(a) For the circuit shown below, if the power loss in 1 Ω resistor is 16 W, find the value of k in the dependent source using nodal method : (10 marks)
(b) Consider the continuous-time system shown in the figure above, which is characterized by the following input-output relationships :
System 1 : w(t) = ∫_{t-3}^{t} x(T) dT
System 2 : y(t) = ∫_{t-6}^{t} w(T) dT
(i) Determine whether the overall system is linear and time-invariant.
(ii) Determine and plot impulse response of the overall system. (10 marks)
(c) Two line currents of infinite extent in the z-direction are at distance d apart along the y-axis. The current I₁ is located at y = d/2 and the current I₂ is located at y = -d/2 as shown in the figure. Find the magnetic field at any point in the y = 0 plane, when the currents are equal, i.e., I₁ = I₂ = I : (10 marks)
(d) A combinational logic circuit consisting of two numbers of 2 to 4 decoders is shown in the figure below :
[Figure : 2 to 4 Decoder with inputs X → A₁, Y → B₁, outputs D₀, D₁, D₂, D₃; OR gates; 2 to 4 Decoder with inputs A₂, B₂ and outputs Y₀, Y₁, Y₂, Y₃]
In this circuit, (A₁, B₁) are the inputs and (D₀ to D₃) are the outputs of the first decoder, while (A₂, B₂) are the inputs and (Y₀ to Y₃) are the outputs of the second decoder. Determine the logic expressions for Y₁ and Y₂ in terms of X and Y. (10 marks)
(e) A 1250 r.p.m., 220 V, 4·5 kW, DC shunt machine is running as a generator delivering rated load at rated speed and voltage. The machine has rated core loss of 250 W, rated armature copper loss of 200 W and field copper loss of 50 W. Now, the prime mover speed is increased by 20% and simultaneously an external resistance is added in the field circuit so that the developed voltage in armature remains the same and load remains unchanged. Find the—
(i) value of the added resistance;
(ii) loss in external resistance and field;
(iii) input power to the generator;
(iv) armature developed voltage.
Neglect friction and windage losses. Assume constant core loss and linear magnetic circuit. (10 marks)
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(a) नीचे प्रदर्शित परिपथ में यदि 1 Ω प्रतिरोध में शक्ति क्षय 16 W है, तो नोडल विधि का प्रयोग करते हुए आश्रित स्रोत में k का मान ज्ञात कीजिए : (10 अंक)
(b) ऊपर प्रदर्शित चित्र में अनवरत-काल प्रणाली का विचार कीजिए, जो कि निम्नलिखित निवेश-निर्गत संबंध से परिलक्षित है :
प्रणाली 1 : w(t) = ∫_{t-3}^{t} x(T) dT
प्रणाली 2 : y(t) = ∫_{t-6}^{t} w(T) dT
(i) निर्धारण कीजिए कि क्या समग्र प्रणाली रैखिक और काल-अचर है।
(ii) समग्र प्रणाली की आवेग प्रतिक्रिया का निर्धारण कीजिए एवं उसका आरेख बनाइए। (10 अंक)
(c) z-दिशा में अनंत विस्तार की दो रेखीय धाराएँ एक-दूसरे से y-अक्ष में d दूरी पर हैं। धारा I₁, y = d/2 पर स्थित है तथा धारा I₂, y = -d/2 पर स्थित है, जैसा कि चित्र में प्रदर्शित है। y = 0 सतह (प्लेन) के किसी बिंदु पर चुम्बकीय क्षेत्र ज्ञात कीजिए, जबकि दोनों धाराएँ समान हैं, यानि I₁ = I₂ = I : (10 अंक)
(d) एक संयोजनात्मक तार्किक परिपथ, जिसमें दो 2 से 4 कूटवाचक (डिकोडर) निहित हैं, नीचे के चित्र में प्रदर्शित है :
[चित्र : X → A₁, Y → B₁ निवेश वाला 2 से 4 कूटवाचक, निर्गत D₀, D₁, D₂, D₃; OR द्वार; A₂, B₂ निवेश तथा Y₀, Y₁, Y₂, Y₃ निर्गत वाला 2 से 4 कूटवाचक]
