યા મુજબ ફરી connect કરો.
Fig 8: TESTING OF SCR
જ્યારે gate ને momentary (થોડી ક્ષણ માટે) anode prods સાથે અડાડવામાં આવે છે, ત્યારે meter 30 થી 40 Ohm વચ્ચે low resistance બતાવે છે. જ્યારે gate દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે પણ meter 30 અને 40 Ohm નું સમાન મૂલ્ય બતાવવાનું ચાલુ રાખે છે.
આનો અર્થ એ છે કે SCR સારી working condition માં છે. જો meter કોઈ reading બતાવતું નથી, તો SCR faulty (ખામીયુક્ત) છે. જ્યારે gate ને નાનો forward bias આપવામાં આવે છે, ત્યારે gate SCR ને switch કરે છે અને junction નો internal resistance ઓછો થઈ જાય છે, જેથી current cathode થી anode સુધી સરળતાથી વહી શકે છે. એકવાર SCR conduct થઈ જાય પછી, જો gate નો forward bias દૂર કરવામાં આવે તો પણ, SCR anode-to-cathode current meter દ્વારા વહેવાનું ચાલુ રહેશે, અને multimeter low resistance એટલે કે 30 થી 40 Ohm બતાવવાનું ચાલુ રાખશે. ✅
Thermistor (થર્મિસ્ટર) 🌡️🚗
Thermistor એ એક semiconductor device છે જેનો ઉપયોગ હાલમાં મોટાભાગના વાહનોમાં થાય છે. તેમનું નામ એટલા માટે રાખવામાં આવ્યું છે કારણ કે તેઓ ખરેખર temperature sensitive resistor છે. તે powdered nickel, cobalt, copper, iron અને manganese ના મિશ્રણથી બનેલું છે જેને ઊંચા તાપમાને એકસાથે ફ્યુઝ (fused) કરવામાં આવ્યું હોય છે. તાપમાન સાથે thermistor નો electrical resistance ઘણો બદલાય છે.
Thermistors નો ઉપયોગ તાપમાનમાં થતા વિવિધ ફેરફારોને શોધવા માટે થાય છે. તેમનો સૌથી સામાન્ય ઉપયોગ engine coolant temperature અથવા inlet air temperature માપવા માટે થાય છે.
મોટા ભાગના સામાન્ય પ્રકારના thermistor માં, તાપમાન વધવાની સાથે resistance ઘટે છે. આ પ્રકારને negative temperature coefficient (NTC) thermistor કહેવામાં આવે છે. કેટલાક thermistor positive temperature coefficient (PTC) પ્રકારના હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે તાપમાન વધવાની સાથે thermistor નો resistance પણ વધે છે. NTC પ્રકારના thermistors નો ઉપયોગ Automotives માં engine coolant temperature sensors તરીકે થાય છે જે Fig 9 માં દર્શાવેલ છે.
Thermistors નો ઉપયોગ હવાનું તાપમાન જાણવા માટે પણ થઈ શકે છે. ઉપયોગમાં લેવાતી ઘણી computer controlled fuel systems ઇનપુટ તરીકે air temperature નો ઉપયોગ કરે છે. આ સરળતાથી install કરી શકાય છે અને computers સાથે wired હોય છે, અને તાપમાન બદલાતા તેમના resistance માં ફેરફાર જોવા મળે છે. 📉
Uni-junction transistor (UJT) ⚡
Objectives (ઉદ્દેશ્યો):
આ લેસનના અંતે તમે આ બાબતોમાં સક્ષમ હશો:
- UJT ની construction (બનાવટ), equivalent circuit અને symbol સમજાવવા.
- UJT ના applications (ઉપયોગો) જણાવવા.
The Uni-junction transistor (UJT): Uni-junction transistor એ હળવા ડોપ કરેલા (lightly doped) n-type silicon bar નો બનેલો હોય છે, જેમાં એક બાજુએ 60% ઊંચાઈ પર P-type material નો નાનો ટુકડો જોડવામાં આવે છે, જે Fig 1a માં દર્શાવેલ છે. તેના છેડાના ટર્મિનલ્સને base 1 ($B_1$) અથવા Cathode (K) અને base 2 ($B_2$) અથવા anode (A) કહેવામાં આવે છે, અને P-type material ને emitter (E) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. Highly doped n-type material નો resistance વધારે હોય છે અને તેને બે resistors $r_{B1}$ અને $r_{B2}$ દ્વારા દર્શાવી શકાય છે. $r_{B1}$ અને $r_{B2}$ ના સરવાળાને $R_{BB}$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
(Refer Fig 1b). Emitter (P-type) n-type silicon bar સાથે PN junction બનાવે છે અને આ junction ને equivalent circuit (Fig 1b) માં diode દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. તેનો circuit symbol Fig 1c માં બતાવ્યો છે.
