Allan R Hambley - Nguyên lý & Ứng dụng Kỹ thuật Điện, Ấn bản 6

• Tác giả: Allan R. Hambley
• Trường học: Michigan Technological University
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
• Đề tài: Nguyên lý và Ứng dụng Kỹ thuật Điện
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Upper Saddle River

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình Electrical Engineering Principles and Applications 6th Edition

Giáo trình Electrical Engineering Principles and Applications của tác giả Allan R. Hambley, ấn bản lần thứ 6, do nhà xuất bản Prentice Hall phát hành năm 2013. Đây là một trong những tài liệu giảng dạy kỹ thuật điện được sử dụng rộng rãi nhất tại các trường đại học trên toàn thế giới. Cuốn sách cung cấp nền tảng vững chắc về nguyên lý kỹ thuật điện. Nội dung bao gồm phân tích mạch điện, linh kiện cơ bản và ứng dụng thực tiễn. Ấn bản thứ 6 được cập nhật với nhiều ví dụ minh họa mới. Các bài tập thực hành phong phú giúp sinh viên củng cố kiến thức hiệu quả. Sách trình bày rõ ràng các khái niệm từ cơ bản đến nâng cao. Phương pháp tiếp cận vấn đề logic, hệ thống. Allan R. Hambley nổi tiếng với phong cách viết dễ hiểu. Giáo trình phù hợp cho cả sinh viên mới bắt đầu và người đọc muốn ôn tập chuyên sâu. Ấn bản này tích hợp công cụ mô phỏng máy tính MATLAB. Điều này giúp người học áp dụng lý thuyết vào giải quyết bài toán thực tế một cách trực quan.

1.1. Thông tin xuất bản và tác giả Allan R. Hambley

Allan R. Hambley là giáo sư kỹ thuật điện tại Đại học Michigan State. Ông có nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử. Nhà xuất bản Prentice Hall phát hành ấn bản thứ 6 vào năm 2013. Ấn bản này là kết quả của quá trình liên tục cải tiến qua nhiều phiên bản trước. Sách có tổng cộng hơn 1000 trang nội dung. Mỗi chương được thiết kế theo cấu trúc logic, từ lý thuyết đến ứng dụng. Tác giả đặc biệt chú trọng việc giải thích các khái niệm phức tạp bằng ngôn ngữ đơn giản. Điều này giúp sinh viên quốc tế tiếp cận kiến thức dễ dàng hơn.

1.2. Cấu trúc tổng thể của giáo trình

Giáo trình được chia thành nhiều chương, mỗi chương tập trung vào một chủ đề cụ thể. Chương 1 giới thiệu các khái niệm cơ bản về mạch điện và linh kiện. Chương 2 trình bày phân tích mạch sử dụng phương pháp node và mesh. Chương 3 tập trung vào tụ điện và cuộn cảm. Chương 4 phân tích trạng thái tạm thời của mạch. Chương 5 giới thiệu mạch xoay chiều và phân tích phasor. Các chương tiếp theo mở rộng sang logic số, vi xử lý và ứng dụng nâng cao. Mỗi chương bao gồm ví dụ minh họa chi tiết và bài tập tự giải.

II. Phân tích nội dung cốt lõi trong giáo trình Hambley 6th Edition

Nội dung cốt lõi của giáo trình Hambley 6th Edition bao gồm nhiều chủ đề quan trọng. Phần phân tích mạch DC giới thiệu định luật Ohm, Kirchhoff và kỹ thuật phân tích nút. Phương pháp superposition được trình bày rõ ràng với nhiều ví dụ thực tế. Phần mạch xoay chiều giải thích khái niệm trở kháng phức và phasor. Công suất AC, hệ số công suất và hiệu chỉnh hệ số công suất được phân tích chi tiết. Giáo trình đặc biệt nhấn mạnh phân tích trạng thái tạm thời của mạch RC, RL và RLC. Phương trình vi phân được giải bằng cả phương pháp giải tích và mô phỏng máy tính. Phần mạch số giới thiệu đại số Boolean và thiết kế logic tổ hợp. Các ví dụ sử dụng MATLAB giúp sinh viên hiểu cách áp dụng lý thuyết vào thực tế. Nội dung được sắp xếp từ đơn giản đến phức tạp. Mỗi khái niệm mới đều xây dựng trên nền tảng kiến thức đã học trước đó. Cách tiếp cận này đảm bảo người học không bị hổng kiến thức.