इस परिपथ में पहले कूटवाचक के निवेश (A₁, B₁) तथा निर्गत (D₀ से D₃) हैं, जबकि दूसरे कूटवाचक के निवेश (A₂, B₂) एवं निर्गत (Y₀ से Y₃) हैं। X और Y के पदों में, Y₁ और Y₂ के लिए तार्किक व्यंजकों का निर्धारण कीजिए। (10 अंक)
(e) एक 1250 r.p.m., 220 V, 4·5 kW की DC शंट मशीन, निर्धारित गति एवं वोल्टता पर निर्धारित भार प्रदत्त करते हुए जनित्र की तरह कार्य कर रही है। इस मशीन का निर्धारित क्रोड क्षय 250 W, निर्धारित आर्मेचर ताम्र (कॉपर) क्षय 200 W एवं क्षेत्र (फील्ड) ताम्र क्षय 50 W है। अब, इस मशीन के मूल गति उत्पादक (प्राइम मूवर) की गति में 20% की वृद्धि की जाती है तथा उसी समय क्षेत्र परिपथ में एक बाहरी प्रतिरोध इस तरह संयोजित किया जाता है कि आर्मेचर में उत्पादित वोल्टता वैसी ही बनी रहती है तथा मशीन का भार भी स्थिर रहता है। ज्ञात कीजिए—
(i) संयोजित प्रतिरोध का मान;
(ii) बाहरी प्रतिरोध एवं क्षेत्र में हानि;
(iii) जनित्र में निवेशित शक्ति;
(iv) आर्मेचर में उत्पादित वोल्टता।
घर्षण और वायु प्रतिरोध के कारण हानियों को नगण्य मानिए। क्रोड हानि को नियत एवं चुम्बकीय परिपथ को रेखीय मान लीजिए। (10 अंक)
Answer approach & key points
(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) analyse: intro > causes > effects > stakeholders/linkages > way forward | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: Complete method with correct results and clear interpretation
- V_B = 20 V fixed by the ideal source; the 5 Ω resistor does not enter the nodal equation
- Power 16 W in 1 Ω gives |I| = 4 A; KCL at A: 10 = V_A/2 + I, so V_A = 12 V and i₀ = 6 A
- Dependent-source equation with the polarity as drawn: 20 = (V_A − I) + k i₀
- k = 2, with the check that the loss in 1 Ω is 16 W
- Both stages are linear and time-invariant, so the cascade is LTI
- h₁(t) = u(t) − u(t − 3) and h₂(t) = u(t) − u(t − 6)
- h = h₁ * h₂ is a trapezoid: t on 0 to 3, 3 on 3 to 6, 9 − t on 6 to 9, zero outside
- Plot with labelled breakpoints 0, 3, 6, 9 and peak 3
- B = μ₀I/(2πr) for each wire with r = √(x² + d²/4)
- Vector addition: components along x cancel by symmetry
- B = μ₀I x/(π(x² + d²/4)), directed along y (sign follows x)
- Checks: B = 0 at x = 0 and B → μ₀(2I)/(2πx) at large x
- First decoder: D₀ = X′Y′, D₃ = XY; only D₀ and D₃ are connected, D₁ and D₂ are open
- A₂ = D₀ ⊕ D₃ = X ⊙ Y (XNOR); B₂ = its complement = X ⊕ Y
- Second decoder: Y₁ = A₂′B₂ and Y₂ = A₂B₂′
- Y₁ = X ⊕ Y = XY′ + X′Y and Y₂ = X ⊙ Y = XY + X′Y′; Y₀ = Y₃ = 0
- Rated: I_L = 20.45 A, I_f = 0.2273 A, R_f = 968 Ω, I_a = 20.68 A, R_a = 0.4676 Ω, E = 229.67 V
- Flux and I_f fall by 1/1.2: I_f′ = 0.1894 A; total field resistance 1161.6 Ω, added resistance = 193.6 Ω
- Field-circuit loss = 220 × 0.1894 = 41.7 W (34.7 W in field, 6.9 W in the external resistor)
- Input = 4500 + 199.3 + 41.7 + 250 ≈ 4991 W; developed voltage ≈ 229.7 V
(a) (i) Find the values of R and C in the figure shown below, so that V_b = 3V_a, also V̄_b and V̄_a are in quadrature. Find also the phase relation between V and V_b, and V_a and I : (10 marks)
(ii) For the circuit shown below, find the value of R, if the power supplied by both the sources is equal :
[Circuit : 5 Ω, 20 Ω, 10 Ω, R, 100 V (+), 10 A (↑)] (10 marks)
