Fundamentals of Electric Circuits

Cover......Page 1
Title......Page 2
Copyright......Page 3
Contents......Page 6
  Retained from Previous Editions......Page 12
 Organization......Page 15
 Acknowledgments......Page 16
  McGraw-Hill Create®......Page 17
About the Authors......Page 22
PART 1: DC Circuits......Page 25
 1. Basic Concepts......Page 26
  1.1 Introduction......Page 27
  1.2 Systems of Units......Page 28
  1.3 Charge and Current......Page 29
  1.4 Voltage......Page 32
  1.5 Power and Energy......Page 33
  1.6 Circuit Elements......Page 37
   1.7.1 TV Picture Tube......Page 39
   1.7.2 Electricity Bills......Page 41
  1.8 Problem Solving......Page 42
  1.9 Summary......Page 45
  Review Questions......Page 46
  Problems......Page 47
  Comprehensive Problems......Page 49
 2. Basic Laws......Page 52
  2.2 Ohm’s Law......Page 53
  2.3 Nodes, Branches, and Loops......Page 58
  2.4 Kirchhoff’s Laws......Page 60
  2.5 Series Resistors and Voltage Division......Page 66
  2.6 Parallel Resistors and Current Division......Page 67
  2.7 Wye-Delta Transformations......Page 74
   Delta to Wye Conversion......Page 75
   Wye to Delta Conversion......Page 76
   2.8.1 Lighting Systems......Page 80
   2.8.2 Design of DC Meters......Page 82
  2.9 Summary......Page 86
  Review Questions......Page 87
  Problems......Page 88
  Comprehensive Problems......Page 100
 3. Methods of Analysis......Page 102
  3.2 Nodal Analysis......Page 103
  3.3 Nodal Analysis with Voltage Sources......Page 109
  3.4 Mesh Analysis......Page 114
  3.5 Mesh Analysis with Current Sources......Page 119
  3.6 Nodal and Mesh Analyses......Page 121
  3.7 Nodal Versus Mesh Analysis......Page 125
  3.8 Circuit Analysis with PSpice......Page 126
  3.9 Applications: DC Transistor Circuits......Page 128
  3.10 Summary......Page 133
  Review Questions......Page 134
  Problems......Page 135
  Comprehensive Problem......Page 147
 4. Circuit Theorems......Page 148
  4.2 Linearity Property......Page 149
  4.3 Superposition......Page 152
  4.4 Source Transformation......Page 156
  4.5 Thevenin’s Theorem......Page 160
  4.6 Norton’s Theorem......Page 166
  4.7 Derivations of thevenin’s and Norton’s Theorems......Page 170
  4.8 Maximum Power Transfer......Page 171
  4.9 Verifying Circuit Theorems with PSpice......Page 173
   4.10.1 Source Modeling......Page 176
   4.10.2 Resistance Measurement......Page 179
  4.11 Summary......Page 181
  Review Questions......Page 182
  Problems......Page 183
  Comprehensive Problems......Page 194
 5. Operational Amplifiers......Page 196
  5.2 Operational Amplifiers......Page 197
  5.3 Ideal Op Amp......Page 201
  5.4 Inverting Amplifier......Page 202
  5.5 Noninverting Amplifier......Page 204
  5.6 Summing Amplifier......Page 206
  5.7 Difference Amplifier......Page 208
  5.8 Cascaded Op Amp Circuits......Page 212
  5.9 Op Amp Circuit Analysis with PSpice......Page 215
   5.10.1 Digital-to-Analog Converter......Page 217
   5.10.2 Instrumentation Amplifiers......Page 219
  5.11 Summary......Page 220
  Review Questions......Page 222
  Problems......Page 223
  Comprehensive Problems......Page 234
 6. Capacitors and Inductors......Page 236
  6.2 Capacitors......Page 237
  6.3 Series and Parallel Capacitors......Page 243
  6.4 Inductors......Page 247
  6.5 Series and Parallel Inductors......Page 251
  6.6 Applications......Page 254
   6.6.1 Integrator......Page 255
   6.6.2 Differentiator......Page 256
   6.6.3 Analog Computer......Page 258
  6.7 Summary......Page 261
  Review Questions......Page 262
  Problems......Page 263
  Comprehensive Problems......Page 272
 7. First-Order Circuits......Page 274
  7.1 Introduction......Page 275
  7.2 The Source-Free RC Circuit......Page 276
  7.3 The Source-Free RL Circuit......Page 280
  7.4 Singularity Functions......Page 286
  7.5 Step Response of An RC Circuit......Page 294
  7.6 Step Response of An RL Circuit......Page 301
  7.7 First-Order Op Amp Circuits......Page 305
  7.8 Transient Analysis with PSpice......Page 310
   7.9.1 Delay Circuits......Page 314
   7.9.2 Photoflash Unit......Page 316
   7.9.3 Relay Circuits......Page 317
   7.9.4 Automobile Ignition Circuit......Page 319
  7.10 Summary......Page 320
  Review Questions......Page 321
