Electronics classes
Electronics classes, 6months package fees 5000/-, Fundamental electronics part-1.
Duration: 2hours Mon-Wed-Fri.
Fundamental electronics-1: 5000/- for 6months.
Practical Electronics cicuits-1: 8000/- for 6months. Practical Electronics cicuits-2: 18000/- for 6months.
Basic electronics theory-1: 8000/- for 6months. Basic electronics theory-2: 18000/- for 6months.
Syllabus:
1 Direct Current Circuits 6
1.1 Basic Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.1 Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2 Potential Difference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.3 Resistance and Ohm’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 The Schematic Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.1 Electromotive Force (EMF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.2 Ground . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Kirchoff’s Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.1 Series and Parallel Combinations of Resistors . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.2 Voltage Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.3 Current Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.4 Branch Current Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.5 Loop Current Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Equivalent Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.1 Thevenin’s and Norton’s Theorems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.2 Determination of Thevenin and Norton Circuit Elements . . . . . . . 15
1.5 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Alternating Current Circuits 21
2.1 AC Circuit Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.1 Capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.2 Inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Circuit Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.1 RC Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.2 RL Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.3 LC Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.4 RCL Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 Sinusoidal Sources and Complex Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.1 Resistive Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.2 Capacitive Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.3 Inductive Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.4 Combined Impedances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Resonance and the Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5 Four-Terminal Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1
CONTENTS 2
2.6 Single-Term Approximations of H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3 Filter Circuits 44
3.1 Filters and Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2 Log-Log Plots and Decibels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3 Passive RC Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.1 Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.2 Approximate Integrater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.3 High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.4 Approximate Differentiator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4 Complex Frequencies and the s-Plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.1 Poles and Zeros of H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5 Sequential RC Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.6 Passive RCL Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.6.1 Series RCL Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.7 AmplifierModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.7.1 One-, Two- and Three-Pole Amplifier Models . . . . . . . . . . . . . 58
3.7.2 Amplifier with Negative Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.8 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4 Diode Circuits 64
4.1 Energy Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.2 The PN Junction and the Diode Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.2.1 Current in the Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.2.2 The PN Diode as a Circuit Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.2.3 The Zener Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2.4 Light-Emitting Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2.5 Light-Sensitive Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3 Circuit Applications of Ordinary Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3.1 Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3.2 Rectification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.3.3 Power Supply Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3.4 Split Power Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3.5 VoltageMultiplier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.3.6 Clamping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.3.7 Clipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.8 Diode Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.9 Diode Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.4 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5 Transistor Circuits 81
5.1 Bipolar Junction Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.1.1 Transistor Operation (NPN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.2 Basic Circuit Configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
CONTENTS 3
5.1.3 Small-Signal Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.1.4 Ideal and Perfect Bipolar TransistorModels . . . . . . . . . . . . . . 87
5.1.5 Transconductance Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.2 The Common Emitter Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.2.1 DC Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.2.2 Approximate ACModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.2.3 The Basic CE Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.2.4 CE Amplifier with Emitter Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.3 The Common Collector Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.4 The Common Base Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.5 The Junction Field Effect Transistor (JFET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.5.1 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.5.2 Small-Signal AC Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.6 JFET Common Source Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.7 JFET Common Drain Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.8 The Insulated-Gate Field Effect Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.9 PowerMOSFET Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.10 Multiple Transistor Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.10.1 Coupling Between Single Transistor Stages . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.10.2 Darlington and Sziklai Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.11 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6 Operational Amplifiers 105
6.1 Open-Loop Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.2 Ideal Amplifier Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.2.1 Non-inverting Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.2.2 Inverting Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.2.3 Mathematical Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.2.4 Active Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.2.5 General Feedback Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.2.6 Differential Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.3 Analysis Using Finite Open-Loop Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.3.1 Output Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.3.2 Input Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.3.3 Voltage and Current Offsets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.3.4 Current Limiting and Slew Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.4 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7 Digital Circuits 131
7.1 Number Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
7.1.1 Binary, Octal and Hexadecimal Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . 131
7.1.2 Number Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.2 Boolean Algebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
7.3 Logic Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
7.4 Combinational Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
CONTENTS 4
7.4.1 Combinational Logic Design Using Truth Tables . . . . . . . . . . . . 137
7.4.2 The AND-OR Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
7.4.3 Exclusive-OR Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
7.4.4 Timing Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
7.4.5 Signal Race . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
7.4.6 Half and Full Adders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
7.5 Multiplexers and Decoders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
7.6 Schmitt Trigger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
7.7 The Data Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
7.8 Two-State Storage Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.9 Latches and Un-Clocked Flip-Flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.9.1 Latches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.9.2 RS and RS Flip-Flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.10 Clocked Flip-Flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.10.1 Clocked RS Flip-Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.10.2 D Flip-Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
7.10.3 JK Flip-Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
7.11 Dynamically Clocked Flip-Flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.11.1 Master/Slave or Pulse Triggering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.11.2 Edge Triggering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.12 One-Shots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.13 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.13.1 Data Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.13.2 Shift Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.13.3 Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
7.13.4 Divide-by-N Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
7.14 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8 Data Acquisition and Process Control 157
8.1 Transducers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
8.2 Signal Conditioning Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
8.2.1 De-bouncing the Mechanical Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
8.2.2 Op Amps for Gain, Offset and FunctionModification . . . . . . . . . 158
8.2.3 Sample-and-Hold Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.2.4 Gated Charge-to-Voltage Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.2.5 Comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.3 Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.3.1 Application to Interval Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.4 Digital-to-Analog Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4.1 Current Summing and IC Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4.2 DAC Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.5 Analog-to-Digital Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.5.1 Parallel-Encoding ADC (flash ADC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
8.5.2 Successive-Approximation ADC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
8.5.3 Dual-Slope ADC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
CONTENTS 5
8.6 Time-to-Digital Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
9 Computers and Device Interconnection 169
9.1 Elements of theMicrocomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.1.1 Microprocessor andMicrocomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.1.2 Functional Elements of the Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.1.3 Mechanical Arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
9.1.4 Addressing Devices on the Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
9.1.5 Control of the Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
9.1.6 Clock Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
9.1.7 Random Access Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
9.1.8 Read-OnlyMemory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
9.1.9 I/O Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
9.1.10 Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
9.2 8-, 16-, or 32-Bit Busses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
