The IGNOU BPHET-143 Solved Question Paper PDF Download page is designed to help students access high-quality exam resources in one place. Here, you can find ignou solved question paper IGNOU Previous Year Question paper solved PDF that covers all important questions with detailed answers. This page provides IGNOU all Previous year Question Papers in one PDF format, making it easier for students to prepare effectively.
- IGNOU BPHET-143 Solved Question Paper in Hindi
- IGNOU BPHET-143 Solved Question Paper in English
- IGNOU Previous Year Solved Question Papers (All Courses)
Whether you are looking for IGNOU Previous Year Question paper solved in English or ignou previous year question paper solved in hindi, this page offers both options to suit your learning needs. These solved papers help you understand exam patterns, improve answer writing skills, and boost confidence for upcoming exams.
IGNOU BPHET-143 Solved Question Paper PDF

This section provides IGNOU BPHET-143 Solved Question Paper PDF in both Hindi and English. These ignou solved question paper IGNOU Previous Year Question paper solved PDF include detailed answers to help you understand exam patterns and improve your preparation. You can also access IGNOU all Previous year Question Papers in one PDF for quick and effective revision before exams.
IGNOU BPHET-143 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (a) अर्धचालक की चालकता को प्रभावित करने वाले कोई चार कारक बताइए। (b) लब्धि 10 वाले अप्रतिलोमी ऑप-एम्प प्रवर्धक से अविरूपित (non-distorted) निर्गम प्राप्त करने के लिए निवेश वोल्टता का अधिकतम मान कितना होगा, यदि सप्लाई वोल्टता Vcc + 5 V हो ? (c) षोडश आधारी संख्या BA6₁₆ को द्वि-आधारी तुल्य में रूपांतरित कीजिए। (d) यदि लोड वोल्टता में परिवर्तन 10 mV हो और नामीय लोड वोल्टता 10 V हो, तो प्रतिशत (%) स्रोत नियमन को परिकलित कीजिए। (e) प्रवर्धकों में ऋणात्मक पुनर्भरण के क्या लाभ होते हैं ? (f) यदि परिणामित्र के द्वितीयक पर शीर्ष वोल्टता 100 V है तो (i) अर्ध-तरंग दिष्टकारी और (ii) पूर्ण तरंग दिष्टकारी के d.c. वोल्टता (Vdc) के मान क्या होंगे ? (g) ऑप-एम्प का CMRR क्या होता है ? (h) यदि समय/भाग नियंत्रक को 2 μs/div पर सेट किया जाता है और प्रदर्शित सिग्नल का एकल चक्र CRT स्क्रीन के क्षैतिज स्केल पर 5 भाग मापता है; तो सिग्नल की आवृत्ति कितनी है ?
Ans.
(a) अर्धचालक की चालकता को प्रभावित करने वाले चार कारक हैं:
- तापमान: तापमान बढ़ने पर, सहसंयोजक बंध टूटते हैं, जिससे अधिक इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न होते हैं और चालकता बढ़ जाती है।
- अपमिश्रण (Doping): अर्धचालक में अशुद्धियों (जैसे त्रिसंयोजी या पंचसंयोजी परमाणु) को मिलाने की प्रक्रिया को अपमिश्रण कहते हैं। अपमिश्रण की सांद्रता बढ़ाने से आवेश वाहकों (इलेक्ट्रॉन या होल) की संख्या बढ़ती है, जिससे चालकता में अत्यधिक वृद्धि होती है।
- प्रदीपन (Illumination): जब अर्धचालक पर पर्याप्त ऊर्जा का प्रकाश (फोटॉन) पड़ता है, तो यह इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करता है, जिससे आवेश वाहकों की संख्या बढ़ती है और चालकता में वृद्धि होती है।
- विद्युत क्षेत्र: एक प्रबल बाह्य विद्युत क्षेत्र लगाने से सहसंयोजक बंध टूट सकते हैं या आवेश वाहकों का अपवाह वेग (drift velocity) बढ़ सकता है, जिससे चालकता प्रभावित होती है।
(b) एक अप्रतिलोमी प्रवर्धक के लिए, निर्गम वोल्टता (Vₒᵤₜ) का अधिकतम मान संतृप्ति वोल्टता (Vₛₐₜ) के लगभग बराबर होता है, जो कि सप्लाई वोल्टता (Vcc) से थोड़ी कम होती है। अविरूपित निर्गम के लिए, हम मान सकते हैं कि Vₒᵤₜ(max) ≈ Vcc = +5 V।
दिया गया है: लब्धि, A = 10; Vcc = +5 V
निर्गम वोल्टता का सूत्र है: Vₒᵤₜ = A × Vᵢₙ
इसलिए, अधिकतम निवेश वोल्टता (Vᵢₙ(max)) होगी: Vᵢₙ(max) = Vₒᵤₜ(max) / A Vᵢₙ(max) = 5 V / 10 = 0.5 V
अतः, अविरूपित निर्गम के लिए अधिकतम 0.5 V की निवेश वोल्टता लागू की जा सकती है।
(c) षोडश आधारी संख्या BA6₁₆ को द्वि-आधारी संख्या में बदलने के लिए, हम प्रत्येक षोडश आधारी अंक को उसके 4-बिट द्वि-आधारी तुल्य में लिखते हैं।
- B (जो कि 11 है) = 1011
- A (जो कि 10 है) = 1010
- 6 = 0110
इनको एक साथ लिखने पर, हमें मिलता है: 101110100110₂
अतः, BA6₁₆ = 101110100110₂ ।
(d) प्रश्न में संभवतः “लोड नियमन” पूछा गया है, क्योंकि स्रोत नियमन इनपुट वोल्टता में परिवर्तन से संबंधित है। लोड नियमन आउटपुट वोल्टता में परिवर्तन को मापता है जब लोड करंट बदलता है।
प्रतिशत (%) लोड नियमन = [(Vₙₗ – Vբₗ) / Vբₗ] × 100
यहाँ, (Vₙₗ – Vբₗ) लोड वोल्टता में परिवर्तन है, जो 10 mV = 0.01 V दिया गया है।
नॉमिनल लोड वोल्टता Vբₗ (या Vₙₒₘᵢₙₐₗ) = 10 V है।
प्रतिशत नियमन = (0.01 V / 10 V) × 100 = 0.001 × 100 = 0.1%
(e) प्रवर्धकों में ऋणात्मक पुनर्भरण के लाभ:
- लब्धि का स्थिरीकरण: यह प्रवर्धक की लब्धि को ट्रांजिस्टर पैरामीटर या तापमान में परिवर्तन के प्रति कम संवेदनशील बनाता है।
- बैंडविड्थ में वृद्धि: यह प्रवर्धक की आवृत्ति अनुक्रिया सीमा को बढ़ाता है।
- विरूपण में कमी: यह गैर-रैखिक विरूपण को कम करता है, जिससे निर्गम सिग्नल अधिक स्वच्छ होता है।
- रव (Noise) में कमी: यह प्रवर्धक के भीतर उत्पन्न होने वाले रव को कम करता है।
- निवेश और निर्गम प्रतिबाधा का संशोधन: यह आवश्यकतानुसार निवेश प्रतिबाधा को बढ़ा या घटा सकता है और निर्गम प्रतिबाधा को घटा या बढ़ा सकता है।
(f) दिया गया है: परिणामित्र के द्वितीयक पर शीर्ष वोल्टता, Vₘ = 100 V।
(i) अर्ध-तरंग दिष्टकारी के लिए, dc वोल्टता (Vdc) है: Vdc = Vₘ / π = 100 V / π ≈ 31.83 V
(ii) पूर्ण-तरंग दिष्टकारी (केंद्र-टैप या ब्रिज) के लिए, dc वोल्टता (Vdc) है: Vdc = 2Vₘ / π = 2 × 100 V / π ≈ 63.66 V
(g) CMRR (Common Mode Rejection Ratio – उभयनिष्ठ विधा निरस्तीकरण अनुपात): CMRR एक ऑप-एम्प की विभेदी लब्धि (A𝘥) और उभयनिष्ठ विधा लब्धि (A𝘤ₘ) का अनुपात है। इसे डेसिबल (dB) में व्यक्त किया जाता है। CMRR = 20 log₁₀(|A𝘥 / A𝘤ₘ|) यह एक ऑप-एम्प की उस क्षमता का माप है जिसके द्वारा वह उन सिग्नलों को अस्वीकार कर सकता है जो दोनों इनपुट टर्मिनलों पर समान रूप से (उभयनिष्ठ) लागू होते हैं। एक आदर्श ऑप-एम्प का CMRR अनंत होता है। उच्च CMRR मान बेहतर प्रदर्शन को इंगित करता है।
(h) सिग्नल का आवर्त काल (T) की गणना इस प्रकार की जाती है: T = (क्षैतिज भागों की संख्या) × (समय/भाग सेटिंग) T = 5 div × 2 μs/div = 10 μs = 10 × 10⁻⁶ s
सिग्नल की आवृत्ति (f) आवर्त काल का व्युत्क्रम है: f = 1 / T f = 1 / (10 × 10⁻⁶ s) = 100,000 Hz = 100 kHz
Q2. (a) उचित आरेख की सहायता से p-n संधि में अवक्षय क्षेत्र के निर्माण की व्याख्या कीजिए। पश्च अभिनत वोल्टता बढ़ाने पर अवक्षय क्षेत्र पर क्या प्रभाव पड़ता है? (b) प्रकाश-वोल्टीय प्रभाव क्या होता है ? उचित आरेख की सहायता से सौर सेल की कार्यप्रणाली की व्याख्या कीजिए। (c) चित्र 1 में दर्शाए गये परिपथ में β = 50 वाले n-p-n ट्रांजिस्टर को Vcc = 10 V और Rc = 2 kΩ के साथ स्व-अभिनति उभयनिष्ठ उत्सर्जक विन्यास में प्रयुक्त किया है। 100 kΩ का प्रतिरोध (Rb) संग्राहक और आधार के बीच जोड़कर स्व-अभिनति को प्राप्त किया है। Vbe = 0.7 V मानकर परिपथ का प्रचालन बिन्दु (Q-बिन्दु) निर्धारित कीजिए।
Ans.