(b) (i) A continuous-time signal x(t), shown in the figure below, has a Fourier transform X(ω). Without explicitly determining X(ω), compute the following quantities :
1. The value of X(0)
2. The value of the integral ∫₋∞^∞ X(ω) dω
3. The value of the integral ∫₋∞^∞ |X(ω)|² dω
4. The phase angle of X(ω)
[Diagram : x(t) versus t, triangular peak at (1, 2) with base from (–1, 0) to (3, 0)] (10 marks)
(ii) Determine the Z-transform and the corresponding region of convergence (ROC) for the discrete-time sequence x(n) = |n| (1/2)^|n|. (10 marks)
(c) A uniform plane wave in air is normally incident onto a lossless dielectric plate of thickness λ/8 and intrinsic impedance η = 260 Ω. Determine the standing wave ratio in front of the plate. (10 marks)
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(a) (i) नीचे प्रदर्शित चित्र में R और C के मान ज्ञात कीजिए, जबकि V_b = 3V_a और V̄_b तथा V̄_a लम्बवत् हैं। V एवं V_b, तथा V_a एवं I के बीच कला संबंध भी ज्ञात कीजिए : (10 अंक)
(ii) निम्न प्रदर्शित परिपथ में, यदि दोनों स्रोतों द्वारा आपूर्ति की गयी शक्ति समान हो, तो R का मान ज्ञात कीजिए :
[परिपथ : 5 Ω, 20 Ω, 10 Ω, R, 100 V (+), 10 A (↑)] (10 अंक)
(b) (i) नीचे प्रदर्शित चित्र में, एक अनवरत-काल संकेत x(t) का फूरियर रूपांतरण X(ω) है। X(ω) का स्पष्ट रूप से निर्धारण किए बिना, निम्न राशियों को ज्ञात कीजिए :
1. X(0) का मान
2. समाकलन ∫_{-∞}^{∞} X(ω) dω का मान
3. समाकलन ∫_{-∞}^{∞} |X(ω)|² dω का मान
4. X(ω) का कला (चरण) कोण
[आरेख : x(t) बनाम t, शिखर (1, 2), के आधार बिन्दु (-1, 0) और (3, 0) के साथ] (10 अंक)
(ii) असतत-काल अनुक्रम x(n) = |n| (1/2)^|n| के लिए Z-रूपांतरण तथा संबंधित (संगत) अभिसरण-क्षेत्र (ROC) का निर्धारण कीजिए। (10 अंक)
(c) वायु में एकसमान समतल तरंग, एक क्षयहीन परावैद्युत प्लेट पर, जिसकी मोटाई λ/8 और आंतरिक प्रतिबाधा η = 260 Ω है, लम्बवत् आपतित है। प्लेट के समक्ष अग्रगामी तरंग अनुपात (स्टैंडिंग वेव रेशियो) का निर्धारण कीजिए। (10 अंक)
Answer approach & key points
(a(i)) In a series circuit (6 ohm + 0.0255 H forming the Vb section, R + C forming the Va section) across 240 V, 50 Hz, find R and C so that |Vb| = 3|Va| AND Vb, Va are in quadrature; then state the phase relation between V and Vb, and between Va and I. (a(ii)) Find R in the two-source ladder so that the power supplied by the 100 V source equals the power supplied by the 10 A source. Requires expressing both supplied powers in terms of the node voltages and solving simultaneously. (b(i)) For the triangular pulse x(t) with vertices (-1,0), (1,2), (3,0), evaluate four Fourier-transform quantities WITHOUT computing X(omega) explicitly: X(0), the integral of X(omega) over all omega, the integral of |X(omega)|^2, and the phase angle of X(omega). Each of the four must be answered using a transform property. (b(ii)) Determine the two-sided Z-transform of the non-causal sequence x(n) = |n|(1/2)^|n| and state the corresponding ROC. Both the closed-form X(z) and the annular ROC must appear. (c) A plane wave in air is normally incident on a lossless dielectric SLAB of thickness lambda/8 with eta = 260 ohm (air on both sides). Compute the standing-wave ratio in the air region in front of the slab. Requires a quarter-wave-line-type input-impedance transformation followed by a reflection-coefficient/SWR calculation.