  Problems......Page 322
  Comprehensive Problems......Page 332
 8. Second-Order Circuits......Page 334
  8.1 Introduction......Page 335
  8.2 Finding Initial and Final Values......Page 336
  8.3 The Source-Free Series RLC Circuit......Page 340
  8.4 The Source-Free Parallel RLC Circuit......Page 347
  8.5 Step Response of a Series RLC Circuit......Page 352
  8.6 Step Response of a Parallel RLC Circuit......Page 357
  8.7 General Second-Order Circuits......Page 360
  8.8 Second-Order Op Amp Circuits......Page 365
  8.9 PSpice Analysis of RLC Circuits......Page 367
  8.10 Duality......Page 371
   8.11.1 Automobile Ignition System......Page 374
   8.11.2 Smoothing Circuits......Page 376
  8.12 Summary......Page 377
  Review Questions......Page 378
  Problems......Page 379
  Comprehensive Problems......Page 388
PART 2: AC Circuits......Page 389
 9. Sinusoids and Phasors......Page 390
  9.1 Introduction......Page 391
  9.2 Sinusoids......Page 392
  9.3 Phasors......Page 397
  9.4 Phasor Relationships for Circuit Elements......Page 406
  9.5 Impedance and Admittance......Page 408
  9.6 Kirchhoff’s Laws in the Frequency Domain......Page 410
  9.7 Impedance Combinations......Page 411
   9.8.1 Phase-Shifters......Page 417
   9.8.2 AC Bridges......Page 419
  9.9 Summary......Page 423
  Problems......Page 424
  Comprehensive Problems......Page 432
 10. Sinusoidal Steady-State Analysis......Page 434
  10.2 Nodal Analysis......Page 435
  10.3 Mesh Analysis......Page 438
  10.4 Superposition Theorem......Page 442
  10.5 Source Transformation......Page 445
  10.6 Thevenin and Norton Equivalent Circuits......Page 447
  10.7 Op Amp AC Circuits......Page 452
  10.8 AC Analysis Using PSpice......Page 454
   10.9.1 Capacitance Multiplier......Page 458
   10.9.2 Oscillators......Page 460
  Review Questions......Page 462
  Problems......Page 464
 11. AC Power Analysis......Page 478
  11.2 Instantaneous and Average Power......Page 479
  11.3 Maximum Average Power Transfer......Page 485
  11.4 Effective or RMS Value......Page 488
  11.5 Apparent Power and Power Factor......Page 491
  11.6 Complex Power......Page 494
  11.7 Conservation of AC Power......Page 498
  11.8 Power Factor Correction......Page 502
   11.9.1 Power Measurement......Page 504
   11.9.2 Electricity Consumption Cost......Page 507
  11.10 Summary......Page 509
  Problems......Page 511
  Comprehensive Problems......Page 521
 12. Three-Phase Circuits......Page 524
  12.1 Introduction......Page 525
  12.2 Balanced Three-Phase Voltages......Page 526
  12.3 Balanced Wye-Wye Connection......Page 530
  12.4 Balanced Wye-Delta Connection......Page 533
  12.5 Balanced Delta-Delta Connection......Page 535
  12.6 Balanced Delta-Wye Connection......Page 537
  12.7 Power in a Balanced System......Page 540
  12.8 Unbalanced Three-Phase Systems......Page 546
  12.9 PSpice For Three-Phase Circuits......Page 550
  12.10 Applications......Page 555
   12.10.1 Three-Phase Power Measurement......Page 556
   12.10.2 Residential Wiring......Page 561
  Review Questions......Page 564
  Problems......Page 565
  Comprehensive Problems......Page 574
 13. Magnetically Coupled Circuits......Page 576
  13.1 Introduction......Page 577
  13.2 Mutual Inductance......Page 578
  13.3 Energy in a Coupled Circuit......Page 585
  13.4 Linear Transformers......Page 588
  13.5 Ideal Transformers......Page 594
  13.6 Ideal Autotransformers......Page 602
  13.7 Three-Phase Transformers......Page 605
  13.8 PSpice Analysis of Magnetically Coupled Circuits......Page 607
  13.9 Applications......Page 612
   13.9.1 Transformer As An Isolation Device......Page 613
   13.9.2 Transformer As a Matching Device......Page 614
   13.9.3 Power Distribution......Page 616
  13.10 Summary......Page 618
  Review Questions......Page 619
  Problems......Page 620
  Comprehensive Problems......Page 632
 14. Frequency Response......Page 634
  14.2 Transfer Function......Page 635
  14.3 The Decibel Scale......Page 638
  14.4 Bode Plots......Page 640
  14.5 Series Resonance......Page 650
  14.6 Parallel Resonance......Page 655
  14.7 Passive Filters......Page 658
   14.7.1 Low-Pass Filter......Page 659
   14.7.3 Band-Pass Filter......Page 660
   14.7.4 Band-Stop Filter......Page 661