Application of UJTs: UJTs નો ઉપયોગ electronic switching અને voltage અથવા current sensing applications ને લગતી વિવિધ સર્કિટમાં વ્યાપકપણે થાય છે.
Field effect transistors (FET) 🔌
Objectives:
આ લેસનના અંતે તમે આ બાબતોમાં સક્ષમ હશો:
- Bi-polar transistors અને field effect transistors વચ્ચેનો તફાવત સમજાવવા.
- તેની basic construction અને વપરાતા symbol લખવા.
- FETs ની theory of operation સમજાવવા.
- Typical FET a.c voltage amplifiers સમજાવવા.
Field Effect Transistor (FET): Bi-polar transistor અને FET વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત એ છે કે:
- Bi-polar transistor એ current controlled device છે. સાદા શબ્દોમાં, આનો અર્થ એ છે કે bi-polar transistor માં મુખ્ય current ને base current દ્વારા control કરવામાં આવે છે.
- FET એ voltage controlled device છે. આનો અર્થ એ છે કે gate પરનો voltage મુખ્ય current ને control કરે છે.
ઉપર જણાવેલ બાબતો ઉપરાંત, bi-polar transistor માં મુખ્ય current હંમેશા N-doped અને P-doped semiconductor materials માંથી વહે છે. જ્યારે FET માં મુખ્ય current કાં તો N-doped semiconductor માંથી અથવા તો માત્ર P-doped semiconductor માંથી વહે છે, જે Fig 1 માં દર્શાવેલ છે.
જો મુખ્ય current માત્ર N-doped material માંથી વહેતો હોય, તો આવા FET ને N-channel અથવા N-type FET કહેવામાં આવે છે. P-doped material માંથી વહેતો current માત્ર Holes દ્વારા હોય છે.
Bipolar transistors થી વિપરીત જેમાં મુખ્ય current electrons અને holes બંને દ્વારા હોય છે, FETs માં (પ્રકાર P અથવા N પર આધાર રાખીને) મુખ્ય current બંનેમાંથી કોઈ એક દ્વારા જ હોય છે અને ક્યારેય બંને દ્વારા હોતો નથી. આ કારણોસર FETs ને Unipolar transistors અથવા unipolar device તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
Junction Field Effect Transistor (JFET) 📱
તે ત્રણ ટર્મિનલ ધરાવતી device છે અને જોવામાં bi-polar transistor જેવી જ લાગે છે. N-channel અને P-channel પ્રકારના FETs ના standard circuit symbols Fig 2 માં બતાવ્યા છે.
Construction: Fig 3a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, N-channel JFET માં n-type નો સાંકડો bar હોય છે. તેની ઉપર, બે p-type junctions તેના મધ્ય ભાગની વિરુદ્ધ બાજુઓ પર ફેલાયેલા (diffused) હોય છે. આ diffused junctions બે PN diodes અથવા gates બનાવે છે. આ junctions/gates વચ્ચેના N-type semiconductor વિસ્તારને channel કહેવામાં આવે છે. વિરુદ્ધ બાજુઓ પરના Diffused P regions આંતરિક રીતે જોડાયેલા હોય છે અને એક જ lead બહાર કાઢવામાં આવે છે જેને gate lead અથવા terminal કહેવામાં આવે છે.
Bar ના બે છેડા પર direct electrical connections કરવામાં આવે છે. જેમાંથી એકને source terminal S અને બીજા ટર્મિનલને drain-D કહેવામાં આવે છે. P-channel FET બનાવટમાં N-channel FET જેવું જ હોય છે, તફાવત માત્ર એટલો છે કે તે P-type bar અને બે N-type junctions નો ઉપયોગ કરે છે, જે Fig 3b માં બતાવ્યું છે.
FET notation (ટર્મિનલ્સની સમજ):
- Source terminal: તે ટર્મિનલ છે જેના દ્વારા majority carriers bar માં પ્રવેશે છે.
- Drain terminal: તે ટર્મિનલ છે જેના દ્વારા majority carriers bar માંથી બહાર નીકળે છે.
- Gate terminal: આ બે આંતરિક રીતે જોડાયેલા heavily doped regions છે જે બે P-N junctions બનાવે છે.
- Channel: તે બે gates વચ્ચેની જગ્યા છે જેમાંથી majority carriers source થી drain તરફ પસાર થાય છે જ્યારે FET કાર્યરત (on) હોય છે.
Working of FET: Bipolar transistors ની જેમ જ, FETs માટે પણ working point of adjustment અને stabilization જરૂરી છે.