(a) p-n संधि में अवक्षय क्षेत्र का निर्माण: जब एक p-प्रकार के अर्धचालक को n-प्रकार के अर्धचालक के संपर्क में लाया जाता है, तो एक p-n संधि बनती है।
- आवेश वाहकों का विसरण: सांद्रता में अंतर के कारण, p-क्षेत्र से होल (बहुसंख्यक वाहक) n-क्षेत्र की ओर और n-क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन (बहुसंख्यक वाहक) p-क्षेत्र की ओर विसरित होने लगते हैं।
- पुनर्संयोजन और स्थिर आयनों का निर्माण: जब एक इलेक्ट्रॉन और एक होल मिलते हैं, तो वे एक दूसरे को उदासीन कर देते हैं (पुनर्संयोजन)। जब एक इलेक्ट्रॉन n-क्षेत्र को छोड़कर p-क्षेत्र में जाता है, तो वह n-क्षेत्र में एक धनात्मक स्थिर दाता आयन (positive immobile donor ion) छोड़ जाता है। इसी प्रकार, जब एक होल p-क्षेत्र को छोड़कर n-क्षेत्र में जाता है, तो वह p-क्षेत्र में एक ऋणात्मक स्थिर ग्राही आयन (negative immobile acceptor ion) छोड़ जाता है।
- अवक्षय क्षेत्र का बनना: संधि के दोनों ओर इन स्थिर आयनों के जमा होने से एक क्षेत्र बनता है जो गतिशील आवेश वाहकों (इलेक्ट्रॉनों और होलों) से रहित होता है। इस क्षेत्र को अवक्षय क्षेत्र या स्पेस चार्ज क्षेत्र कहते हैं। n-क्षेत्र की ओर धनात्मक आयनों की परत और p-क्षेत्र की ओर ऋणात्मक आयनों की परत होती है।
- प्राचीर विभव (Potential Barrier): इन स्थिर आयनों का आवेश एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र (E) उत्पन्न करता है जो n-क्षेत्र से p-क्षेत्र की ओर निर्देशित होता है। यह क्षेत्र आगे और आवेश वाहकों के विसरण का विरोध करता है। इस विद्युत क्षेत्र के कारण उत्पन्न विभवांतर को प्राचीर विभव कहते हैं।
पश्च अभिनत वोल्टता का प्रभाव: जब p-n संधि पर पश्च अभिनत (p-क्षेत्र को बैटरी के ऋणात्मक सिरे से और n-क्षेत्र को धनात्मक सिरे से जोड़ना) लगाया जाता है, तो बाह्य वोल्टता आंतरिक विद्युत क्षेत्र का समर्थन करती है। यह p-क्षेत्र से होलों को और n-क्षेत्र से इलेक्ट्रॉनों को संधि से दूर खींचती है। परिणामस्वरूप, अवक्षय क्षेत्र की चौड़ाई बढ़ जाती है और प्राचीर विभव भी बढ़ जाता है।
(b) प्रकाश-वोल्टीय प्रभाव और सौर सेल की कार्यप्रणाली:
प्रकाश-वोल्टीय प्रभाव (Photovoltaic Effect): यह वह प्रक्रिया है जिसमें एक सामग्री (आमतौर पर एक अर्धचालक) प्रकाश के संपर्क में आने पर एक विद्युत वोल्टता या विद्युत धारा उत्पन्न करती है। जब पर्याप्त ऊर्जा वाले फोटॉन अर्धचालक से टकराते हैं, तो वे अपनी ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर देते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनते हैं। सामग्री के भीतर एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र इन आवेश वाहकों को अलग करता है, जिससे एक विभवांतर उत्पन्न होता है।
सौर सेल की कार्यप्रणाली: एक सौर सेल अनिवार्य रूप से एक बड़ा p-n संधि डायोड होता है, जिसे प्रकाश-वोल्टीय प्रभाव का उपयोग करके प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
- प्रकाश का अवशोषण: जब सूर्य का प्रकाश सौर सेल की सतह पर पड़ता है, तो फोटॉन अर्धचालक सामग्री में प्रवेश करते हैं।
- इलेक्ट्रॉन-होल युग्म का जनन: यदि फोटॉन की ऊर्जा अर्धचालक के बैंड गैप से अधिक है, तो यह एक सहसंयोजक बंध को तोड़कर एक इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करता है।
- आवेश वाहकों का पृथक्करण: p-n संधि के अवक्षय क्षेत्र में मौजूद आंतरिक विद्युत क्षेत्र इन उत्पन्न हुए इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों को अलग करता है। यह क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को n-क्षेत्र की ओर और होलों को p-क्षेत्र की ओर धकेलता है।
- वोल्टता का विकास: इस पृथक्करण के कारण, n-क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन और p-क्षेत्र में होल जमा हो जाते हैं, जिससे p-n संधि के आर-पार एक वोल्टता (फोटोवोल्टेज) विकसित होती है।
- धारा का प्रवाह: यदि एक बाहरी लोड (जैसे बल्ब) को सौर सेल के टर्मिनलों से जोड़ा जाता है, तो जमा हुए इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ से होकर p-क्षेत्र की ओर प्रवाहित होते हैं, जिससे एक विद्युत धारा (फोटोकरंट) उत्पन्न होती है और लोड को शक्ति मिलती है।
(c) Q-बिन्दु का निर्धारण: दिया गया है: Vcc = 10 V, Rc = 2 kΩ, Rb = 100 kΩ, β = 50, Vbe = 0.7 V। यह एक संग्राहक-पुनर्भरण अभिनति परिपथ है।
आधार-उत्सर्जक लूप पर किरचॉफ का वोल्टेज नियम (KVL) लगाने पर (Vcc से आधार के माध्यम से उत्सर्जक तक): Vcc = (Ib + Ic)Rc + IbRb + Vbe
चूंकि Ic = βIb, हम लिख सकते हैं: Vcc = (Ib + βIb)Rc + IbRb + Vbe Vcc = Ib(1 + β)Rc + IbRb + Vbe Vcc – Vbe = Ib [Rb + (1 + β)Rc]
Ib का मान ज्ञात करने के लिए मानों को प्रतिस्थापित करें: 10 – 0.7 = Ib [100 kΩ + (1 + 50) × 2 kΩ] 9.3 = Ib [100 kΩ + 51 × 2 kΩ] 9.3 = Ib [100 kΩ + 102 kΩ] 9.3 = Ib [202 kΩ] Ib = 9.3 V / 202 kΩ = 0.04604 mA = 46.04 μA
अब, हम संग्राहक धारा (Ic) की गणना कर सकते हैं: Ic = β × Ib = 50 × 46.04 μA = 2302 μA = 2.302 mA
अब, संग्राहक-उत्सर्जक वोल्टता (Vce) की गणना करें। संग्राहक-उत्सर्जक लूप पर KVL लगाने पर: Vcc = (Ib + Ic)Rc + Vce Vce = Vcc – (Ib + Ic)Rc Vce = 10 V – (0.04604 mA + 2.302 mA) × 2 kΩ Vce = 10 V – (2.348 mA) × 2 kΩ Vce = 10 V – 4.696 V = 5.304 V
अतः, परिपथ का प्रचालन बिंदु (Q-बिंदु) है: Q = (Vce, Ic) = (5.304 V, 2.302 mA) ।
Q3. (a) बूलीय बीजगणित के नियमों और अभिगृहीतों का उपयोग करके निम्नलिखित बूलीय समीकरण सिद्ध कीजिए : A’BC’ + A’BC + AB’C + ABC = AB + BC + AC (b) बूलीय समीकरण : Y = A’B’C + A’BC’ + AB’C’ + ABC के लिए (i) इसकी सत्यता सारणी लिखिए। (ii) कारनाफ मानचित्र (K-map) का उपयोग करके इसे सरल कीजिए तथा सरलीकृत समीकरण का परिपथ चित्र बनाइए। (c) पूर्ण योजक की सत्यता सारणी लिखिए। ‘योगफल’ और ‘हासिल’ के व्यंजकों को सरलीकृत कीजिए।
Ans.
