Electrical & Electronic Systems

Cover......Page 1
Contents......Page 6
Preface......Page 11
Introduction......Page 14
Systems......Page 17
Electrical and electronicsystems......Page 18
System inputs and outputs......Page 21
Physical quantities andelectrical signals......Page 23
System blockdiagrams......Page 25
Introduction......Page 29
Système International units......Page 30
Electrical circuits......Page 31
Direct currentand alternating current......Page 34
Ohm’s law......Page 35
Kirchhoff’s laws......Page 37
Power dissipationin resistors......Page 38
Resistors in parallel......Page 39
Resistive potential dividers......Page 40
Sinusoidal quantities......Page 43
Circuit symbols......Page 44
Introduction......Page 47
Describing sensor performance......Page 49
Temperature sensors......Page 50
Light sensors......Page 52
Force sensors......Page 54
Displacement sensors......Page 55
Motion sensors......Page 60
Sensor interfacing......Page 61
Sensors –a summary......Page 64
Introduction......Page 68
Light actuators......Page 69
Force,displacement and motion actuators......Page 71
Sound actuators......Page 75
Actuator interfacing......Page 76
Actuators –a summary......Page 77
Introduction......Page 80
Digital signals......Page 81
Signal properties......Page 85
System limitations......Page 87
Modulation......Page 89
Demodulation......Page 91
Multiplexing......Page 92
Distortion and noise......Page 93
Introduction......Page 98
Electronic amplifiers......Page 100
Sources and loads......Page 102
Equivalentcircuit of an amplifier......Page 105
Output power......Page 109
Power gain......Page 111
Frequency response and bandwidth......Page 115
Differential amplifiers......Page 116
Simple amplifiers......Page 119
Introduction......Page 122
Open-loop andclosed-loop systems......Page 123
Automatic control systems......Page 125
Feedback systems......Page 126
Negative feedback......Page 129
The effects of negative feedback......Page 134
Negative feedback –a summary......Page 137
Introduction......Page 141
An ideal operational amplifier......Page 143
Some basic operational amplifier circuits......Page 144
Some other useful circuits......Page 149
Real operational amplifiers......Page 154
Selecting component values for op-amp circuits......Page 159
The effects of feedback on op-amp circuits......Page 160
Introduction......Page 168
Binary quantitiesand variables......Page 169
Logic gates......Page 173
Combinational logic......Page 178
Number systems and binary arithmetic......Page 186
Numeric and alphabetic codes......Page 194
Introduction......Page 200
Bistables......Page 201
Memory registers......Page 208
Shift registers......Page 209
Counters......Page 210
Monostables or one-shots......Page 216
Timers......Page 217
Introduction......Page 220
Sine waves......Page 221
Square waves......Page 229
Measuring voltages and currents......Page 231
Analogue ammeters and voltmeters......Page 232
Digital multimeters......Page 236
Oscilloscopes......Page 238
Introduction......Page 244
Voltage sources......Page 245
Resistance and Ohm’s law......Page 246
Resistors in series and parallel......Page 248
Kirchhoff’s laws......Page 249
Thévenin’s theorem and Norton’s theorem......Page 252
Superposition......Page 257
Nodal analysis......Page 262
Mesh analysis......Page 265
Solving simultaneous circuit equations......Page 268
Choice oftechniques......Page 269
Capacitors and capacitance......Page 275
Capacitors and alternating voltages and currents......Page 278
The effect of a capacitor’s dimensions on its capacitance......Page 279
Electric field strength and electric flux density......Page 280
Capacitors in series and parallel......Page 282
Relationship between voltage and current in a capacitor......Page 284
Sinusoidal voltages and currents......Page 286
Energy stored in a charged capacitor......Page 287
Circuit symbols......Page 288
Electromagnetism......Page 292
Self-inductance......Page 297
Inductors......Page 298
Relationship between voltage and current in an inductor......Page 301
Sinusoidal voltages and currents......Page 304
Energy storage in an inductor......Page 305
Mutual inductance......Page 306
Transformers......Page 307
The use of inductance in sensors......Page 309
Introduction......Page 314
Relationship between voltage and current......Page 315
Reactance ofinductors and capacitors......Page 317
Phasor diagrams......Page 320
Impedance......Page 326
Complex notation......Page 328
Introduction......Page 338
Power dissipation in resistive components......Page 339
Power in inductors......Page 340
Power in circuits with resistance and reactance......Page 341
Active and reactive power......Page 343
Power factor correction......Page 345
Power transfer......Page 347
Three-phase systems......Page 348
Power measurement......Page 349
Introduction......Page 352
A high-pass RC network......Page 353
A low-pass RC network......Page 358
A low-pass RL network......Page 362
A comparison of RC and RL networks......Page 364
Bode diagrams......Page 366
Combining the effects of several stages......Page 367
RLC circuits and resonance......Page 369
Filters......Page 375
Stray capacitance and inductance......Page 382
Introduction......Page 386
Charging of capacitors and energising of inductors......Page 387
Discharging of capacitors and de-energising of inductors......Page 391
Generalised response of first-order systems......Page 393
Second-order systems......Page 400
Higher-order systems......Page 401
Introduction......Page 404
Diodes......Page 405
Semiconductors......Page 406
pn junctions......Page 408
Semiconductor diodes......Page 411
Special-purpose diodes......Page 414
Diode circuits......Page 416
Introduction......Page 424
An overview of field-effect transistors......Page 425
Insulated-gate field-effect transistors......Page 426
Junction-gate field-effect transistors......Page 429
FET haracteristics......Page 431
Summary of FET characteristics......Page 436
FET amplifiers......Page 437
Other FETapplications......Page 442
Introduction......Page 446
An overview of bipolar transistors......Page 447
Bipolar transistor operation......Page 449
Bipolar transistor characteristics......Page 451
Summary of bipolar transistor characteristics......Page 456
Bipolar transistor amplifiers......Page 457
Other bipolar transistor applications......Page 467
Introduction......Page 472
Bipolar transistor power amplifiers......Page 473
Classes of amplifier......Page 478
Four-layer devices......Page 480
Power supplies and voltage regulators......Page 486
Introduction......Page 494
A simple AC generator......Page 495
A simple DC generator......Page 497
DC generators or dynamos......Page 498
AC generators or alternators......Page 500
DC motors......Page 501
AC motors......Page 503
Electricalmachines –a summary......Page 505
Introduction......Page 508
Oscillators......Page 509
Stability......Page 517
Introduction......Page 521
Gate characteristics......Page 522
Logic family characteristics......Page 529
A comparison of logic families......Page 531
Complementary metal oxide semiconductor......Page 532
Transistor–transistor logic......Page 536
Introduction......Page 543
Sampling......Page 544
Signal reconstruction......Page 545
Data converters......Page 546
Sample and hold gates......Page 547
Multiplexing......Page 548
Introduction......Page 552
Semiconductor memory......Page 554
Array logic......Page 558
Microprocessors......Page 561
Programmable logic controllers......Page 566
Selecting an implementation method......Page 567
Appendix A Symbols......Page 571
Appendix B SI Units and Prefixes......Page 573
Appendix C Op-amp Circuits......Page 575
Appendix D Complex Numbers......Page 580
Appendix E Answers to SelectedExercises......Page 583
Index......Page 586