- X_L ≈ 8 Ω, Z_b = 6 + j8 = 10 Ω at 53.13°; |Z_a| = 10/3 Ω from V_b = 3V_a
- Quadrature: 53.13° + φ_a = 90°, so φ_a = 36.87°
- R = 2.67 Ω, X_C = 2 Ω, C ≈ 1592 μF
- V lags V_b by 18.43° (I = 22.77 A, V leads I by 34.7°); V_a lags I by 36.87°
- Node equations at the 10 Ω node and the R node
- P_v = 100(100 − V₁)/5 and P_i = 10 V₂, set equal
- V₁ = V₂ = 66.67 V, so no current in 20 Ω
- R = 20/3 ≈ 6.67 Ω, with both powers 666.7 W
- X(0) = area = 4
- ∫X(ω)dω = 2πx(0) = 2π
- ∫|X|²dω = 2π∫x²dt = 2π × 16/3 = 32π/3 by Parseval
- Phase = −ω: pulse is an even triangle shifted by 1, so X = G(ω)e^(−jω) with G real and non-negative
- Split into causal part n(1/2)ⁿ and anti-causal part with n < 0
- Right part 2z/(2z − 1)², |z| > 1/2; left part 2z/(z − 2)², |z| < 2
- X(z) = 2z/(2z−1)² + 2z/(z−2)² = 2z(5z² − 8z + 5)/[(2z − 1)²(z − 2)²]
- ROC is the annulus 1/2 < |z| < 2, including the unit circle
- Termination is η₀ = 377 Ω (air on both sides); electrical length π/4
- Z_in = η(η₀ + jη tan βd)/(η + jη₀ tan βd) ≈ 243 − j92.4 Ω
- |Γ| = |Z_in − η₀|/|Z_in + η₀| ≈ 0.26
- SWR = (1 + |Γ|)/(1 − |Γ|) ≈ 1.70
(a) (i) For the circuit shown below, steady state is achieved with switch K open. At t = 0, switch K is closed. Find the time expression of current in R_L. Also find its initial and final values : (10 marks)
(ii) Find the y-parameters of the two-port network shown below : (10 marks)
(b) For the following circuit given in Fig. (1) below, the diode has the I-V characteristic in forward direction as shown in Fig. (2) :
Fig. (1) Fig. (2)
Find the (i) diode current, (ii) diode power loss and (iii) power supplied by the source. (20 marks)
(c) The outer diameter of the inner conductor and the inner diameter of the outer conductor of a coaxial copper transmission line are 2 mm and 7 mm, respectively. Both the conductors have thickness much greater than the skin depth. The dielectric is lossless and the operating frequency is 400 MHz. Calculate the resistance per meter length of the transmission line. The resistivity and relative permeability of the copper are approximately ρ = 1·724 × 10⁻⁸ Ω-m and 1, respectively. (10 marks)
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(a) (i) नीचे प्रदर्शित परिपथ, कुंजी K की वियोजित दशा में, स्थिर अवस्था प्राप्त करता है। समय t = 0 पर कुंजी K संयोजित (बंद) की जाती है। R_L में धारा का काल-व्यंजक ज्ञात कीजिए। धारा का प्रारम्भिक एवं अंतिम मान भी ज्ञात कीजिए : (10 अंक)
(ii) नीचे प्रदर्शित द्वि-द्वार (पोर्ट) जालक्रम (नेटवर्क) के लिए y-प्राचलों को ज्ञात कीजिए : (10 अंक)
(b) नीचे चित्र (1) में प्रदर्शित परिपथ के लिए डायोड का अग्रगामी दिशा में I-V अभिलक्षण चित्र (2) में दर्शाया गया है :
चित्र (1) चित्र (2)
ज्ञात कीजिए (i) डायोड में धारा, (ii) डायोड में शक्ति क्षय तथा (iii) स्रोत द्वारा शक्ति आपूर्ति। (20 अंक)
