Questions and Exercises 
111
+
+
R
R
V
in
V
out
(e)
+
+
V
in
V
out
(f)
3.3.  
Document a complete and thorough answer to Class Discussion Item 3.1.  
3.4.  
Document a complete and thorough answer to Class Discussion Item 3.2.  
3.5.  
Document a complete and thorough answer to Class Discussion Item 3.3.  
3.6.  
Sketch the output waveform for  V  
out
in the following circuit on axes as shown. 
Assume ideal diodes and show your work. Also, explain why this circuit is called a 
full-wave rectifier. 
1
–1
v
o
l
t
s
0
V
out
3 s
2
1
+
sin(πt)
+
1 kΩ
V
out
3.7.  
Document a complete and thorough answer to Class Discussion Item 3.5.  
3.8.  
The following circuits are called  clipping circuits.  Assume ideal diodes and sketch 
the output voltage  V  
out
for two cycles of the input  V  
in
.
1 k
0.5 V
Ω
+
+
+
V
in 
= sin(2πt)
V
out
(a)
1 k
0.5 V
Ω
+
+
+
V
in 
= sin(2πt)
V
out
(b)
Pdf to jpeg converter - Convert PDF to JPEG images in C#.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF project
How to convert PDF to JPEG using C#.NET PDF to JPEG conversion / converter library control SDK
best program to convert pdf to jpg; convert pdf to jpg
Pdf to jpeg converter - VB.NET PDF Convert to Jpeg SDK: Convert PDF to JPEG images in vb.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF project
Online Tutorial for PDF to JPEG (JPG) Conversion in VB.NET Image Application
convert pdf into jpg online; bulk pdf to jpg converter online
112 
CHAPTER 3 
Semiconductor Electronics
3.9.  
Compute the currents ( I  
1
,  I  
2
,  I  
3
,  I  
4
) and the diode voltage ( V  
diode
) in the final circuit 
shown in Example 3.3.  
3.10.  
In Example 3.3, for the case where both diodes are assumed to be reverse biased, 
find I 
1
4
, and V 
AB
(the voltage of node A relative to node B) in the assumed-polarity 
circuit. Based on voltage V 
AB
, for which diode was the polarity assumption correct?  
3.11.  
Document a complete and thorough answer to Class Discussion Item 3.7.  
3.12.  
For the following circuit, assuming ideal diodes and given  R   =  1 kΩ and 
V  
in
 10 sin( π  t ) V, plot the output voltage  V  
out
on axes with labeled scales for two 
periods of the input.
+
R
R
+
V
in
V
out
3.13.  
For the following circuit, find the steady state values for  V  
out
, the voltage across and 
current into the capacitor, and the current through the output resistor for
a.  V  
s 
 10 V DC  
b.  V  
s 
  - 10 V DC
R
R
C
+
+
R
V
s
R
c
= 2R
V
out 
3.14.  
For Class Discussion Item 3.7 with  V  
in
 15 sin(2 π  t ) V and  R  
i 
  R  
L 
 1 kΩ, draw 
and label one cycle of  V  
in
and  V  
out
. Assume ideal diodes.  
3.15.  
Given the following ideal zener diode circuit with breakdown voltage 5.1 V, sketch 
the output voltage on a set of axes if
a.  V  
in
 1.0 sin(2 π  t )  
b.  V  
in
 10.0  +  sin(2 π  t )
+
V
out
1 kΩ
V
in 
+
Online Convert PDF to Jpeg images. Best free online PDF JPEG
Online PDF to JPEG Converter. Download Free Trial. Convert a PDF File to JPG. Drag and drop your PDF in the box above and we'll convert the files for you.
convert multi page pdf to jpg; pdf to jpeg
C#: How to Use SDK to Convert Document and Image Using XDoc.
You may use our converter SDK to easily convert PDF, Word, Excel, PowerPoint, Tiff, and Dicom files to raster images like Jpeg, Png, Bmp and Gif.
convert multi page pdf to single jpg; convert multipage pdf to jpg
Questions and Exercises 
113
3.16.  
A digital circuit can output a voltage of either 0 V or 5 V relative to ground. Design a 
circuit that uses this output to turn an LED on or off assuming the LED
a. has no forward voltage drop and can carry a maximum of 50 mA  
b. has a forward voltage drop of 2 V and can carry a maximum of 50 mA       
Section 3.4 Bipolar Junction Transistor 
3.17.  