2.1. Phân tích mạch DC và kỹ thuật Thévenin Norton

Phân tích mạch DC là phần nền tảng quan trọng nhất trong giáo trình. Sinh viên học cách kết hợp điện trở nối tiếp và song song. Nguyên lý phân áp và phân dòng được giải thích qua nhiều ví dụ. Phương pháp phân tích nút sử dụng điện áp nút làm biến số ẩn. Phương pháp dòng mesh sử dụng dòng mesh làm biến số chính. Kỹ thuật chuyển đổi nguồn giúp đơn giản hóa mạch phức tạp. Định lý Thévenin cho phép thay thế mạch phức tạp bằng nguồn điện áp và trở kháng tương đương. Định lý Norton sử dụng nguồn dòng thay thế. Cả hai định lý đều hữu ích trong phân tích tải tối đa.

2.2. Mạch xoay chiều và phân tích phasor

Phần mạch xoay chiều giới thiệu khái niệm tín hiệu hình sin và giá trị RMS. Phasor là công cụ toán học mạnh mẽ để phân tích mạch AC. Trở kháng phức kết hợp điện trở, cảm kháng và dung kháng. Phân tích mạch AC sử dụng cùng kỹ thuật như mạch DC nhưng với số phức. Công suất biểu kiến, công suất thực và công suất phản kháng được trình bày qua tam giác công suất. Giáo trình cũng giới thiệu hệ thống nguồn ba pha kiểu wye và delta. Phân tích trạng thái ổn định AC giúp sinh viên hiểu hoạt động của mạch điện lưới.

III. Phương pháp học tập hiệu quả với giáo trình Electrical Engineering

Học tập hiệu quả với giáo trình Electrical Engineering của Hambley đòi hỏi phương pháp phù hợp. Bước đầu tiên là đọc kỹ lý thuyết trong mỗi chương. Tiếp theo, nghiên cứu các ví dụ được giải chi tiết trong sách. Sau đó, tự giải các bài tập cuối chương để củng cố kiến thức. Sử dụng công cụ MATLAB để mô phỏng các mạch điện phức tạp. Thực hành xây dựng mạch trên breadboard giúp hiểu rõ hành vi thực tế của linh kiện. Nên học theo thứ tự chương vì kiến thức có tính liên kết cao. Mỗi chương mới đều dựa trên nền tảng từ chương trước. Việc ghi chú các công thức quan trọng giúp ôn tập nhanh chóng. Nhóm học tập thảo luận các bài toán khó sẽ tăng hiệu quả tiếp thu. Giáo trình cung cấp đáp số cho nhiều bài tập. Điều này giúp kiểm tra kết quả và sửa lỗi kịp thời. Kiên trì thực hành mỗi ngày là chìa khóa thành công.

3.1. Sử dụng công cụ MATLAB trong học tập

MATLAB là công cụ mô phỏng được tích hợp sâu trong giáo trình Hambley. Nhiều chương trình ví dụ sử dụng Symbolic Toolbox để giải phương trình vi phân. Sinh viên có thể mô phỏng mạch RC, RL và RLC với nguồn hình sin. Công cụ này giúp trực quan hóa quá trình quá độ của mạch. Việc so sánh kết quả mô phỏng với tính toán tay giúp xác nhận kiến thức. MATLAB cũng hỗ trợ phân tích tần số và vẽ đồ thị Bode. Giáo trình cung cấp mã nguồn mẫu cho từng ví dụ. Người học chỉ cần chạy chương trình và quan sát kết quả. Đây là phương pháp học tập hiện đại và hiệu quả.

3.2. Chiến lược giải bài tập và ôn tập

Giáo trình cung cấp hơn 1000 bài tập với nhiều cấp độ khó khác nhau. Nên bắt đầu từ các bài tập cơ bản để nắm vững khái niệm. Tiếp theo, chuyển sang các bài tập trung bình để rèn luyện kỹ năng tính toán. Cuối cùng, thử thách với các bài tập nâng cao và bài tập ứng dụng. Mỗi chương có phần ví dụ với lời giải chi tiết để tham khảo. Việc giải lại bài tập cũ sau một tuần giúp củng cố trí nhớ dài hạn. Sử dụng flashcard ghi lại các công thức và phương pháp quan trọng. Thực hành thường xuyên sẽ xây dựng kỹ năng phân tích mạch điện vững chắc.