(a) बूलीय समीकरण का प्रमाण: दिए गए प्रश्न में समीकरण `A’BC’ + A’BC + AB’C + ABC = AB + BC + AC` है। यह समीकरण जैसा दिया गया है, वह सही नहीं है। `A’BC’ + A’BC + AB’C + ABC` का सरलीकरण `A’B + AC` होता है। प्रश्न में संभवतः एक टंकण त्रुटि है। सही समीकरण, जिसे अक्सर सिद्ध करने के लिए कहा जाता है, वह है `A’BC + AB’C + ABC’ + ABC = AB + BC + AC`। हम इस सही समीकरण को सिद्ध करेंगे।
सिद्ध करना है: `LHS = A’BC + AB’C + ABC’ + ABC = AB + BC + AC = RHS`
हम `ABC` पद को दो बार और जोड़ सकते हैं (चूंकि `X + X = X`), ताकि समूहीकरण आसान हो जाए। LHS = A’BC + AB’C + ABC’ + ABC + ABC + ABC
पदों को पुनर्व्यवस्थित करने पर: LHS = (A’BC + ABC) + (AB’C + ABC) + (ABC’ + ABC)
अब, प्रत्येक समूह से उभयनिष्ठ पद बाहर निकालें (`X Y + X’Y = Y` का उपयोग करके):
- (A’BC + ABC) = BC(A’ + A) = BC(1) = BC
- (AB’C + ABC) = AC(B’ + B) = AC(1) = AC
- (ABC’ + ABC) = AB(C’ + C) = AB(1) = AB
इन सरलीकृत पदों को एक साथ रखने पर: LHS = BC + AC + AB
यह RHS (AB + BC + AC) के बराबर है।
अतः सिद्ध हुआ। (यह मानते हुए कि प्रश्न में `A’BC’` के स्थान पर `ABC’` होना चाहिए था)।
(b) बूलीय समीकरण का सरलीकरण: दिया गया समीकरण है: `Y = A’B’C + A’BC’ + AB’C’ + ABC`
(i) सत्यता सारणी:
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 1 (A’B’C)
0 1 0 1 (A’BC’)
0 1 1 0
1 0 0 1 (AB’C’)
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1 (ABC)
(ii) K-map द्वारा सरलीकरण: हम 3-चर वाले K-map का उपयोग करते हैं:
BC 00 01 11 10 +—+—+—+—+ A 0| 0 | 1 | 0 | 1 | +—+—+—+—+ 1| 1 | 0 | 1 | 0 | +—+—+—+—+
K-map में ‘1’ के लिए कोई आसन्न समूह (2, 4, या 8 का) नहीं बन रहा है। यह एक “चेकरबोर्ड” पैटर्न है, जो इंगित करता है कि बूलियन बीजगणित का उपयोग करके इस अभिव्यक्ति को और सरल नहीं किया जा सकता है। यह एक XOR/XNOR प्रकार का फलन है, लेकिन सीधे तौर पर नहीं।
अतः, सरलीकृत समीकरण मूल समीकरण ही है: Y = A’B’C + A’BC’ + AB’C’ + ABC
सरलीकृत परिपथ चित्र: चूंकि समीकरण सरल नहीं हुआ, इसका परिपथ सीधे SOP (Sum of Products) रूप से बनाया जाएगा। इसके लिए चार 3-इनपुट AND गेट, एक 4-इनपुट OR गेट और तीन NOT गेट (A, B, C के पूरक बनाने के लिए) की आवश्यकता होगी।
(c) पूर्ण योजक (Full Adder): एक पूर्ण योजक एक संयोजन तर्क परिपथ है जो तीन बिट्स (दो इनपुट बिट्स A और B, और एक पिछला कैरी बिट Cin) को जोड़ता है। यह दो आउटपुट उत्पन्न करता है: योग (Sum, S) और हासिल (Carry-out, Cout)।
सत्यता सारणी:
A B Cin S (योग) Cout (हासिल)
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1
व्यंजकों का सरलीकरण:
योग (Sum, S) के लिए: सत्यता सारणी से, S = 1 जब इनपुट में विषम संख्या में 1 हों। S = A’B’Cin + A’BCin’ + AB’Cin’ + ABCin यह 3-इनपुट XOR फलन का व्यंजक है। S = A ⊕ B ⊕ Cin
हासिल (Carry-out, Cout) के लिए: सत्यता सारणी से, Cout = 1 जब दो या अधिक इनपुट 1 हों। Cout = A’BCin + AB’Cin + ABCin’ + ABCin इसे K-map का उपयोग करके सरल किया जा सकता है: AB 00 01 11 10 +—+—+—+—+ Cin 0| 0 | 0 | 1 | 0 | +—+—+—+—+ 1| 0 | 1 | 1 | 1 | +—+—+—+—+ समूह बनाने पर, हमें तीन 2-ब्लॉक के समूह मिलते हैं:
- एक समूह AB और Cin=1 को कवर करता है (AB)
- एक समूह A=1, B=1,0 और Cin=1 को कवर करता है (ACin)
- एक समूह A=0,1, B=1 और Cin=1 को कवर करता है (BCin)
अतः, सरलीकृत व्यंजक है: Cout = AB + BCin + ACin
Q4. (a) 400 Hz से 25 kHz के परिसर में एक RC-युग्मित प्रवर्धक की वोल्टता लब्धि 1000 है। इन आवृत्तियों की दोनों ओर 80 Hz और 40 kHz पर लब्धि 3 dB से घटती है। अंतक आवृत्तियों पर भी (80 Hz और 40 kHz) dB में लब्धि परिकलित कीजिए और आवृत्ति अनुक्रिया वक्र आलेखित कीजिए। (b) कॉलपिट दोलित्र का चिह्नित परिपथ चित्र खींचकर इसकी कार्यप्रणाली को समझाइए। इसकी दोलन आवृत्ति के लिए व्यंजक लिखिए। (c) ऑप-एम्प का प्रयोग करके प्रतिलोमी प्रवर्धक का परिपथ चित्र खींचिए और इसकी वोल्टता लब्धि का व्यंजक व्युत्पन्न कीजिए।
Ans.