In the following circuit, what minimum steady state voltage  V  
in
is required to turn the 
LED on and keep the transistor fully saturated? Assume that the forward bias voltage 
for the LED is 2 V and there is a 0.2 V collector-to-emitter voltage drop when the 
transistor is saturated.
V
in
5 V
LED
330 Ω
3.18.  
a. Given  V  
in
(see the graph that follows) for the following circuit, and assuming the 
current into the base of the transistor is very small (i.e., assume  I  
B 
 0), sketch 
the LED on-off curve on a graph similar to that shown below the circuit. Assume 
that the LED has a forward bias voltage of 1 V. Also assume the transistor is in 
saturation when the LED is on.  
b. Calculate the minimum value of  V  
in
required to saturate the transistor assuming a 
beta of 100. Don’t assume  I  
B 
 0 in this part.
+
V
in
1 kΩ
1 kΩ
1 kΩ
330 Ω
LED
5 V
t
1
2
3
4
5
OFF
ON
LED
C# PDF Convert: How to Convert Jpeg, Png, Bmp, & Gif Raster Images
Jpeg, Png, Bmp, Gif Image to PDF. |. Home ›› XDoc.Converter ›› C# Converter: Raster Image to PDF.
change pdf to jpg file; change pdf to jpg
Online Convert Jpeg to PDF file. Best free online export Jpg image
Online JPEG to PDF Converter. Download Free Trial. Convert a JPG to PDF. You can drag and drop your JPG file in the box, and then start
change pdf file to jpg file; .pdf to jpg converter online
114 
CHAPTER 3 
Semiconductor Electronics
V
in
(V)
t
2
4
6
–2
–4
–6
1
2
3
4
5
3.19.  
In the following circuit, find the minimum  V  
in
required and the resulting voltage  V  
out
full saturation.
+
R
B
1kΩ
R
out
1kΩ
R
C
1kΩ
V
S
5 V
V
out
V
in
3.20.  
Consider the design of a solid state switch using an npn power transistor that you 
plan to control with a digital signal (0 V  =  off, 5 V  =  on). Start with the following 
24 
V
DC
. Replace each of the labeled boxes shown in the figure with the appropriate 
4
1
0
5 V
2
3
3.21.  
A photo-interrupter comes in a manufactured package that includes the phototransis-
tor and corresponding LED as shown in the following schematic. What external cir-
cuitry must be added to obtain a functioning photo-interrupter? Sketch the resulting 
schematic.
XDoc.Converter for .NET, Support Documents and Images Conversion
This .NET file converter SDK supports various commonly used document Office (2003 and 2007) Word, Excel, PowerPoint, PDF, Tiff, Dicom, SVG, Jpeg, Png, Bmp
convert pdf image to jpg image; convert pdf pages to jpg online
VB.NET PDF Converter Library SDK to convert PDF to other file
As this VB.NET PDF converter component plug-in embeds several image image converting applications, like PDF to tiff conversion, PDF to JPEG conversion and
.net convert pdf to jpg; change from pdf to jpg on
Questions and Exercises 
115
Section 3.5 Field-Effect Transistors 
3.22.  
For the MOSFET used in the experiment of  Figure 3.31 , estimate the fully-on drain-
to-source resistance  R  
on 
from the values in the plot.  
3.23.  
Answer Question 3.20 using an n-channel enhancement-mode power MOSFET 
instead of the npn BJT.  
3.24.  
In Design Example 3.4, suppose  V  
s 
 15 
V
. Replace the MOSFET with a BJT power 
transistor and specify the type (npn or pnp) and any additional components required. 
Draw the circuit schematic and describe its characteristics.  
3.25.  
The output of most digital CMOS devices looks like this:
V
in
V
cc
V
out
Identify the types of MOSFETs used. What is the value of  V  
out
for  V  
in
 5 V and for 
V  
in
 0 V?  
3.26.  
The following table lists various MOSFETs available for a design project. You have 
a requirement to switch 10 A at 10 V. Select the MOSFET adequate for the require-
ments and defend your choice.
MOSFET
V
ds
(V)
R
ds
(on) (Ω)
I
d
cont (A) @ 25°C
P
d
(max) (W)
IRF510
100
0.6
16
20
IRF530N
100
0.11
60
63
IRF540
100
0.077
110
150
IRF540N
100
0.052
110
94
IRF610
200
1.5
10
20
3.27.  