IV. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của giáo trình Hambley Edition 6

Giáo trình Hambley Edition 6 có giá trị ứng dụng thực tiễn cao trong nhiều lĩnh vực. Kiến thức về phân tích mạch DC và AC là nền tảng cho thiết kế hệ thống điện. Hiểu biết về mạch transient giúp phân tích quá trình sạc xả pin và tụ điện. Kỹ năng sử dụng phasor áp dụng trong phân tích lưới điện và máy điện. Phần logic số hỗ trợ thiết kế vi mạch và hệ thống nhúng. Các ứng dụng cảm biến strain gauge được giới thiệu trong phần ứng dụng. Cảm biến này đo lực, momen xoắn và áp suất trong kỹ thuật cơ khí. Giáo trình cũng đề cập đến ứng dụng trong hệ thống truyền thông và điều khiển. Sinh viên tốt nghiệp có nền tảng vững chắc để làm việc trong ngành điện tử. Nhiều công ty sử dụng giáo trình này cho chương trình đào tạo nội bộ. Giá trị của cuốn sách vượt ra ngoài phạm vi giảng dạy đại học.

4.1. Ứng dụng trong thiết kế mạch và hệ thống điện

Kiến thức từ giáo trình áp dụng trực tiếp trong thiết kế mạch điện tử. Phân tích Thévenin giúp tối ưu hóa trở kháng nguồn cho tải. Nguyên lý truyền công suất tối đa áp dụng trong thiết kế ampli âm thanh. Kỹ thuật phân tích node và mesh sử dụng trong phần mềm mô phỏng mạch như SPICE. Hiểu biết về tụ điện và cuộn cảm là nền tảng cho thiết kế bộ lọc. Mạch dao động sử dụng nguyên lý RLC để tạo tín hiệu tần số xác định. Hệ thống nguồn ba pha áp dụng trong công nghiệp và truyền tải điện năng. Giáo trình cung cấp kiến thức toàn diện cho kỹ sư điện tử tương lai.

4.2. Giá trị học thuật và công nhận quốc tế

Giáo trình được sử dụng tại hàng trăm trường đại học trên toàn thế giới. Nhiều chương trình kỹ thuật điện công nhận đây là tài liệu tham khảo chính. Ấn bản thứ 6 phản ánh những tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Nội dung cập nhật bao gồm công cụ tính toán hiện đại và ví dụ thực tế. Sách được đánh giá cao bởi cả giảng viên và sinh viên. Giá trị học thuật của giáo trình đã được kiểm chứng qua nhiều năm sử dụng. Đây là nguồn tài liệu không thể thiếu cho bất kỳ ai theo đuổi ngành kỹ thuật điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