(a) RC-युग्मित प्रवर्धक की आवृत्ति अनुक्रिया: दिया गया है: मध्य-बैंड वोल्टता लब्धि, Aᵥ(मध्य) = 1000 मध्य-बैंड आवृत्ति परिसर = 400 Hz से 25 kHz निम्न अंतक आवृत्ति, fₗ = 80 Hz उच्च अंतक आवृत्ति, fₕ = 40 kHz
1. मध्य-बैंड में dB में लब्धि की गणना: Aᵥ(dB) = 20 log₁₀(Aᵥ) Aᵥ(dB) = 20 log₁₀(1000) = 20 × 3 = 60 dB
2. अंतक आवृत्तियों पर dB में लब्धि की गणना: अंतक आवृत्तियों (cut-off frequencies) को -3dB आवृत्तियाँ भी कहा जाता है। इन आवृत्तियों पर, लब्धि मध्य-बैंड लब्धि से 3 dB कम हो जाती है। लब्धि (dB) (अंतक पर) = मध्य-बैंड लब्धि (dB) – 3 dB लब्धि (dB) (अंतक पर) = 60 dB – 3 dB = 57 dB अतः, 80 Hz और 40 kHz दोनों पर लब्धि 57 dB है।
3. आवृत्ति अनुक्रिया वक्र: वक्र को x-अक्ष पर आवृत्ति (लघुगणकीय पैमाने पर) और y-अक्ष पर वोल्टता लब्धि (dB में) के बीच खींचा जाता है।
- वक्र 400 Hz से 25 kHz के बीच 60 dB पर लगभग सपाट (flat) होगा। यह मध्य-बैंड है।
- 400 Hz से नीचे आवृत्ति कम होने पर, लब्धि घटती है और 80 Hz (fₗ) पर 57 dB हो जाती है।
- 25 kHz से ऊपर आवृत्ति बढ़ने पर, लब्धि घटती है और 40 kHz (fₕ) पर 57 dB हो जाती है।
- बैंडविड्थ (BW) = fₕ – fₗ = 40 kHz – 80 Hz ≈ 39.92 kHz।
(b) कॉलपिट दोलित्र (Colpitts Oscillator): कॉलपिट दोलित्र एक प्रकार का LC (प्रेरक-संधारित्र) इलेक्ट्रॉनिक दोलित्र है जो ज्यावक्रीय तरंगें उत्पन्न करता है।
परिपथ चित्र: इसमें एक प्रवर्धक (आमतौर पर CE विन्यास में एक ट्रांजिस्टर) और एक पुनर्भरण नेटवर्क होता है। पुनर्भरण नेटवर्क एक LC अनुनादी परिपथ (टैंक परिपथ) होता है, जिसमें एक प्रेरक (L) और दो संधारित्र (C₁ और C₂) होते हैं जो एक धारिता वोल्टेज विभक्त (capacitive voltage divider) बनाते हैं।
कार्यप्रणाली:
- प्रारंभ: जब परिपथ में बिजली चालू की जाती है, तो संग्राहक धारा में यादृच्छिक रव (noise) प्रवर्धित होता है।
- अनुनाद: इस प्रवर्धित रव में विभिन्न आवृत्तियों के घटक होते हैं। टैंक परिपथ (L, C₁, C₂) केवल अपनी अनुनादी आवृत्ति पर दोलन की अनुमति देता है। संधारित्र C₁ और C₂ चार्ज और डिस्चार्ज होते हैं, जिससे L के माध्यम से एक दोलनशील धारा प्रवाहित होती है।
- पुनर्भरण (Feedback): C₁ और C₂ से बना धारिता वोल्टेज विभक्त निर्गम (संग्राहक) से वोल्टेज का एक अंश वापस निवेश (आधार) में भेजता है। C₁ और C₂ के बीच का जंक्शन भू-सम्पर्कित होता है, जिससे टैंक परिपथ द्वारा 180° का कला विस्थापन (phase shift) प्रदान किया जाता है।
- सतत दोलन: CE प्रवर्धक स्वयं 180° का कला विस्थापन प्रदान करता है। इस प्रकार, लूप के चारों ओर कुल कला विस्थापन 360° (या 0°) हो जाता है। यदि पुनर्भरण लब्धि का परिमाण एक (बार्कहाउज़ेन की कसौटी) से अधिक या बराबर हो, तो सतत दोलन उत्पन्न होते हैं।
दोलन की आवृत्ति: दोलन की आवृत्ति टैंक परिपथ के घटकों द्वारा निर्धारित होती है: f = 1 / (2π√(L × Cₑq)) जहाँ, Cₑq, C₁ और C₂ का श्रेणी संयोजन है: Cₑq = (C₁ × C₂) / (C₁ + C₂)
(c) प्रतिलोमी ऑप-एम्प प्रवर्धक (Inverting Op-Amp Amplifier): यह एक ऑप-एम्प-आधारित प्रवर्धक है जो इनपुट सिग्नल को प्रवर्धित करता है और उसे 180° से कला-विस्थापित (phase-shift) करता है।
परिपथ चित्र:
वोल्टता लब्धि का व्युत्पन्न: हम एक आदर्श ऑप-एम्प की दो विशेषताओं का उपयोग करते हैं: 1. निवेश प्रतिबाधा अनंत है (अर्थात, ऑप-एम्प के इनपुट टर्मिनलों में कोई धारा प्रवाहित नहीं होती)। 2. आभासी भू-संपर्कन (Virtual Ground) की अवधारणा: चूँकि अप्रतिलोमी इनपुट (+) भू-सम्पर्कित (0V) है, और ऑप-एम्प की लब्धि बहुत अधिक होती है, ऋणात्मक पुनर्भरण प्रतिलोमी इनपुट (-) पर भी वोल्टेज को 0V पर बनाए रखने के लिए बाध्य करता है। अतः, V⁻ ≈ V⁺ = 0 V।
अब, नोड V⁻ पर किरचॉफ का धारा नियम (KCL) लागू करें। प्रतिरोधक Rᵢₙ से बहने वाली धारा (Iᵢₙ): Iᵢₙ = (Vᵢₙ – V⁻) / Rᵢₙ चूंकि V⁻ = 0 V, Iᵢₙ = Vᵢₙ / Rᵢₙ —(1)
पुनर्भरण प्रतिरोधक Rբ से बहने वाली धारा (Iբ): Iբ = (V⁻ – Vₒᵤₜ) / Rբ Iբ = (0 – Vₒᵤₜ) / Rբ = -Vₒᵤₜ / Rբ —(2)
चूंकि ऑप-एम्प में कोई धारा प्रवेश नहीं करती है, Iᵢₙ को Rբ से होकर प्रवाहित होना चाहिए। अतः, Iᵢₙ = Iբ
समीकरण (1) और (2) से: Vᵢₙ / Rᵢₙ = -Vₒᵤₜ / Rբ
वोल्टता लब्धि (Aᵥ) के लिए पुनर्व्यवस्थित करने पर: Vₒᵤₜ / Vᵢₙ = -Rբ / Rᵢₙ
अतः, प्रतिलोमी प्रवर्धक की वोल्टता लब्धि है: Aᵥ = -Rբ / Rᵢₙ ऋणात्मक चिह्न 180° कला विस्थापन को इंगित करता है।
Q5. (a) चिह्नित आरेख की सहायता से समझाइए कि जेनर डायोड का उपयोग शंट वोल्टता नियमन के लिए कैसे किया जा सकता है। (b) CRO के निम्नलिखित घटकों के प्रकार्य संक्षेप में समझाइए: (i) इलेक्ट्रॉन गन असेम्बली (ii) विक्षेपण तंत्र (iii) समय आधार परिपथ (c) IC 555 कालद का उपयोग करके स्वचालित बहुकंपित्र का परिपथ चित्र खींचिए। संबद्ध तरंग रूपों की सहायता से इसकी कार्यप्रणाली को समझाइए।
Ans.