Biasing a JFET: JFET ની biasing ગોઠવણી Fig 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે છે. જેમાં gates હંમેશા reverse biased હોય છે. તેથી gate current $I_G$ વ્યવહારિક રીતે શૂન્ય (zero) હોય છે. Source terminal હંમેશા supply ના તે છેડા સાથે જોડાયેલ હોય છે જે જરૂરી charge carriers પૂરા પાડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, N-channel JFET માં source terminal S ને d.c power supply ના negative છેડા સાથે જોડવામાં આવે છે. અને, d.c power supply ના positive છેડાને JFET ના drain terminal સાથે જોડવામાં આવે છે. જ્યારે P channel JFET માં, Source ને power supply ના positive છેડા સાથે અને drain ને negative છેડા સાથે જોડવામાં આવે છે જેથી P-channel માંથી holes મેળવી શકાય જ્યાં holes એ charge carriers છે.
Operation of JFET (JFET ની કાર્યપદ્ધતિ) ⚙️
N channel JFET માં, Drain ને source ની સાપેક્ષમાં voltage $V_{DS}$ દ્વારા positive બનાવવામાં આવે છે. જ્યારે gate to source voltage $V_{GS}$ શૂન્ય હોય, ત્યારે control voltage હોતો નથી અને maximum electron current Source(S) થી channel દ્વારા Drain (D) તરફ વહે છે. Source થી drain તરફ વહેતા આ electron current ને Drain current, $I_D$ કહેવામાં આવે છે.
જ્યારે gate ને Fig 4b માં બતાવ્યા પ્રમાણે negative voltage સાથે reverse bias કરવામાં આવે છે, ત્યારે gate પર સ્થિર (static) field ઉત્પન્ન થાય છે જેના કારણે channel માં depletion region સર્જાય છે. આ depletion region channel ની પહોળાઈ ઘટાડે છે જેના કારણે drain current ઘટવા લાગે છે.
જો $V_{GS}$ ને વધુ ને વધુ negative બનાવવામાં આવે, તો channel ની પહોળાઈ વધુ ઘટે છે જેના પરિણામે drain current માં વધુ ઘટાડો થાય છે. જ્યારે negative gate voltage પૂરતો વધારે હોય, ત્યારે depletion regions એકબીજાને મળે છે અને channel ને block કરી દે છે, જેનાથી Fig 4c માં બતાવ્યા પ્રમાણે drain current નો પ્રવાહ બંધ થઈ જાય છે. જે voltage પર આ અસર જોવા મળે છે તેને pinch off voltage, $V_p$ કહેવામાં આવે છે.
આમ, gate અને source વચ્ચેના reverse bias voltage ($-V_{GS}$) ને બદલીને, drain current ને maximum current ($V_{GS}=0$ હોય ત્યારે) અને zero current ($V_{GS}= \text{pinch off voltage}$ હોય ત્યારે) વચ્ચે બદલી શકાય છે. તેથી, JFET ને voltage controlled devices તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
🏗️ Metal Oxide Field Effect Transistor (MOSFET)
Objectives (ઉદ્દેશ્યો):
લેસનના અંતે તમે સમજી શકશો:
- MOSFET ના operation principle અને તેના types.
- MOSFET નો special type.
- MOSFET ના features.
📝 MOSFET ની વ્યાખ્યા અને ખાસિયતો
MOSFET માં control એક insulating layer દ્વારા થાય છે (JFET માં junction દ્વારા થતું હતું). આ insulating layer સામાન્ય રીતે Silicon Dioxide ($SiO_2$) ની બનેલી હોય છે. તેથી તેને MOSFET (Metal Oxide Semiconductor) કહેવામાં આવે છે. તેને ઘણીવાર IGFET (Insulated-gate FET) પણ કહેવાય છે. 🛡️
🧬 Type of MOSFET
MOSFET ના મુખ્ય બે પ્રકાર છે:
- Depletion-type MOSFET
- Enhancement-type MOSFET
1️⃣ Depletion-type MOSFET: Construction & Operation
Fig 1 માં n-channel depletion MOSFET ની રચના બતાવી છે.
- Construction: અહીં બે highly doped n-zones ને p-doped silicon plate (જેને substrate કહેવાય છે) માં diffuse કરવામાં આવે છે. source અને drain ના જોડાણ માટે metal contacts આપવામાં આવે છે. source અને drain ની વચ્ચે એક પાતળી n-doped channel હોય છે. 🏗️
- Insulation: આ channel ને $SiO_2$ ના insulating layer થી ઢાંકવામાં આવે છે, જેના પર metal electrode લગાવીને Gate connection બનાવવામાં આવે છે.