List of Examples Chapter 1 2.22 Circuit Analysis Using Superposition 103 1.1 Determining Current Given Charge 9 2.23 Using a Wheatstone Bridge to Measure 106 1.2 Power Calculations 14 Resistance 1.4 Resistance Calculation 28 Chapter 3 1.5 Determining Resistance for Given Power 30 3.1 Determining Current for a Capacitance 127 and Voltage Ratings Given Voltage 1.6 Circuit Analysis Using Arbitrary 32 3.2 Determining Voltage for a Capacitance 129 References Given Current 1.7 Using KVL, KCL, and Ohm’s Law 33 3.3 Current, Power, and Energy for a 131 to Solve a Circuit Capacitance 3.4 Calculating Capacitance Given Physical 135 Chapter 2 Parameters 2.1 Combining Resistances in Series 49 3.5 What Happened to the Missing Energy? 137 and Parallel 3.6 Voltage, Power, and Energy for an 141 2.2 Circuit Analysis Using Series/Parallel 52 Inductance Equivalents 3.7 Inductor Current with Constant Applied 142 2.3 Application of the Voltage-Division 56 Voltage Principle 2.4 Applying the Current- and 57 3.8 Integration and Differentiation Using 149 Voltage-Division Principles the MATLAB Symbolic Toolbox 2.5 Application of the Current-Division 58 Principle Chapter 4 2.6 Node-Voltage Analysis 63 4.1 Steady-State DC Analysis 167 2.7 Node-Voltage Analysis 66 2.8 Node-Voltage Analysis 69 4.2 RL Transient Analysis 169 2.9 Node-Voltage Analysis 71 4.3 RL Transient Analysis 171 2.10 Node-Voltage Analysis with a Dependent 74 4.4 Transient Analysis of an RC Circuit with 176 Source a Sinusoidal Source 2.11 Node-Voltage Analysis with a Dependent 75 4.5 Analysis of a Second-Order Circuit with 183 Source a DC Source 2.12 Mesh-Current Analysis 81 4.6 Computer-Aided Solution of a First- 192 2.13 Mesh-Current Analysis 82 Order Circuit 2.14 Writing Mesh Equations Directly in 84 4.7 Computer-Aided Solution of a 193 Matrix Form Second-Order Circuit 2.15 Mesh-Current Analysis with Controlled 87 4.8 Computer-Aided Solution of a System of 195 Sources Differential Equations 2.16 Determining the Thévenin Equivalent 90 Circuit Chapter 5 2.17 Zeroing Sources to Find Thévenin 91 Resistance 5.1 Power Delivered to a Resistance by a 213 2.18 Thévenin Equivalent of a Circuit with a 93 Sinusoidal Source Dependent Source 5.2 RMS Value of a Triangular Voltage 214 2.19 Norton Equivalent Circuit 95 5.3 Using Phasors to Add Sinusoids 219 2.20 Using Source Transformations 97 5.4 Steady-State AC Analysis of a Series 226 2.21 Determining Maximum Power Transfer 100 Circuit 5.5 Series and Parallel Combinations of 228 7.11 Finding the Minimum SOP Form for a 375 Complex Impedances Logic Function 5.6 Steady-State AC Node-Voltage 229 7.12 Finding the Minimum POS Form for a 376 Analysis Logic Function 5.7 AC Power Calculations 238 5.8 Using Power Triangles 240 Chapter 8 5.9 Power-Factor Correction 243 8.1 An Assembly-Language Program 423 5.10 Thévenin and Norton Equivalents 245 8.2 Absolute Value Assembly Program 423 5.11 Maximum Power Transfer 247 5.12 Analysis of a Wye–Wye System 255 8.3 Manual Conversion of Source Code to 424 Machine Code 5.13 Analysis of a Balanced Delta–Delta 259 8.4 Subroutine Source Code 425 System 5.14 Phasor Mesh-Current Analysis with 263 MATLAB Chapter 9 9.1 Sensor Loading 436 Chapter 6 9.2 Specifications for a Computer-Based 448 6.1 Using the Transfer Function to 282 Measurement System Determine the Output 6.2 Using the Transfer Function with Several 284 Input Components Chapter 10 6.3 Calculation of RC Lowpass Output 290 10.1 Load-Line Analysis 472 6.4 Determination of the Break Frequency 302 for a Highpass Filter 10.2 Load-Line Analysis 473 6.5 Series Resonant Circuit 307 10.3 Load-Line Analysis of a Zener-Diode 475 Voltage Regulator 6.6 Parallel Resonant Circuit 310 10.4 Analysis of a Zener-Diode Regulator 476 6.7 Filter Design 315 with a Load 6.8 Computer-Generated Bode Plot 317 10.5 Analysis by Assumed Diode States 479 6.9 Bode Plot Using the MATLAB Symbolic 320 10.6 Piecewise-Linear Model for a Zener 481 Toolbox Diode 6.10 Step Response of a First-Order Digital 326 10.7 Analysis Using a Piecewise-Linear Model 482 Lowpass Filter Chapter 7 Chapter 11 7.1 Converting a Decimal Integer to Binary 352 11.1 Calculating Amplifier Performance 516 7.2 Converting a Decimal Fraction to Binary 352 11.2 Calculating Performance of Cascaded 518 Amplifiers 7.3 Converting Decimal Values to Binary 353 11.3 Simplified Model for an Amplifier 519 7.4 Adding Binary Numbers 353 Cascade 7.5 Converting