(a) शंट वोल्टता नियामक के रूप में जेनर डायोड: एक जेनर डायोड का उपयोग एक सरल और प्रभावी शंट (समानांतर) वोल्टता नियामक बनाने के लिए किया जा सकता है, जो एक लोड पर एक स्थिर डीसी वोल्टेज प्रदान करता है, भले ही इनपुट वोल्टेज या लोड करंट में परिवर्तन हो।
परिपथ चित्र:
कार्यप्रणाली:
- परिपथ विन्यास: जेनर डायोड को लोड प्रतिरोधक (Rₗ) के समानांतर में जोड़ा जाता है और इसे पश्च अभिनत (reverse-biased) स्थिति में संचालित किया जाता है। एक श्रेणी प्रतिरोधक (Rₛ) का उपयोग अनियंत्रित इनपुट वोल्टेज (Vᵢₙ) से आने वाली धारा को सीमित करने के लिए किया जाता है।
- जेनर भंजन (Zener Breakdown): जेनर डायोड को इस तरह से चुना जाता है कि उसका जेनर भंजन वोल्टेज (V₂) वांछित विनियमित आउटपुट वोल्टेज (Vₗ) के बराबर हो। जब Vᵢₙ का मान V₂ से अधिक होता है, तो डायोड जेनर भंजन क्षेत्र में प्रवेश करता है और अपने टर्मिनलों पर एक लगभग स्थिर वोल्टेज (V₂) बनाए रखता है।
- वोल्टेज का नियमन:
- यदि इनपुट वोल्टेज (Vᵢₙ) बढ़ता है: Rₛ के आर-पार वोल्टेज ड्रॉप (Vᵢₙ – V₂) बढ़ जाता है। इससे Rₛ से बहने वाली कुल धारा (Iₛ) बढ़ जाती है। चूंकि लोड वोल्टेज V₂ पर स्थिर है, लोड धारा (Iₗ) स्थिर रहती है। अतिरिक्त धारा (Iₛ – Iₗ) जेनर डायोड (I₂) के माध्यम से बहती है। इस प्रकार, जेनर डायोड अतिरिक्त धारा को शंट करके आउटपुट वोल्टेज को स्थिर रखता है।
- यदि लोड प्रतिरोध (Rₗ) घटता है (अर्थात लोड धारा Iₗ बढ़ती है): जेनर डायोड से बहने वाली धारा (I₂) कम हो जाती है, जिससे कुल धारा Iₛ (जो I₂ + Iₗ के बराबर है) लगभग स्थिर रहती है। यह Rₛ पर वोल्टेज ड्रॉप को स्थिर रखता है, और इसलिए आउटपुट वोल्टेज V₂ पर विनियमित रहता है।
इस प्रकार, जेनर डायोड एक परिवर्ती धारा सिंक के रूप में कार्य करके आउटपुट वोल्टेज को स्थिर रखता है।
(b) CRO के घटक और उनके प्रकार्य: कैथोड रे ऑसिलोस्कोप (CRO) एक बहुमुखी उपकरण है जिसका उपयोग विद्युत संकेतों के तरंगरूप को देखने और मापने के लिए किया जाता है। इसके मुख्य घटक हैं:
(i) इलेक्ट्रॉन गन असेम्बली: इसका मुख्य कार्य इलेक्ट्रॉनों की एक संकीर्ण, केंद्रित और उच्च-वेग वाली किरण (beam) उत्पन्न करना है। इसमें निम्नलिखित भाग होते हैं:
- कैथोड: एक तापित फिलामेंट जो तापीय उत्सर्जन द्वारा इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करता है।
- कंट्रोल ग्रिड: यह कैथोड के सापेक्ष ऋणात्मक विभव पर होता है और इलेक्ट्रॉन किरण की तीव्रता को नियंत्रित करता है, जिससे स्क्रीन पर स्पॉट की चमक (brightness) नियंत्रित होती है।
- फोकसिंग और एक्सीलरेटिंग एनोड: ये धनात्मक विभव पर होते हैं और इलेक्ट्रॉनों को स्क्रीन की ओर त्वरित करते हैं और उन्हें एक महीन स्पॉट में केंद्रित (focus) करते हैं।
(ii) विक्षेपण तंत्र (Deflection System): यह तंत्र इलेक्ट्रॉन किरण को क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाओं में विक्षेपित करता है। इसमें प्लेटों के दो जोड़े होते हैं:
- ऊर्ध्वाधर विक्षेपण प्लेटें (Y-प्लेट्स): इन पर इनपुट सिग्नल लगाया जाता है। इन प्लेटों के बीच का वोल्टेज इलेक्ट्रॉन किरण को ऊर्ध्वाधर रूप से विक्षेपित करता है, जो सिग्नल के तात्कालिक आयाम के समानुपाती होता है।
- क्षैतिज विक्षेपण प्लेटें (X-प्लेट्स): इन पर समय आधार परिपथ द्वारा उत्पन्न एक रैंप वोल्टेज लगाया जाता है, जो किरण को क्षैतिज रूप से एक स्थिर गति से स्क्रीन पर स्वीप करता है।
(iii) समय आधार परिपथ (Time Base Circuit): इसे स्वीप जेनरेटर भी कहा जाता है। इसका मुख्य कार्य एक आरी-दाँत (sawtooth) वोल्टेज तरंग उत्पन्न करना है।
- यह तरंग क्षैतिज विक्षेपण प्लेटों पर लागू होती है।
- वोल्टेज रैंप के दौरान, इलेक्ट्रॉन स्पॉट स्क्रीन पर बाएं से दाएं एक स्थिर गति से चलता है, जो समय के लिए एक रैखिक पैमाना बनाता है।
- रैंप के अंत में, वोल्टेज तेजी से शून्य पर वापस आ जाता है, जिससे स्पॉट तेजी से स्क्रीन की बाईं ओर वापस आ जाता है (फ्लाईबैक)।
- ‘Time/Div’ नियंत्रण इस रैंप की गति को समायोजित करता है, जिससे उपयोगकर्ता स्क्रीन पर विभिन्न आवृत्तियों के संकेतों को देख सकता है।
(c) IC 555 का उपयोग करके स्वचालित बहुकंपित्र (Astable Multivibrator): एक स्वचालित बहुकंपित्र एक ऐसा परिपथ है जिसकी कोई स्थिर अवस्था नहीं होती है; यह लगातार दो अवस्थाओं (HIGH और LOW) के बीच स्विच करता रहता है, जिससे एक आयताकार तरंग (स्क्वायर वेव) उत्पन्न होती है।
परिपथ चित्र:
कार्यप्रणाली और तरंग रूप:
- प्रारंभ: जब बिजली चालू होती है, तो मान लें कि संधारित्र C शुरू में अनावेशित है। संधारित्र पर वोल्टेज (जो पिन 2 और 6 से जुड़ा है) 1/3 Vcc से कम है। यह ट्रिगर तुलनित्र को सक्रिय करता है, जो आंतरिक फ्लिप-फ्लॉप को सेट करता है। नतीजतन, आउटपुट (पिन 3) HIGH हो जाता है और डिस्चार्ज ट्रांजिस्टर (पिन 7 पर) बंद हो जाता है।
- संधारित्र का आवेशन (Charging): चूंकि डिस्चार्ज ट्रांजिस्टर बंद है, संधारित्र C प्रतिरोधकों Rₐ और Rᵦ के माध्यम से Vcc की ओर चार्ज होना शुरू कर देता है।
- थ्रेसहोल्ड पर पहुंचना: जब संधारित्र का वोल्टेज चार्ज होकर 2/3 Vcc (पिन 6 पर थ्रेसहोल्ड स्तर) तक पहुंच जाता है, तो थ्रेसहोल्ड तुलनित्र सक्रिय हो जाता है और फ्लिप-फ्लॉप को रीसेट करता है।
- संधारित्र का विसर्जन (Discharging): फ्लिप-फ्लॉप के रीसेट होने से, आउटपुट (पिन 3) LOW हो जाता है और डिस्चार्ज ट्रांजिस्टर (पिन 7) चालू हो जाता है, जो पिन 7 को ग्राउंड से जोड़ता है। अब, संधारित्र C प्रतिरोधक Rᵦ के माध्यम से ग्राउंड की ओर डिस्चार्ज होना शुरू कर देता है।
- ट्रिगर पर पहुंचना: जब संधारित्र का वोल्टेज डिस्चार्ज होकर 1/3 Vcc (पिन 2 पर ट्रिगर स्तर) तक गिर जाता है, तो ट्रिगर तुलनित्र फिर से फ्लिप-फ्लॉप को सेट करता है।
- यह चक्र (1-5) लगातार दोहराता रहता है, जिससे पिन 3 पर एक सतत आयताकार तरंग उत्पन्न होती है।
संबद्ध तरंग रूप:
तरंग रूप में, संधारित्र वोल्टेज (Vc) 1/3 Vcc और 2/3 Vcc के बीच चार्ज और डिस्चार्ज होता है, जबकि आउटपुट वोल्टेज (Vout) HIGH और LOW के बीच स्विच करता है।
IGNOU BPHET-143 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) List any four factors that affect the conductivity of semiconductors. (b) Calculate the maximum input voltage that can be applied to a non-inverting amplifier using op-amp with gain 10 to get distortion free output if supply voltage Vcc is + 5 V. (c) Convert the hex number BA6₁₆ into binary number. (d) If change in load voltage is 10 mV and nominal load voltage is 10 V, calculate the percentage (%) source regulation of a voltage regulator. (e) What are the advantages of negative feedback in amplifiers? (f) If the peak voltage across a transformer secondary is 100 V, what is the d.c. voltage value Vdc of (i) a half wave rectifier, and (ii) a full wave rectifier? (g) What is CMRR for an op-amp? (h) What is the frequency of the displayed signal if one complete cycle covers 5 horizontal divisions on the CRT screen, with a time/div setting of 2μs/div?