(c) एक समाक्ष ताम्र संचरण (प्रेषण) लाइन के आंतरिक चालक का बाह्य व्यास तथा बाह्य चालक का आंतरिक व्यास क्रमशः 2 mm तथा 7 mm हैं। दोनों चालकों की मोटाई, त्वचा की गहराई से बहुत अधिक है। परावैद्युत क्षयहीन है, और 400 MHz की आवृत्ति पर संचालित है। संचरण लाइन की प्रति मीटर लम्बाई के लिए प्रतिरोध की गणना कीजिए। ताम्र की प्रतिरोधकता एवं सापेक्ष पारगम्यता क्रमशः लगभग ρ = 1·724 × 10⁻⁸ Ω-m और 1 हैं। (10 अंक)
Answer approach & key points
(a(i)) A first-order switching transient: with K open the circuit is in steady state; K closes at t = 0 connecting R_L = 20 ohm. Find i_RL(t) as an explicit time expression and state its initial (t = 0+) and final (t = infinity) values. (a(ii)) Find all four y-parameters (y11, y12, y21, y22) of the given two-port containing a 1 ohm shunt, a 2 ohm series arm, a 2 ohm shunt and a current-controlled current source 3*I1. The dependent source makes the network non-reciprocal, so y12 and y21 must differ. (b) A diode bridges the two mid-points of a resistive bridge fed by 20 V; the diode is described by a piecewise-linear forward characteristic. Find (i) the diode current, (ii) the diode power loss and (iii) the total power supplied by the 20 V source - all three parts must be answered. (c) Compute the a.c. resistance per metre of a coaxial copper line at 400 MHz given inner-conductor outer diameter 2 mm, outer-conductor inner diameter 7 mm, conductor thickness >> skin depth, resistivity 1.724e-8 ohm-m and mu_r = 1. Requires the skin-depth/surface-resistance route, not the d.c. cross-sectional formula.
- Inductor current before switching: 50/(5 + 20) = 2 A, continuous at t = 0
- Thevenin behind the inductor branch: 40 V and 4 Ω; τ = 1/24 s; i_L(∞) = 5/3 A
- i_RL(t) = 5/3 − (1/15)e^(−24t) A, from v = 20 i_L + L di_L/dt
- Initial value 1.6 A at 0⁺ (jump from 0) and final value 1.667 A
- Definition I₁ = y₁₁V₁ + y₁₂V₂, I₂ = y₂₁V₁ + y₂₂V₂
- Port 1: I₁ = 1.5V₁ − 0.5V₂, so y₁₁ = 1.5 S and y₁₂ = −0.5 S
- KCL at port-2 node with the source 3I₁ drawing current out of the node
- y₂₁ = 4 S and y₂₂ = −0.5 S
- Diode model from Fig. (2): v_d = 0.7 + 0.2 i_d for 0 ≤ i_d ≤ 1 A, r_d = 0.2 Ω
- Thevenin across the diode: V_th = 5 V, R_th = (2∥6) + (8∥8) = 5.5 Ω
- i_d = 4.3/5.7 = 0.754 A with v_d = 0.851 V, both in range
- Diode power 0.642 W; source power ≈ 78.8 W from I_s = 3.94 A
- Skin effect: R_s = √(πfμ₀ρ) = 5.22 × 10⁻³ Ω per square
- Skin depth 3.3 μm much less than the thickness, so surface resistance applies
- Radii a = 1 mm and b = 3.5 mm
- R = (R_s/2π)(1/a + 1/b) ≈ 1.07 Ω/m
(a) (i) The continuous-time signal x(t) = cos(20πt + π/4) is ideally sampled at a rate of 30 samples per second. The resulting sampled signal is then passed through a filter whose impulse response is h(t) = sin(πt)/πt · cos(80πt − π/2). Find the expression for the output signal of the filter. (15 marks)