- Working: જો source અને drain વચ્ચે $V_{DS}$ voltage આપવામાં આવે અને $V_{GS} = 0$ હોય, તો electron current વહેશે. પરંતુ જો Gate ને negative voltage આપવામાં આવે, તો n-channel માં રહેલા electrons દુર ધકેલાશે અને ત્યાં charge carriers વગરનું depleted zone બનશે. આનાથી channel ની conductivity ઘટશે અને drain current $I_D$ પણ ઘટશે. 📉
2️⃣ Enhancement-type MOSFET: Construction & Operation
Enhancement-type MOSFET ની રચના depletion type જેવી જ હોય છે, પણ એક મોટો તફાવત છે: આમાં પહેલેથી કોઈ conducting channel હોતી નથી. 🚫
- જ્યારે $V_{GS} = 0$ હોય, ત્યારે drain અને source વચ્ચે કોઈ current વહી શકતો નથી (Fig 3).
- જ્યારે Gate ને positive voltage આપવામાં આવે છે, ત્યારે channel “enhance” (વધારો) થાય છે અને current વહેવાનું શરૂ કરે છે.
તફાવત (N-channel vs P-channel):
- N-channel MOSFETs માં positive drain-source voltage ની જરૂર પડે છે.
- P-channel MOSFETs માં negative drain-source voltage ની જરૂર પડે છે. વ્યવહારમાં N-channel MOSFETs નો ઉપયોગ વધુ થાય છે. ✅
🕹️ Basic Logic Gates
Objective:
લેસનના અંતે તમે AND, OR, NOT અને NAND gate ને સાદા digital circuits સાથે સમજી શકશો.
🧠 Logic Circuits (Fig 1)
Digital ICs ઘણા બધા transistor circuits થી બનેલી હોય છે, જેને Logic Circuits કહેવામાં આવે છે. આ gates પાસે બે અથવા વધુ signals ને logically process કરવાની ક્ષમતા હોય છે.
🟢 1. The “AND” Gate
AND gate એક special symbol દ્વારા દર્શાવાય છે.
- Simple Analogy: તેને સમજવા માટે Fig 3 માં આપેલ mechanical circuit જુઓ. જો બે switches A અને B શ્રેણીમાં (series) હોય, તો બલ્બ ત્યારે જ પ્રકાશિત થશે જ્યારે બંને (A અને B) switch બંધ (ON) હશે. 💡
- જો કોઈ પણ એક switch open (OFF) હશે, તો output zero (0) મળશે.
AND Gate Truth Table
| Inputs (A) | Inputs (B) | Output (C) |
|---|---|---|
| 0 (OFF) | 0 (OFF) | 0 (OFF) |
| 0 (OFF) | 1 (ON) | 0 (OFF) |
| 1 (ON) | 0 (OFF) | 0 (OFF) |
| 1 (ON) | 1 (ON) | 1 (ON) |
🔵 2. The “OR” Gate (Fig 4 to 6)
OR gate માં જો કોઈ પણ એક input (A અથવા B) પર voltage હોય, તો output માં voltage મળશે. ⚡
- Mechanical Equivalent: અહીં switches parallel માં જોડાયેલ હોય છે. જો A અથવા B માંથી કોઈ પણ એક switch ON હોય, તો બલ્બ ચાલુ થશે.
🔴 3. The “NOT” Gate (Fig 7 to 8)
NOT gate ને Inverter પણ કહેવામાં આવે છે. તે input ને ઉલટાવી દે છે.
- જો Input A = 1 હોય, તો Output C = 0 મળશે.
- જો Input A = 0 હોય, તો Output C = 1 મળશે.
- Relay Circuit: Fig 8 માં બતાવ્યા મુજબ, જ્યારે switch A બંધ થાય, ત્યારે relay coil બલ્બને બંધ કરી દે છે.
🟠 4. NAND અને NOR Gates
- NAND Gate: આ AND gate અને NOT gate નું મિશ્રણ છે (Fig 10). તેમાં output ત્યારે જ zero (0) મળે છે જ્યારે બંને input 1 હોય.
- NOR Gate: આ OR gate અને NOT gate નું મિશ્રણ છે (Fig 11). તેમાં output ત્યારે જ 1 મળે છે જ્યારે બંને input 0 હોય.
🗝️ Keywords:
- MOSFET working in Gujarati
- Types of MOSFET explained in Gujarati
- What is JFET and MOSFET in Gujarati
- Basic Logic Gates tutorial Gujarati
- AND OR NOT gates explanation Gujarati
- Automotive Electronics Mechanic Diesel notes
- MOSFET construction and operation Gujarati
- Difference between Depletion and Enhancement MOSFET
Instructor Note: વિદ્યાર્થીઓને આ Diagram (Fig 1 થી 11) દોરવા માટે પ્રોત્સાહિત કરો જેથી તેઓ circuit connections ને વધુ સારી રીતે સમજી શકે. ✍️🎨