Ans. (a) Four factors that affect the conductivity of semiconductors are:
- Temperature: As temperature increases, more covalent bonds break, generating more electron-hole pairs. This increases the number of charge carriers and hence, increases conductivity.
- Doping: The process of intentionally adding impurities (like trivalent or pentavalent atoms) to a pure semiconductor is called doping. Increasing the doping concentration increases the number of free electrons or holes, thereby significantly increasing conductivity.
- Illumination: When light (photons) of sufficient energy falls on a semiconductor, it can create electron-hole pairs. This increase in charge carrier concentration leads to an increase in conductivity (photoconductivity).
- Electric Field: Applying a strong external electric field can sometimes lead to the breakdown of covalent bonds or increase the drift velocity of charge carriers, thus affecting the conductivity.
(b)
For a non-inverting amplifier, the maximum output voltage (Vₒᵤₜ) without distortion is approximately equal to the saturation voltage (Vₛₐₜ), which is slightly less than the supply voltage (Vcc). For a distortion-free output, we can assume Vₒᵤₜ(max) ≈ Vcc = +5 V.
Given: Gain, A = 10; Vcc = +5 V
The output voltage is given by: Vₒᵤₜ = A × Vᵢₙ
Therefore, the maximum input voltage (Vᵢₙ(max)) will be:
Vᵢₙ(max) = Vₒᵤₜ(max) / A
Vᵢₙ(max) = 5 V / 10 = 0.5 V
Thus, a maximum input voltage of
0.5 V
can be applied for a distortion-free output.
(c)
To convert the hexadecimal number BA6₁₆ to binary, we convert each hex digit into its 4-bit binary equivalent.
- B (which is 11) = 1011
- A (which is 10) = 1010
- 6 = 0110
Combining them, we get: 101110100110₂
Hence,
BA6₁₆ = 101110100110₂
.
(d)
The question likely means “load regulation,” as source regulation relates to changes in the input voltage. Load regulation measures the change in output voltage due to a change in load current.
Percentage (%) Load Regulation = [(Vₙₗ – Vբₗ) / Vբₗ] × 100
Here, the change in load voltage (Vₙₗ – Vբₗ) is given as 10 mV = 0.01 V.
The nominal (full) load voltage Vբₗ = 10 V.
Percentage Regulation = (0.01 V / 10 V) × 100 = 0.001 × 100 =
0.1%
(e) Advantages of negative feedback in amplifiers:
- Gain Stabilization: It makes the amplifier’s gain less dependent on variations in transistor parameters or temperature.
- Increased Bandwidth: It extends the frequency range over which the amplifier provides useful gain.
- Reduction in Distortion: It reduces non-linear distortion, resulting in a cleaner output signal.
- Reduction in Noise: It reduces the effect of noise generated within the amplifier.
- Modification of Input and Output Impedances: It can increase or decrease the input impedance and decrease or increase the output impedance as required by the application.
(f)
Given: Peak voltage across the secondary, Vₘ = 100 V.
(i) For a
half-wave rectifier
, the DC voltage (Vdc) is:
Vdc = Vₘ / π = 100 V / π ≈
31.83 V
(ii) For a
full-wave rectifier
(center-tapped or bridge), the DC voltage (Vdc) is:
Vdc = 2Vₘ / π = 2 × 100 V / π ≈
63.66 V
(g) CMRR (Common Mode Rejection Ratio):
CMRR is the ratio of an op-amp’s differential gain (A𝘥) to its common-mode gain (A𝘤ₘ). It is often expressed in decibels (dB).
CMRR = 20 log₁₀(|A𝘥 / A𝘤ₘ|)
It is a measure of an op-amp’s ability to reject signals that are common to both of its input terminals. An ideal op-amp has an infinite CMRR. A higher CMRR value indicates better performance.
(h)
The time period (T) of the signal is calculated as:
T = (Number of horizontal divisions) × (time/div setting)
T = 5 div × 2 μs/div = 10 μs = 10 × 10⁻⁶ s
The frequency (f) of the signal is the reciprocal of the time period:
f = 1 / T
f = 1 / (10 × 10⁻⁶ s) = 100,000 Hz =
100 kHz
Q2. (a) With a suitable diagram, explain the formation of depletion region in a p-n junction. What happens to the depletion region when the reverse bias voltage is increased? (b) What is photovoltaic effect? Using a suitable diagram, explain the working of a solar cell. (c) An n-p-n transistor with β = 50 is used in a CE circuit shown in Fig. 1 with Vcc = 10 V and Rc = 2 kΩ. The self bias is obtained by connecting a 100 kΩ resistance (Rb) from collector to base. Assume Vbe = 0.7 V. Determine the Q-point for the circuit.
Ans. (a) Formation of Depletion Region in a p-n Junction: When a p-type semiconductor is brought into contact with an n-type semiconductor, a p-n junction is formed.
- Diffusion of Charge Carriers: Due to the concentration gradient, holes (majority carriers) from the p-side diffuse into the n-side, and electrons (majority carriers) from the n-side diffuse into the p-side.
- Recombination and Formation of Immobile Ions: When an electron and a hole meet, they neutralize each other (recombination). When an electron leaves the n-region, it leaves behind a positive immobile donor ion. Similarly, when a hole leaves the p-region, it leaves behind a negative immobile acceptor ion.
- Creation of Depletion Region: The accumulation of these immobile ions on either side of the junction creates a region that is depleted of mobile charge carriers (electrons and holes). This region is called the depletion region or space charge region . There is a layer of positive ions on the n-side and a layer of negative ions on the p-side.
- Potential Barrier: The charge of these immobile ions creates an internal electric field (E) directed from the n-side to the p-side. This field opposes further diffusion of charge carriers. The potential difference created by this electric field is called the potential barrier .

Effect of Increasing Reverse Bias Voltage:
When a reverse bias is applied to the p-n junction (connecting the p-side to the negative terminal and the n-side to the positive terminal of a battery), the external voltage aids the internal electric field. This pulls the holes in the p-region and electrons in the n-region away from the junction. As a result,
the width of the depletion region increases
, and the potential barrier also increases.
(b) Photovoltaic Effect and Working of a Solar Cell:
Photovoltaic Effect:
It is the process in which a material (typically a semiconductor) generates an electric voltage or current when exposed to light. When photons of sufficient energy strike the semiconductor, they transfer their energy to electrons, creating electron-hole pairs. An internal electric field within the material separates these charge carriers, resulting in a potential difference.
Working of a Solar Cell:
A solar cell is essentially a large p-n junction diode designed to convert light energy into electrical energy using the photovoltaic effect.
- Light Absorption: When sunlight strikes the surface of the solar cell, photons penetrate the semiconductor material.
- Generation of Electron-Hole Pairs: If a photon’s energy is greater than the semiconductor’s band gap, it creates an electron-hole pair by breaking a covalent bond.
- Separation of Charge Carriers: The internal electric field present in the depletion region of the p-n junction separates these generated electron-hole pairs. The field pushes electrons towards the n-side and holes towards the p-side.
- Development of Voltage: Due to this separation, electrons accumulate in the n-region and holes in the p-region, developing a voltage (photovoltage) across the p-n junction.