Octal and Hexadecimal 354 11.4 Amplifier Efficiency 521 Numbers to Binary 7.6 Converting Binary Numbers to Octal or 355 11.5 Determining the Current-Amplifier 523 Hexadecimal Model from the Voltage-Amplifier Model 7.7 Subtraction Using Two’s-Complement 357 11.6 Determining the Transconductance- 525 Arithmetic Amplifier Model 7.8 Using a Truth Table to Prove a Boolean 361 11.7 Determining the Transresistance- 526 Expression Amplifier Model 7.9 Applying De Morgan’s Laws 364 11.8 Determining Complex Gain 531 7.10 Combinatorial Logic Circuit Design 369 11.9 Amplitude Distortion 535 Electrical Engineering Principles and Applications This page intentionally left blank Electrical Engineering Principles and Applications SIXTH EDITION Allan R. Hambley Department of Electrical and Computer Engineering Michigan Technological University [e-mail] Upper Saddle River Boston Columbus San Francisco New York Indianapolis London Toronto Sydney Singapore Tokyo Montreal Dubai Madrid Hong Kong Mexico City Munich Paris Amsterdam Cape Town Vice President and Editorial Director, ECS: Marcia J. Horton Executive Editor: Andrew Gilfillan Associate Editor: Alice Dworkin Editorial Assistant: William Opaluch Senior Managing Editor: Scott Disanno Production Editor: Pavithra Jayapaul, Jouve India Operations Supervisor: Lisa McDowell Executive Marketing Manager: Tim Galligan Marketing Assistant: Jon Bryant Art Director: Kenny Beck Cover Image: Will Burrard-Lucas/www.com Art Editor: Greg Dulles Media Project Manager: Renata Butera Composition/Full-Service Project Management: Jouve North America LabVIEW and NI Multisim are trademarks of National Instruments. MATLAB is a registered trademark of The MathWorks. Mylar is a registered trademark of DuPont Teijin Films. OrCAD and PSpice are registered trademarks of Cadence Design Systems. Copyright © 2014, 2011, 2008, 2005, 2002, 1997 by Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved. Manufactured in the United States of America. This publication is protected by Copyright and permissions should be obtained from the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or likewise. To obtain permission(s) to use materials from this work, please submit a written request to Pearson Higher Education, Permissions Department, 1 Lake Street, Upper Saddle River, NJ 07458. The author and publisher of this book have used their best efforts in preparing this book. These efforts include the development, research, and testing of the theories and programs to determine their effective- ness. The author and publisher make no warranty of any kind, expressed or implied, with regard to these programs or the documentation contained in this book. The author and publisher shall not be liable in any event for incidental or consequential damages in connection with, or arising out of, the furnishing, performance, or use of these programs. CIP data is on file and available upon request. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 ISBN-13: 978-0-13-311664-9 ISBN-10: 0-13-311664-6 To Judy, Tony, Pam, and Mason Practical Applications of Electrical Engineering Principles 1.1 Using Resistance to Measure Strain 29 2.1 An Important Engineering Problem: Energy-Storage Systems for Electric Vehicles 100 3.1 Electronic Photo Flash 145 4.1 Electronics and the Art of Automotive Maintenance 190 6.1 Active Noise Cancellation 287 7.1 Biomedical Engineering Application of Electronics: Cardiac Pacemaker 385 8.1 Fresh Bread Anyone? 408 9.1 The Virtual First-Down Line 444 11.1 Electronic Stud Finder 549 12.1 Where Did Those Trout Go? 593 13.1 Soup Up Your Automobile by Changing Its Software? 618 14.1 Mechanical Application of Negative Feedback: Power Steering 666 16.1 Magnetic Flowmeters, Faraday, and The Hunt for Red October 768 vi Contents Practical Applications of 3.3 Physical Characteristics of Electrical Engineering Principles vi Capacitors 134 3.4 Inductance 138 Preface xi 3.5 Inductances in Series and Parallel 143 3.7 Mutual Inductance 147 Introduction 1 3.8 Symbolic Integration and 1.1 Overview of Electrical Engineering 2 Differentiation Using MATLAB 148 1.2 Circuits, Currents, and Voltages 6 Summary 152 1.3 Power and Energy 13 Problems 153 1.4 Kirchhoff’s Current Law 16 1.5 Kirchhoff’s Voltage Law 19 1.6 Introduction to Circuit Elements 22 1.7 Introduction to Circuits 30 4 Transients 162 Summary 34 Problems 35 4.1 First-Order RC Circuits 163 4.2 DC