(ii) A discrete-time sequence x(n) = {3, 5, 1, 4, −3, 5, −2, −2, 4} of length 9 has a 9-point DFT denoted by X(k), where k = 0, 1, 2, ..., 8. Another discrete-time sequence y(n) has a 9-point DFT given by Y(k) = e^(j4πk/3) X(k), k = 0, 1, 2, ..., 8. Without explicitly computing DFT or inverse DFT, determine the sequence y(n). (5 marks)
(b) (i) For the circuit shown in the figure below, the two transistors Q₁ and Q₂ have β₁ = 35 and β₂ = 30. The resistance R₂ is variable. The output voltage V_o across resistance R_o is +5·0 V. If the voltage V_CC is kept at +12·0 V, find the value of R_2. Derive any formula used. Assume V_BE = 0·7 V for both the transistors : (10 marks)
(ii) A single-phase, full-wave bridge diode rectifier supplied from 240 V, 50 Hz AC source is feeding a resistive load R_L = 100 Ω as shown in the figure below. Due to fault in the diode D_2, it behaves like a resistance of 1 kΩ. Sketch the load voltage, load current and source current waveforms under faulty condition. Also calculate the load average voltage and r.m.s. source current under this situation : (10 marks)
(c) A lossless transmission line is 50 cm in length and operating at a frequency of 100 MHz. The line parameters are L = 0·2 μH/m and C = 80 pF/m. The line is terminated in a short circuit at z = 0 and there is a load Z_L = 50 + j20 Ω across the line at z = –20 cm. What average power is delivered to the load Z_L, if the input voltage is 100 V? (10 marks)
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(a) (i) एक अनवरत-काल संकेत, x(t) = cos(20πt + π/4), आदर्श रूप से, 30 प्रतिदर्श प्रति सेकंड की दर से प्रतिचयनित है। परिणामी प्रतिचयनित संकेत को एक छन्नक (फिल्टर) से गुजारा जाता है, जिसकी आवेग प्रतिक्रिया h(t) = sin(πt)/(πt) · cos(80πt − π/2) है। छन्नक से निर्गत संकेत का व्यंजक ज्ञात कीजिए। (15 अंक)
(ii) एक 9 लम्बाई का असतत-काल अनुक्रम x(n) = {3, 5, 1, 4, −3, 5, −2, −2, 4}, का 9-बिन्दु DFT है, जो X(k) द्वारा प्रदर्शित है, जहाँ k = 0, 1, 2, ..., 8. एक दूसरे असतत-काल अनुक्रम y(n), का 9-बिन्दु DFT है, जो Y(k) = e^(j4πk/3) X(k), k = 0, 1, 2, ..., 8 द्वारा प्रदर्शित है। स्पष्ट रूप से DFT या व्युत्क्रम DFT की गणना किए बिना अनुक्रम y(n) का निर्धारण कीजिए। (5 अंक)
(b) (i) निम्नांकित चित्र में प्रदर्शित परिपथ में दो ट्रांजिस्टरों, Q₁ और Q₂ के लिए β₁ = 35 और β₂ = 30 हैं। प्रतिरोध R₂ परिवर्तनीय है। R_o प्रतिरोध के आर-पार निर्गत वोल्टता V_o = +5·0 V है। यदि V_CC वोल्टता को +12·0 V पर रखा जाता है, तो R₂ का मान ज्ञात कीजिए। उपयोग किए गए किसी भी सूत्र (नियम) को व्युत्पन्न कीजिए। दोनों ट्रांजिस्टरों के लिए V_BE = 0·7 V मान लीजिए : (10 अंक)
(ii) निम्नांकित चित्र में प्रदर्शित एक 240 V, 50 Hz AC स्रोत से आपूर्तित एक एकल-कला, पूर्ण-तरंग सेतु डायोड दिष्टकारी (रेक्टिफायर), एक प्रतिरोधक भार R_L = 100 Ω को पोषित करता है। डायोड D_2 में दोष के कारण यह एक 1 kΩ के प्रतिरोध की तरह व्यवहार करता है। दोष की स्थिति में भार वोल्टता, भार धारा एवं स्रोत धारा के तरंगरूप को आरेखित कीजिए। इसी स्थिति में भार की औसत वोल्टता एवं r.m.s. स्रोत धारा की भी गणना कीजिए : (10 अंक)