- Current Flow: If an external load (like a bulb) is connected to the terminals of the solar cell, the accumulated electrons flow through the external circuit to the p-side, creating an electric current (photocurrent) and powering the load.

(c) Determination of the Q-point:
Given: Vcc = 10 V, Rc = 2 kΩ, Rb = 100 kΩ, β = 50, Vbe = 0.7 V.
This is a collector-feedback bias circuit.
Applying Kirchhoff’s Voltage Law (KVL) to the base-emitter loop (from Vcc through Rc and Rb to the emitter):
Vcc = (Ib + Ic)Rc + IbRb + Vbe
Since Ic = βIb, we can write:
Vcc = (Ib + βIb)Rc + IbRb + Vbe
Vcc = Ib(1 + β)Rc + IbRb + Vbe
Vcc – Vbe = Ib [Rb + (1 + β)Rc]
Substitute the values to find Ib:
10 – 0.7 = Ib [100 kΩ + (1 + 50) × 2 kΩ]
9.3 = Ib [100 kΩ + 51 × 2 kΩ]
9.3 = Ib [100 kΩ + 102 kΩ]
9.3 = Ib [202 kΩ]
Ib = 9.3 V / 202 kΩ = 0.04604 mA = 46.04 μA
Now, we can calculate the collector current (Ic):
Ic = β × Ib = 50 × 46.04 μA = 2302 μA =
2.302 mA
Now, calculate the collector-emitter voltage (Vce). Applying KVL to the collector-emitter loop:
Vcc = (Ib + Ic)Rc + Vce
Vce = Vcc – (Ib + Ic)Rc
Vce = 10 V – (0.04604 mA + 2.302 mA) × 2 kΩ
Vce = 10 V – (2.348 mA) × 2 kΩ
Vce = 10 V – 4.696 V =
5.304 V
Thus, the operating point (Q-point) of the circuit is:
Q = (Vce, Ic) = (5.304 V, 2.302 mA)
.
Q3. (a) Prove the following Boolean equation using the laws of Boolean algebra: A’BC’ + A’BC + AB’C + ABC = AB + BC + AC. (b) For the following logic equation: Y = A’B’C + A’BC’ + AB’C’ + ABC (i) Write its truth table. (ii) Simplify using K-map and draw its circuit after simplification. (c) Write the truth table of a Full Adder. Simplify the expressions for SUM and CARRY.
Ans. (a) Proof of the Boolean Equation: The given equation `A’BC’ + A’BC + AB’C + ABC = AB + BC + AC` is incorrect as written. The simplification of the left side, `A’BC’ + A’BC + AB’C + ABC`, is `A’B + AC`. There is likely a typographical error in the question. A common, correct identity is `A’BC + AB’C + ABC’ + ABC = AB + BC + AC`. We will prove this corrected equation. To Prove: `LHS = A’BC + AB’C + ABC’ + ABC = AB + BC + AC = RHS` We can add the term `ABC` two more times to the LHS, as `X + X = X`. This facilitates grouping. LHS = A’BC + AB’C + ABC’ + ABC + ABC + ABC Rearranging the terms for grouping: LHS = (A’BC + ABC) + (AB’C + ABC) + (ABC’ + ABC) Now, factor out the common terms from each group (using the law `X Y + X’Y = Y`):
- (A’BC + ABC) = BC(A’ + A) = BC(1) = BC
- (AB’C + ABC) = AC(B’ + B) = AC(1) = AC
- (ABC’ + ABC) = AB(C’ + C) = AB(1) = AB
Combining these simplified terms:
LHS = BC + AC + AB
This is equal to the RHS (AB + BC + AC).
Hence proved (assuming the typo in the question where `A’BC’` should have been `ABC’`).
(b) Simplification of Boolean Equation:
The given equation is: `Y = A’B’C + A’BC’ + AB’C’ + ABC`
(i) Truth Table:
| A | B | C | Y |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 |
1 (A’B’C) |
| 0 | 1 | 0 |
1 (A’BC’) |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
1 (AB’C’) |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
1 (ABC) |
(ii) Simplification using K-map:
We use a 3-variable K-map:
BC 00 01 11 10 +---+---+---+---+A 0| 0 | 1 | 0 | 1 | +---+---+---+---+ 1| 1 | 0 | 1 | 0 | +---+---+---+---+
There are no adjacent 1s to form groups of 2, 4, or 8. This is a “checkerboard” pattern, which indicates that the expression cannot be simplified further using Boolean algebra. It represents an XOR/XNOR type function but not a simple one. Therefore, the simplified expression is the original expression itself: Y = A’B’C + A’BC’ + AB’C’ + ABC Circuit after simplification: Since the expression is not simplified, the circuit is drawn directly from the SOP (Sum of Products) form. It requires four 3-input AND gates, one 4-input OR gate, and three NOT gates (to create the complements of A, B, and C).
(c) Full Adder: A full adder is a combinational logic circuit that adds three bits (two input bits A and B, and a carry-in bit Cin). It produces two outputs: a Sum (S) and a Carry-out (Cout). Truth Table:
| A | B | Cin | S (Sum) | Cout (Carry) |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Simplification of Expressions: For the Sum (S): From the truth table, S = 1 whenever there is an odd number of 1s in the inputs. S = A’B’Cin + A’BCin’ + AB’Cin’ + ABCin This is the expression for a 3-input XOR function. S = A ⊕ B ⊕ Cin For the Carry-out (Cout): From the truth table, Cout = 1 whenever two or more inputs are 1. Cout = A’BCin + AB’Cin + ABCin’ + ABCin This can be simplified using a K-map:
AB 00 01 11 10 +---+---+---+---+Cin 0| 0 | 0 | 1 | 0 | +---+---+---+---+ 1| 0 | 1 | 1 | 1 | +---+---+---+---+
By grouping the 1s, we get three pairs:
- Pair 1: (m3, m7) -> BCin
- Pair 2: (m5, m7) -> ACin
- Pair 3: (m6, m7) -> AB
Thus, the simplified expression is: Cout = AB + BCin + ACin
Q4. (a) Plot the frequency response curve for an RC-coupled amplifier with a voltage gain of 1000 in the frequency range 400 Hz to 25 kHz and a 3 dB drop on either side of these frequencies at 80 Hz and 40 kHz. Calculate the gain in dB at the cut-off frequencies also (80 Hz and 40 kHz). (b) Draw a labelled circuit diagram and explain the working of Colpitts’ oscillator. Write the expression for its frequency of oscillation. (c) Draw the labelled circuit diagram and derive the expression for voltage gain of inverting amplifier using Op-Amp.
Ans. (a) Frequency Response of an RC-Coupled Amplifier: Given: Mid-band voltage gain, Aᵥ(mid) = 1000 Mid-band frequency range = 400 Hz to 25 kHz Lower cut-off frequency, fₗ = 80 Hz Upper cut-off frequency, fₕ = 40 kHz 1. Calculation of Gain in dB at Mid-band: Aᵥ(dB) = 20 log₁₀(Aᵥ) Aᵥ(dB) = 20 log₁₀(1000) = 20 × 3 = 60 dB 2. Calculation of Gain in dB at Cut-off Frequencies: The cut-off frequencies are also called the -3dB frequencies. At these frequencies, the gain drops by 3 dB from the mid-band gain. Gain (dB) at cut-off = Mid-band Gain (dB) – 3 dB Gain (dB) at cut-off = 60 dB – 3 dB = 57 dB Therefore, the gain at both 80 Hz and 40 kHz is 57 dB. 3. Frequency Response Curve: The curve is plotted with Frequency (on a logarithmic scale) on the x-axis and Voltage Gain (in dB) on the y-axis.
- The curve will be approximately flat at 60 dB between 400 Hz and 25 kHz. This is the mid-band .
- As frequency decreases below 400 Hz, the gain drops, reaching 57 dB at 80 Hz (fₗ) .
- As frequency increases above 25 kHz, the gain drops, reaching 57 dB at 40 kHz (fₕ) .
- The Bandwidth (BW) is fₕ – fₗ = 40 kHz – 80 Hz ≈ 39.92 kHz.

(b) Colpitts’ Oscillator:
The Colpitts oscillator is a type of LC (inductor-capacitor) electronic oscillator that generates sinusoidal waves.
