Electricity and Electronics

Contents......Page 9
Preface......Page 19
Part 1 Direct Current......Page 21
Protons, Neutrons, and Atomic Numbers......Page 23
Electrons......Page 24
Compounds......Page 26
Molecules......Page 27
Insulators......Page 28
Semiconductors......Page 29
Current......Page 30
Static Electricity......Page 31
Electromotive Force......Page 32
Nonelectrical Energy......Page 33
Quiz......Page 34
The Volt......Page 37
Current Flow......Page 38
The Ampere......Page 39
Resistance and the Ohm......Page 40
Conductance and the Siemens......Page 42
Power and the Watt......Page 43
A Word about Notation......Page 44
Energy and the Watt-Hour......Page 45
Other Energy Units......Page 46
Alternating Current and the Hertz......Page 47
Rectification and Pulsating Direct Current......Page 48
Magnetism......Page 50
Quiz......Page 52
Electromagnetic Deflection......Page 56
Electrostatic Deflection......Page 58
Ammeters......Page 59
Voltmeters......Page 61
Ohmmeters......Page 63
FET Voltmeters......Page 64
Wattmeters......Page 65
Digital Readout Meters......Page 66
Other Meter Types......Page 67
Quiz......Page 71
Schematic Symbols......Page 75
Schematic and Wiring Diagrams......Page 76
Voltage/Current/Resistance Circuits......Page 77
Ohm’s Law......Page 78
Current Calculations......Page 79
Resistance Calculations......Page 80
Power Calculations......Page 81
Resistances in Series......Page 82
Resistances in Parallel......Page 83
Resistances in Series-Parallel......Page 84
Quiz......Page 85
Current through Series Resistances......Page 89
Voltages across Series Resistances......Page 90
Currents through Parallel Resistances......Page 92
Power Distribution in Parallel Circuits......Page 94
Kirchhoff’s First Law......Page 95
Kirchhoff’s Second Law......Page 97
Voltage Divider Networks......Page 98
Quiz......Page 100
Purpose of the Resistor......Page 105
Fixed Resistors......Page 108
The Potentiometer......Page 110
The Decibel......Page 113
Resistor Specifications......Page 114
Quiz......Page 118
Electrochemical Energy......Page 122
Grocery Store Cells and Batteries......Page 125
Miniature Cells and Batteries......Page 126
Lead-Acid Batteries......Page 127
Nickel-Based Cells and Batteries......Page 128
Photovoltaic Cells and Batteries......Page 129
Fuel Cells......Page 130
Quiz......Page 131
The Geomagnetic Field......Page 135
Causes and Effects......Page 136
Electromagnets......Page 140
Magnetic Properties of Materials......Page 142
Practical Magnetism......Page 143
Quiz......Page 148
Test: Part 1......Page 152
Part 2 Alternating Current......Page 161
Period and Frequency......Page 163
The Sine Wave......Page 164
Square Waves......Page 165
Sawtooth Waves......Page 166
Complex and Irregular Waveforms......Page 167
Frequency Spectrum......Page 168
Fractions of a Cycle......Page 170
Expressions of Amplitude......Page 171
The Generator......Page 174
Why Alternating and Not Direct?......Page 175
Quiz......Page 176
The Property of Inductance......Page 180
Practical Inductors......Page 181
Inductors in Series......Page 182
Inductors in Parallel......Page 183
Interaction among Inductors......Page 184
Ferromagnetic Cores......Page 186
Inductors at RF......Page 189
Quiz......Page 191
The Property of Capacitance......Page 195
Practical Capacitors......Page 196
Capacitors in Series......Page 197
Capacitors in Parallel......Page 198
Fixed Capacitors......Page 199
Variable Capacitors......Page 202
Interelectrode Capacitance......Page 204
Quiz......Page 205
Instantaneous Values......Page 208
Instantaneous Rate of Change......Page 209
Circles and Vectors......Page 210
Expressions of Phase Difference......Page 212
Vector Diagrams of Phase Difference......Page 215
Quiz......Page 216
Coils and Direct Current......Page 220
Coils and Alternating Current......Page 221
Reactance and Frequency......Page 222
Points in the RL Plane......Page 223
Current Lags Voltage......Page 225
How Much Lag?......Page 228
Quiz......Page 230
Capacitors and Direct Current......Page 234
Capacitors and Alternating Current......Page 235
Capacitive Reactance and Frequency......Page 236
Points in the RC Plane......Page 238
Vectors in the RC Plane......Page 239
Current Leads Voltage......Page 240
How Much Lead?......Page 242
Quiz......Page 245
Complex Numbers......Page 249
The RX Plane......Page 253
Characteristic Impedance......Page 256
Susceptance......Page 258
The GB plane......Page 260
Quiz......Page 262
Complex Impedances in Series......Page 265
Series RLC Circuits......Page 268
Complex Admittances in Parallel......Page 270
Parallel GLC Circuits......Page 273
Putting It All Together......Page 276
Reducing Complicated RLC Circuits......Page 277
Ohm’s Law for AC Circuits......Page 279
Quiz......Page 281
Forms of Power......Page 285
True Power, VA Power, and Reactive Power......Page 288
Power Transmission......Page 293
Resonance......Page 296
Resonant Devices......Page 300
Quiz......Page 302