(c) एक 50 cm लम्बाई की क्षयहीन संचरण लाइन 100 MHz की आवृत्ति पर संचालित है। लाइन के प्राचल L = 0·2 μH/m और C = 80 pF/m हैं। z = 0 पर लाइन लघु परिपथ (SC) पर समाप्त होती है, तथा z = –20 cm पर लाइन के आर-पार एक भार Z_L = 50 + j20 Ω है। यदि निवेश वोल्टता 100 V है, तो Z_L भार में आपूर्ति होने वाली औसत शक्ति क्या है? (10 अंक)
Answer approach & key points
(a(i)) x(t) = cos(20*pi*t + pi/4) is ideally sampled at 30 samples/s and the impulse train is filtered by h(t) = [sin(pi t)/(pi t)] cos(80*pi*t - pi/2). Find the closed-form output signal - this needs the sampled spectrum, identification of h(t) as a narrow band-pass filter, and the magnitude AND phase of H at the surviving component. (a(ii)) Given a 9-point sequence x(n) and Y(k) = e^(j 4 pi k/3) X(k), determine y(n) WITHOUT computing any DFT - i.e. recognise the circular time-shift property and apply it. (b(i)) For the Darlington emitter-follower with a 100 k / R2 divider bias, find R2 given V_o = +5.0 V across R_o = 1 kohm, V_CC = 12 V, beta1 = 35, beta2 = 30, V_BE = 0.7 V for both. The question explicitly asks the formula used to be DERIVED, so the Darlington current relation must be shown. (b(ii)) A 240 V, 50 Hz single-phase diode bridge feeds R_L = 100 ohm; diode D2 has failed to a 1 kohm resistance. SKETCH the load voltage, load current and source current waveforms under this fault, AND calculate the average load voltage and the r.m.s. source current. Both the sketches and the two numbers carry marks. (c) A 50 cm lossless line (L = 0.2 uH/m, C = 80 pF/m) at 100 MHz is short-circuited at z = 0, with Z_L = 50 + j20 ohm shunted ACROSS the line at z = -20 cm. With 100 V at the input (z = -50 cm), find the average power delivered to Z_L.
- f₀ = 10 Hz, f_s = 30 Hz; X_s(f) = f_s ΣX(f − kf_s), lines at ±10 + 30k Hz
- sinc ↔ rect; h(t) is a narrow band-pass filter, pass band 39.5–40.5 Hz
- H(40) = ½ e^(−jπ/2), gain ½ and phase −90°; only the 40 Hz line (k = 1) survives
- y(t) = 15 cos(80πt − π/4)
- N = 9 and e^(j4πk/3) = e^(j2πk·6/9)
- Circular time-shift property of the DFT
- y(n) = x((n − 3)) mod 9 (equivalently x((n + 6)) mod 9)
- y(n) = {−2, −2, 4, 3, 5, 1, 4, −3, 5}
- Derivation I_E2 = (1 + β₁)(1 + β₂)I_B1 and V_B1 = V_o + 2V_BE
- I_E2 = 5 mA, I_B1 = 4.48 μA, V_B1 = 6.4 V
- I_R1 = 56 μA and I_R2 = I_R1 − I_B1 = 51.5 μA
- R₂ = 6.4/51.5 μA ≈ 124 kΩ
- V_m = 339.4 V; positive half: 1100 Ω in the path, v_L = v_s/11 (peak 30.9 V)
- Negative half: v_L = |v_s| (peak 339.4 V) and source current |v_s|(1/100 + 1/1000), peak 3.73 A
- Three waveform sketches: unbalanced load voltage/current and asymmetric source current
- V_L(avg) ≈ 117.9 V and I_s(rms) ≈ 1.87 A
- Z₀ = 50 Ω, v = 2.5 × 10⁸ m/s, λ = 2.5 m (0.2 m = 0.08λ and 0.3 m = 0.12λ)
- Shorted stub Z = j50 tan 28.8° = j27.5 Ω in parallel with Z_L: Z_j = 7.94 + j19.9 Ω
- Z_in = 36.2 + j98.3 Ω by transforming through 0.12λ
- P = |V|²Re(Z_in)/|Z_in|² ≈ 32.9 W (100 V taken as r.m.s.)