For each state of an n-channel enhancement-mode MOSFET that follows, determine 
what operating region the MOSFET is in if the threshold voltage  V  
T 
is 3 V. 
a.  V  
gs 
 2 V,  V  
ds 
 5 V  
b.  V  
gs 
 4 V,  V  
ds 
 5 V  
c.  V  
gs 
 6 V,  V  
ds 
 5 V  
d.  V  
gs 
  -  2.5 V           
C# PDF Converter Library SDK to convert PDF to other file formats
Help to convert PDF to multiple image formats, including GIF, BMP, JPEG, PNG and so on. Remarkably, this PDF document converter control for C#.NET can
convert .pdf to .jpg; .net pdf to jpg
C# Create PDF from images Library to convert Jpeg, png images to
NET converter control for It enables you to build a PDF file with one or more images. Various image forms are supported which include Png, Jpeg, Bmp, and Gif
convert multiple pdf to jpg; convert pdf to jpg 100 dpi
116 
CHAPTER 3 
Semiconductor Electronics
BIBLIOGRAPHY 
Bailar, J. et al.,  Chemistry,  Academic Press, New York, 1978. 
Gibson, G. and Liu, Y.,  Microcomputers for Engineers and Scientists,  Prentice-Hall, 
Englewood Cliffs, NJ, 1980. 
Horowitz, P. and Hill, W.,  The Art of Electronics,  2nd Edition, Cambridge University Press, 
New York, 1989. 
Johnson, D., Hilburn, J., and Johnson, J.,  Basic Electric Circuit Analysis,  2nd Edition, 
Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1984. 
Lerner, R. and Trigg, G.,  Encyclopedia of Physics,  VCH Publishers, New York, 1991. 
McWhorter, G. and Evans, A.,  Basic Electronics,  Master Publishing, Richardson, TX, 1994. 
Millman, J. and Grabel, A.,  Microelectronics,  2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 1987. 
Mims, F.,  Engineer’s Mini-Notebook: Basic Semiconductor Circuits,  Radio Shack Archer 
Catalog No. 276-5013, 1986. 
Mims, F.,  Engineer’s Mini-Notebook: Optoelectronics Circuits,  Radio Shack Archer Catalog 
No. 276-5012A, 1986. 
Mims, F.,  Getting Started in Electronics,  Radio Shack Archer Catalog No. 276-5003A, 1991. 
Rizzoni, G.,  Principles and Applications of Electrical Engineering,  5th Edition, McGraw-
Hill, New York, 2005.   
117
C H A P T E R
4
System Response
T
his chapter describes how to mathematically model a physical system and 
understanding how actuators, sensors, amplifiers, filters, and other mecha-
tronic system components function. 
INPUT SIGNAL
CONDITIONING
AND INTERFACING
- discrete circuits 
amplifiers
filters
- A/D, D/D
OUTPUT SIGNAL
CONDITIONING
AND INTERFACING
- D/A, D/D
amplifiers
- PWM
- power transistors
- power op amps
GRAPHICAL
DISPLAYS
- LEDs
- digital displays
- LCD
- CRT
SENSORS
- switches
- potentiometer
- photoelectrics
- digital encoder
- strain gage
- thermocouple
- accelerometer
- MEMs 
ACTUATORS
- solenoids, voice coils
- DC motors
- stepper motors
- servomotors
- hydraulics, pneumatics
MECHANICAL SYSTEM
system model
dynamic response
DIGITAL CONTROL
ARCHITECTURES
- logic circuits
- microcontroller
- SBC
- PLC
- sequencing and timing
- logic and arithmetic
- control algorithms
- communication
CHAPTER OBJECTIVES
After you read, discuss, study, and apply ideas in this chapter, you will:
1. 
linearity, phase linearity, and adequate bandwidth
2. Be able to define the Fourier series representation of a signal and use it to show 
the components of the spectrum of the signal
3. Understand the relationship between an instrument’s bandwidth and the spectra 
of its input and output signals
118 
CHAPTER 4 
System Response
4. Understand the dynamic response of zero-, first-, and second-order measure-
ment and mechatronic systems
5. Be able to use step and sinusoidal inputs to analyze and characterize the 
response of measurement and mechatronic systems
6. 