Principle of the Transformer......Page 306
Geometries......Page 309
Power Transformers......Page 312
Isolation and Impedance Matching......Page 314
Radio-Frequency Transformers......Page 317
Quiz......Page 319
Test: Part 2......Page 323
Part 3 Basic Electronics......Page 333
The Semiconductor Revolution......Page 335
Semiconductor Materials......Page 336
Doping and Charge Carriers......Page 337
The P-N Junction......Page 338
Quiz......Page 341
Rectification......Page 345
Frequency Multiplication......Page 346
Signal Mixing......Page 347
Voltage Regulation......Page 348
Amplitude Limiting......Page 349
Oscillation and Amplification......Page 350
Energy Emission......Page 351
Photosensitive Diodes......Page 352
Quiz......Page 353
Power Transformers......Page 357
Half-Wave Circuit......Page 358
Full-Wave Bridge Circuit......Page 360
Voltage-Doubler Circuit......Page 361
Filtering......Page 362
Voltage Regulation......Page 364
Protection of Equipment......Page 365
Quiz......Page 368
NPN versus PNP......Page 372
Biasing......Page 373
Biasing for Amplification......Page 375
Gain versus Frequency......Page 377
Common Emitter Circuit......Page 378
Common Collector Circuit......Page 379
Quiz......Page 381
Principle of the JFET......Page 385
Amplification......Page 389
The MOSFET......Page 390
Common Source Circuit......Page 393
Common Gate Circuit......Page 394
Common Drain Circuit......Page 395
Quiz......Page 396
The Decibel......Page 399
Basic Bipolar Transistor Amplifier......Page 401
Basic JFET Amplifier......Page 402
Amplifier Classes......Page 403
Efficiency in Power Amplifiers......Page 406
Drive and Overdrive......Page 408
Audio Amplification......Page 409
Radio-Frequency Amplification......Page 411
How Oscillators Work......Page 413
Common Oscillator Circuits......Page 414
Oscillator Stability......Page 419
Audio Oscillators......Page 420
Quiz......Page 422
Modulation......Page 427
Pulse Modulation......Page 434
Analog-to-Digital Conversion......Page 435
Image Transmission......Page 436
The Electromagnetic Field......Page 439
Wave Propagation......Page 441
Transmission Media......Page 443
Two Basic Receiver Designs......Page 444
Predetector Stages......Page 447
Detectors......Page 449
Television Reception......Page 453
Specialized Wireless Modes......Page 454
Quiz......Page 457
Numbering Systems......Page 461
Logic......Page 463
Digital Circuits......Page 464
Binary Digital Communications......Page 468
The RGB Color Model......Page 473
Quiz......Page 474
Test: Part 3......Page 478
Part 4 Specialized Devices and Systems......Page 489
Radiation Resistance......Page 491
Half-Wave Antennas......Page 493
Quarter-Wave Verticals......Page 494
Loops......Page 496
Ground Systems......Page 497
Gain and Directivity......Page 498
Phased Arrays......Page 500
Parasitic Arrays......Page 502
Antennas for Ultrahigh and Microwave Frequencies......Page 503
Quiz......Page 506
Advantages of IC Technology......Page 511
Linear ICs......Page 512
Digital ICs......Page 516
Component Density......Page 518
Quiz......Page 519
Tube Forms......Page 524
Electrodes in a Tube......Page 525
Circuit Configurations......Page 528
Cathode-Ray Tubes......Page 529
Camera Tubes......Page 531
Tubes for Use above 300 MHz......Page 533
Quiz......Page 534
Wave Transducers......Page 537
Displacement Transducers......Page 539
Detection and Measurement......Page 543
Location Systems......Page 547
Navigational Methods......Page 551
Quiz......Page 554
Acoustics......Page 558
Loudness and Phase......Page 560
Components......Page 561
Specialized Systems......Page 566
Recorded Media......Page 567
Electromagnetic Interference......Page 569
Quiz......Page 570
Cellular Communications......Page 574
Satellites and Networks......Page 576
Amateur and Shortwave Radio......Page 579
Security and Privacy......Page 581
Quiz......Page 586
The Central Processing Unit......Page 589
Units of Digital Data......Page 590
The Hard Drive......Page 591
External Storage......Page 593
Memory......Page 594
The Display......Page 595
The Printer......Page 597
The Scanner......Page 598
The Modem......Page 600
The Internet......Page 601
Quiz......Page 604
Keeping Watch......Page 607
Robot Generations and Laws......Page 611
Robot Arms......Page 612
Robot Hearing and Vision......Page 617
Robot Navigation......Page 620
Telepresence......Page 623
The Mind of the Machine......Page 625
Quiz......Page 626
Test: Part 4......Page 630
Final Exam......Page 641
Appendix A: Answers to Quiz, Test, and Exam Questions......Page 665
Appendix B: Schematic Symbols......Page 673
Suggested Additional Reading......Page 691
A......Page 693
B......Page 695
C......Page 696
D......Page 698
E......Page 700
F......Page 702
G......Page 703
I......Page 704
L......Page 706
M......Page 707
N......Page 708
O......Page 709
P......Page 710
Q......Page 711
R......Page 712
S......Page 714
T......Page 715
V......Page 717
W......Page 718
Z......Page 719