Steady State 167 4.4 RC and RL Circuits with General Resistive Circuits 46 Sources 173 2.1 Resistances in Series and Parallel 47 4.5 Second-Order Circuits 179 2.2 Network Analysis by Using Series 4.6 Transient Analysis Using the MATLAB and Parallel Equivalents 51 Symbolic Toolbox 191 2.3 Voltage-Divider and Current-Divider Summary 197 Circuits 55 Problems 198 2.4 Node-Voltage Analysis 60 2.5 Mesh-Current Analysis 79 2.6 Thévenin and Norton Equivalent Circuits 88 5 2.7 Superposition Principle 101 Steady-State Sinusoidal Analysis 209 2.1 Sinusoidal Currents and Voltages 210 Summary 107 5.4 Circuit Analysis with Phasors and 3 Complex Impedances 225 5.5 Power in AC Circuits 231 Inductance and Capacitance 124 5.6 Thévenin and Norton Equivalent 3.2 Capacitances in Series and Parallel 132 5.7 Balanced Three-Phase Circuits 249 vii viii Contents 5.8 AC Analysis Using MATLAB 261 Summary 265 9 Computer-Based Instrumentation Systems 433 Problems 266 9.1 Measurement Concepts and Sensors 434 6 9.2 Signal Conditioning 439 Frequency Response, Bode Plots, 9.3 Analog-to-Digital Conversion 446 and Resonance 278 9.1 Fourier Analysis, Filters, and Transfer Problems 463 Functions 279 6.2 First-Order Lowpass Filters 287 6.3 Decibels, the Cascade Connection, and Logarithmic Frequency Scales 292 10 6.4 Bode Plots 296 Diodes 467 6.5 First-Order Highpass Filters 299 10.1 Basic Diode Concepts 468 6.2 Load-Line Analysis of Diode 6.7 Parallel Resonance 308 Circuits 471 6.8 Ideal and Second-Order Filters 311 10.3 Zener-Diode Voltage-Regulator 6.9 Transfer Functions and Bode Plots Circuits 474 with MATLAB 317 10.4 Ideal-Diode Model 478 6.10 Digital Signal Processing 322 10.5 Piecewise-Linear Diode Models 480 Summary 331 10.6 Rectifier Circuits 483 Problems 333 10.7 Wave-Shaping Circuits 488 10.8 Linear Small-Signal Equivalent Circuits 493 7 Summary 499 Logic Circuits 347 Problems 499 7.1 Basic Logic Circuit Concepts 348 7.2 Representation of Numerical Data in Binary Form 351 11 7.3 Combinatorial Logic Circuits 359 Amplifiers: Specifications and External 7.4 Synthesis of Logic Circuits 366 Characteristics 511 7.5 Minimization of Logic Circuits 373 11.1 Basic Amplifier Concepts 512 7.6 Sequential Logic Circuits 377 11.2 Cascaded Amplifiers 517 Summary 388 11.3 Power Supplies and Efficiency 520 Problems 389 11.4 Additional Amplifier Models 523 11.5 Importance of Amplifier Impedances 8 11.6 in Various Applications 526 Ideal Amplifiers 529 Computers and Microcontrollers 400 11.8 Linear Waveform Distortion 535 8.3 Digital Process Control 406 11.10 Transfer Characteristic and Nonlinear 8.4 Programming Model for the HCS12/9S12 Distortion 542 Family 409 11.11 Differential Amplifiers 544 8.5 The Instruction Set and Addressing 11.12 Offset Voltage, Bias Current, Modes for the CPU12 413 and Offset Current 548 8.6 Assembly-Language Programming 422 Summary 553 Summary 427 Problems 554 Problems 428 Contents ix 12 Field-Effect Transistors 566 15 12.1 NMOS and PMOS Transistors 567 Magnetic Circuits and 12.2 Load-Line Analysis of a Simple NMOS Transformers 708 Amplifier 574 15.4 Small-Signal Equivalent Circuits 580 15.3 Inductance and Mutual Inductance 723 12.5 Common-Source Amplifiers 585 15.7 CMOS Logic Gates 593 15.6 Real Transformers 738 Summary 598 Summary 743 Problems 599 Problems 743 16 13 DC Machines 754 Bipolar Junction Transistors 607 16.1 Overview of Motors 755 13.1 Current and Voltage Relationships 608 16.2 Principles of DC Machines 764 13.2 Common-Emitter Characteristics 611 16.3 Rotating DC Machines 769 13.3 Load-Line Analysis of a 16.4 Shunt-Connected and Separately Excited Common-Emitter Amplifier 612 DC Motors 775 13.4 pnp Bipolar Junction Transistors 618 16.5 Series-Connected DC Motors 780 13.5 Large-Signal DC Circuit Models 620 16.6 Speed Control of DC Motors 784 13.6 Large-Signal DC Analysis of BJT 16.7 DC Generators 788 Circuits 623 Summary 793 13.7 Small-Signal Equivalent Circuits 630 Problems 794 13.8 Common-Emitter Amplifiers 633 13.9 Emitter Followers 638 Summary 644 17 Problems 645 AC Machines 803 17.1 Three-Phase Induction Motors 804 17.2 Equivalent-Circuit and Performance Calculations for Induction 14 Motors 812 Operational Amplifiers 655 17.1 Ideal Operational Amplifiers 656 17.4 Single-Phase Motors 833 14.2 Inverting Amplifiers 657 17.5 Stepper Motors and Brushless 14.3 Noninverting Amplifiers 664 DC Motors 836 14.4 Design of Simple Amplifiers 667 Summary 838 14.