  14.8 Active Filters......Page 663
   14.8.3 Band-Pass Filter......Page 664
   14.8.4 Band-Reject (or Notch) Filter......Page 666
  14.9 Scaling......Page 669
   14.9.1 Magnitude Scaling......Page 670
   14.9.3 Magnitude and Frequency Scaling......Page 671
  14.10 Frequency Response Using PSpice......Page 673
  14.11 Computation Using MATLAB......Page 676
   14.12.1 Radio Receiver......Page 678
   14.12.2 Touch-Tone Telephone......Page 681
   14.12.3 Crossover Network......Page 682
  14.13 Summary......Page 684
  Review Questions......Page 685
  Problems......Page 686
  Comprehensive Problems......Page 694
PART 3: Advanced Circuit Analysis......Page 695
 15. Introduction to the Laplace Transform......Page 696
  15.1 Introduction......Page 697
  15.2 Definition of the Laplace Transform......Page 698
  15.3 Properties of the Laplace Transform......Page 700
   15.4.1 Simple Poles......Page 711
   15.4.2 Repeated Poles......Page 712
   15.4.3 Complex Poles......Page 713
  15.5 The Convolution Integral......Page 718
  15.6 Application to Integrodifferential Equations......Page 726
  Review Questions......Page 729
  Problems......Page 730
 16. Applications of the Laplace Transform......Page 736
  16.1 Introduction......Page 737
  16.2 Circuit Element Models......Page 738
  16.3 Circuit Analysis......Page 743
  16.4 Transfer Functions......Page 747
   16.6.1 Network Stability......Page 758
   16.6.2 Network Synthesis......Page 761
  16.7 Summary......Page 766
  Review Questions......Page 767
  Problems......Page 768
  Comprehensive Problems......Page 779
 17. The Fourier Series......Page 780
  17.1 Introduction......Page 781
  17.2 Trigonometric Fourier Series......Page 782
   17.3.1 Even Symmetry......Page 789
   17.3.2 Odd Symmetry......Page 791
   17.3.3 Half-Wave Symmetry......Page 793
  17.4 Circuit Applications......Page 799
  17.5 Average Power and RMS Values......Page 803
  17.6 Exponential Fourier Series......Page 806
  17.7 Fourier Analysis with PSpice......Page 812
   17.7.2 Fast Fourier Transform......Page 813
   17.8.2 Filters......Page 818
  17.9 Summary......Page 821
  Problems......Page 823
  Comprehensive Problems......Page 832
 18. Fourier Transform......Page 834
  18.2 Definition of the Fourier Transform......Page 835
  18.3 Properties of the Fourier Transform......Page 841
  18.4 Circuit Applications......Page 854
  18.5 Parseval’s Theorem......Page 857
  18.6 Comparing the Fourier and Laplace Transforms......Page 860
   18.7.1 Amplitude Modulation......Page 861
   18.7.2 Sampling......Page 863
  18.8 Summary......Page 864
  Review Questions......Page 865
  Problems......Page 866
  Comprehensive Problems......Page 872
 19. Two-Port Networks......Page 874
  19.1 Introduction......Page 875
  19.2 Impedance Parameters......Page 876
  19.3 Admittance Parameters......Page 880
  19.4 Hybrid Parameters......Page 883
  19.5 Transmission Parameters......Page 888
  19.6 Relationships Between Parameters......Page 893
  19.7 Interconnection of Networks......Page 896
  19.8 Computing Two-Port Parameters Using PSpice......Page 902
   19.9.1 Transistor Circuits......Page 905
   19.9.2 Ladder Network Synthesis......Page 910
  19.10 Summary......Page 914
  Problems......Page 915
 A.1 Cramer’s Rule......Page 927
 A.2 Matrix Inversion......Page 931
 B.1 Representations of Complex......Page 936
 B.2 Mathematical Operations......Page 939
 B.3 Euler’s Formula......Page 941
 C.2 Trigonometric Identities......Page 943
 C.4 Derivatives......Page 944
 C.5 Indefinite Integrals......Page 945
 C.6 Definite Integrals......Page 946
 C.7 L’Hopital’s Rule......Page 947
 Chapter 2......Page 948
 Chapter 3......Page 949
 Chapter 4......Page 950
 Chapter 5......Page 951
 Chapter 6......Page 953
 Chapter 7......Page 955
 Chapter 8......Page 957
 Chapter 9......Page 959
 Chapter 10......Page 960
 Chapter 11......Page 961
 Chapter 12......Page 962
 Chapter 13......Page 963
 Chapter 14......Page 964
 Chapter 15......Page 969
 Chapter 16......Page 971
 Chapter 17......Page 972
 Chapter 18......Page 976
 Chapter 19......Page 977
Selected Bibliography......Page 980
 C......Page 982
 E......Page 983
 F......Page 984
 K......Page 985
 N......Page 986
 P......Page 987
 S......Page 988
 T......Page 989
 Z......Page 990