Circuit Diagram:
It consists of an amplifier (typically a transistor in CE configuration) and a feedback network. The feedback network is an LC resonant circuit (tank circuit) made of one inductor (L) and two capacitors (C₁ and C₂) forming a capacitive voltage divider.

Working Principle:
- Start-up: When power is applied, random noise in the collector current is amplified.
- Resonance: This amplified noise contains various frequency components. The tank circuit (L, C₁, C₂) allows oscillations only at its resonant frequency. The capacitors C₁ and C₂ charge and discharge, causing an oscillating current to flow through L.
- Feedback: The capacitive voltage divider formed by C₁ and C₂ feeds a fraction of the output voltage (from the collector) back to the input (base). The junction between C₁ and C₂ is grounded, providing a 180° phase shift by the tank circuit.
- Sustained Oscillations: The CE amplifier itself provides a 180° phase shift. Thus, the total phase shift around the loop becomes 360° (or 0°). If the magnitude of the loop gain is greater than or equal to one (Barkhausen’s criterion), sustained oscillations are produced.
Frequency of Oscillation:
The frequency of oscillation is determined by the components of the tank circuit:
f = 1 / (2π√(L × Cₑq))
Where Cₑq is the series combination of C₁ and C₂: Cₑq = (C₁ × C₂) / (C₁ + C₂)
(c) Inverting Op-Amp Amplifier:
This is an op-amp based amplifier that amplifies and phase-shifts the input signal by 180°.
Circuit Diagram:

Derivation of Voltage Gain:
We use two properties of an ideal op-amp:
1. The input impedance is infinite (i.e., no current flows into the op-amp’s input terminals).
2.
Virtual Ground Concept:
Since the non-inverting input (+) is grounded (0V), and the op-amp’s open-loop gain is very high, negative feedback forces the voltage at the inverting input (-) to also be at 0V. Hence, V⁻ ≈ V⁺ = 0 V.
Now, apply Kirchhoff’s Current Law (KCL) at node V⁻.
The current flowing through resistor Rᵢₙ (Iᵢₙ):
Iᵢₙ = (Vᵢₙ – V⁻) / Rᵢₙ
Since V⁻ = 0 V,
Iᵢₙ = Vᵢₙ / Rᵢₙ —(1)
The current flowing through the feedback resistor Rբ (Iբ):
Iբ = (V⁻ – Vₒᵤₜ) / Rբ
Iբ = (0 – Vₒᵤₜ) / Rբ = -Vₒᵤₜ / Rբ —(2)
Since no current enters the op-amp, the current Iᵢₙ must flow through Rբ.
Therefore, Iᵢₙ = Iբ
From equations (1) and (2):
Vᵢₙ / Rᵢₙ = -Vₒᵤₜ / Rբ
Rearranging for the voltage gain (Aᵥ):
Vₒᵤₜ / Vᵢₙ = -Rբ / Rᵢₙ
Thus, the voltage gain of the inverting amplifier is:
Aᵥ = -Rբ / Rᵢₙ
The negative sign indicates the 180° phase shift.
Q5. (a) Explain with a labelled diagram how a Zener diode can be used for shunt voltage regulation. (b) Explain briefly the functions of the following components of CRO: (i) Electron Gun assembly (ii) Deflection system (iii) Time base circuit (c) Draw the circuit diagram of an astable multivibrator using IC 555 timer. Explain its working with the help of associated waveforms.
Ans. (a) Zener Diode as a Shunt Voltage Regulator: A Zener diode can be used to build a simple and effective shunt (parallel) voltage regulator, which provides a stable DC voltage across a load despite variations in input voltage or load current. Labelled Diagram:
Working Principle:
- Circuit Configuration: The Zener diode is connected in parallel with the load resistor (Rₗ) and is operated in its reverse-biased condition. A series resistor (Rₛ) is used to limit the current from the unregulated input voltage (Vᵢₙ).
- Zener Breakdown: The Zener diode is chosen such that its Zener breakdown voltage (V₂) is equal to the desired regulated output voltage (Vₗ). When Vᵢₙ is greater than V₂, the diode enters the Zener breakdown region and maintains an almost constant voltage (V₂) across its terminals.
- Voltage Regulation:
- If the input voltage (Vᵢₙ) increases: The voltage drop across Rₛ (Vᵢₙ – V₂) increases. This increases the total current (Iₛ) flowing through Rₛ. Since the load voltage is constant at V₂, the load current (Iₗ) remains constant. The excess current (Iₛ – Iₗ) flows through the Zener diode (I₂). Thus, the Zener diode shunts the extra current, keeping the output voltage stable.
- If the load resistance (Rₗ) decreases (i.e., load current Iₗ increases): The current flowing through the Zener diode (I₂) decreases, keeping the total current Iₛ (which is I₂ + Iₗ) nearly constant. This maintains a constant voltage drop across Rₛ, and therefore the output voltage remains regulated at V₂.
In this way, the Zener diode acts as a variable current sink to keep the output voltage constant.
(b) Functions of CRO Components:
The Cathode Ray Oscilloscope (CRO) is a versatile instrument used to observe and measure the waveform of electrical signals. Its main components are:
(i) Electron Gun Assembly:
Its main function is to produce a narrow, focused, and high-velocity beam of electrons. It consists of:
- Cathode: A heated filament that emits electrons by thermionic emission.
- Control Grid: It is at a negative potential with respect to the cathode and controls the intensity of the electron beam, thus controlling the brightness of the spot on the screen.
- Focusing and Accelerating Anodes: These are at positive potentials and serve to accelerate the electrons towards the screen and focus them into a fine spot.
(ii) Deflection System:
This system deflects the electron beam horizontally and vertically. It consists of two pairs of plates:
- Vertical Deflection Plates (Y-plates): The input signal is applied here. The voltage between these plates deflects the electron beam vertically, in proportion to the instantaneous amplitude of the signal.
- Horizontal Deflection Plates (X-plates): A ramp voltage generated by the time base circuit is applied here, which sweeps the beam horizontally across the screen at a constant speed.
(iii) Time Base Circuit:
Also called the sweep generator. Its primary function is to generate a
sawtooth
voltage wave.
- This wave is applied to the horizontal deflection plates.
- During the ramp portion of the voltage, the electron spot moves from left to right across the screen at a constant speed, creating a linear scale for time.
- At the end of the ramp, the voltage rapidly drops back to zero, causing the spot to return quickly to the left side of the screen (flyback).
- The ‘Time/Div’ control adjusts the speed of this ramp, allowing the user to view signals of different frequencies on the screen.
(c) Astable Multivibrator using IC 555 Timer:
An astable multivibrator is a circuit that has no stable state; it continuously switches between two states (HIGH and LOW), generating a rectangular wave.
Circuit Diagram:

Working and Associated Waveforms:
- Start-up: When power is first applied, assume the capacitor C is initially uncharged. The voltage across it (connected to pins 2 and 6) is less than 1/3 Vcc. This activates the trigger comparator, which sets the internal flip-flop. Consequently, the output (pin 3) goes HIGH , and the discharge transistor (at pin 7) is turned OFF.
- Capacitor Charging: With the discharge transistor off, the capacitor C begins to charge towards Vcc through resistors Rₐ and Rᵦ.
- Reaching Threshold: When the capacitor voltage charges up to 2/3 Vcc (the threshold level at pin 6), the threshold comparator activates and resets the flip-flop.
- Capacitor Discharging: As the flip-flop is reset, the output (pin 3) goes LOW , and the discharge transistor (pin 7) is turned ON, connecting pin 7 to ground. Now, the capacitor C begins to discharge towards ground through resistor Rᵦ.
- Reaching Trigger: When the capacitor voltage discharges down to 1/3 Vcc (the trigger level at pin 2), the trigger comparator sets the flip-flop again.
- This cycle (1-5) repeats continuously, generating a continuous rectangular wave at pin 3.
Associated Waveforms:

In the waveforms, the capacitor voltage (Vc) charges and discharges between 1/3 Vcc and 2/3 Vcc, while the output voltage (Vout) switches between HIGH and LOW.
Download IGNOU previous Year Question paper download PDFs for BPHET-143 to improve your preparation. These ignou solved question paper IGNOU Previous Year Question paper solved PDF in Hindi and English help you understand the exam pattern and score better.
Thanks!
Leave a Reply