4.1 SYSTEM RESPONSE
with analysis techniques that characterize and predict how linear systems respond to 
specific inputs. We concentrate on measurement systems, which are often integral 
parts of mechatronic systems.
As we saw in Chapter 1, a measurement system consists of three parts: a trans-
ducer, a signal processor, and a recorder. A transducer is a device that usually con-
verts a physical quantity into a time-varying voltage, called an analog signal. A 
signal processor can modify the analog signal, and a recorder provides either a tran-
sitory display or storage of the signal. The physical variable we wish to measure is 
a form compatible with the signal processor, which in turn modifies the signal, which 
then becomes the output of the measurement system. Usually, the recorded output 
is different from the actual input, as illustrated in Figure 4.1. Generally, we want to 
hav
is information in the input that we want to eliminate (e.g., electrical noise).
Certain conditions must be satisfied to accomplish adequate reproduction of the 
input. For a measurement system with time-varying inputs, three criteria must be 
satisfied in order to ensure that we obtain a quality measurement:
1. Amplitude linearity
2. Adequate bandwidth
3. Phase linearity
We examine each of these criteria in detail in the following sections.
4.2 AMPLITUDE LINEARITY
A good measurement system satisfies the criterion of amplitude linearity. Mathemat-
ically, this is expressed as
V
out
()t V
out
(0)
α V
in
()t V
in
(0)
[
]
=
(
4.1)
where α is a constant of proportionality. This means that the output always changes by 
the same factor times the change in the input. If this does not occur, then the system 
is not linear with respect to amplitude, and it becomes more difficult to interpret the 
4.2 Amplitude Linearity 
119
output. Figure 4.2 displays examples of amplitude linearity and nonlinearity. The 
first example is linear and α = 20. The second two examples are nonlinear because α 
is not constant. In the third example, the output changes by a factor of 20 on the first 
pulse and by a factor of 15 on the second pulse.
Normally, a measurement system will satisfy amplitude linearity over only a lim-
will exhibit amplitude linearity for any amplitude or frequency of the input.
Figure 4.2 A mplitude linearity and nonlinearity.
0
1
2
0
1
2
0
1
2
0
10
20
0
10
20
0
10
20
linear
nonlinear
nonlinear
input
output
t
t
t
t
t
t
Figure 4.1  M e  a surement system input-output.
measurement
system
actual
input
recorder
output
actual input
recorded output
analog
voltage
time
120 
CHAPTER 4 
System Response
4.3  FO URIER SERIES REPRESENTATION 
OF SIGNALS
Before we look at the concepts of bandwidth and phase linearity, which apply to fre-
quency components of an input signal, we first need to review the concept of Fourier 
series representation of a signal. The fundamental premise for the Fourier series rep-
resentation of a signal is that any periodic waveform can be represented as an infinite 
series of sine and cosine waveforms of different amplitudes and frequencies. When 
this infinite series is summed up, it will reproduce the original periodic waveform 
exactly. What this means is that we can take any complicated but periodic wave-
form and decompose it into a series of sine and cosine waveforms. In practice, we 
do not need the entire infinite series because a finite number of the sine and cosine 
waveforms can adequately represent the original signal.
We define the fundamental or first harmonic 
0
as the lowest frequency com-
ponent of a periodic waveform. It is inversely proportional to the period T:
ω
0
T
------
f
0
=
=
(4.2)
where f
0
is the fundamental frequency expressed in hertz (Hz). The other sine and 
cosine waveforms have frequencies that are integer multiples of the fundamental fre-
quency. The second harmonic would be 2
0
, the third harmonic would be 3
0
, and 
so on. The Fourier series representation of an arbitrary periodic waveform f(t) can 
be expressed mathematically as
F
(4.3)
where the constant C
0
is the DC component of the signal, and the two summations are 
infinite series of sine and cosine waveforms. The coefficients of the sine and cosine 
terms are defined by
A
n
2
T
---
f( )t
nω
0
t
(
)dt
cos
0
T
=
(4.4)
B
n
2
T
f()t
nω
0
t
(
)dt
sin
0
T
=
(4.5)
where f(t) is the waveform being represented and T is the period of the waveform. 
The DC term C
0
represents the average value of the waveform over its period; there-
fore, it can be expressed as
C
0
1
T
f()dt
0
T
A
0
2
−−
=
=
(4.6)
where A
0
is given by substituting n = 0 into Equation 4.4. 
Documents you may be interested
Documents you may be interested