测量电路及仪器

　　本书以现代精密电子仪器综合实践为应用背景，是模拟电子技术和单片机技术相结合的新型实验类教材。本书通过大量且多层次的实验项目，由浅入深、循序渐进地介绍精密测控电路设计，以及精密仪器系统综合应用设计的流程、方法和开发技能，并介绍针对精密仪器的综合设计性实验项目。全书共10章，主要内容包括：绪论、集成运算放大器基础、滤波器、模拟多路开关、集成基准电压源、数模转换器、模数转换器、信号波形发生器、精密仪器抗干扰技术和典型仪器电路分析等。本书提供配套电子课件和习题参考答案等。

　　程玉华，博士，副教授。2013.01-2014.01加拿大多伦多大学机械与工业工程学院访问学者，2014.01-至今，电子科技大学自动化工程学院副院长。致力于先进传感与精密测量、电磁无损检测与评估、故障诊断、预测与健康状态管理等方向的研究，主持国家自然科学青年基金、总装国防预研基金重点、教育部博士点基金、广东省产学研重点等20余项科研项目。

第1章 绪论 
1.1 测量仪器简介 
1.2 仪器分类 
1.3 仪器的发展趋势 
1.4 课程的性质、内容和学习方法 
习题1 

第2章 集成运算放大器基础 
2.1 概述 
2.2 集成运算放大器基础知识 
2.2.1 集成运算放大器构成 
2.2.2 集成运算放大器表示符号 
2.2.3 集成运算放大器主要参数 
2.2.4 集成运算放大器种类 
2.3 理想运算放大器及其分析依据 
2.4 信号运算电路 
2.4.1 比例运算电路 
2.4.2 加减运算电路 
2.4.3 对数、指数及乘除运算电路 
2.4.4 微分、积分运算电路 
2.4.5 常用特征值运算电路 
2.5 信号放大电路 
2.5.1 测量放大电路 
2.5.2 增益调整电路 
2.5.3 隔离放大电路 
2.5.4 功率放大电路 
习题2 

第3章 滤波器 
3.1 概述 
3.2 滤波器基础知识 
3.2.1 滤波器的种类 
3.2.2 滤波器的传递函数与频率特性 
3.2.3 滤波器的主要特性指标 
3.2.4 基本滤波器 
3.2.5 滤波器特性的逼近 
3.2.6 无源滤波器和有源滤波器 
3.3 RC有源滤波器 
3.3.1 压控电压源型滤波器 
3.3.2 无限增益多路反馈型滤波器 
3.3.3 双二阶环滤波器 
3.3.4 有源滤波器设计 
3.4 集成有源滤波器 
3.4.1 开关电容滤波原理 
3.4.2 典型集成有源滤波器芯片 
3.5 跟踪滤波器 
3.5.1 压控跟踪滤波器 
3.5.2 变频跟踪滤波器 
3.6 数字滤波器 
3.6.1 数字系统频域分析 
3.6.2 数字滤波原理 
3.6.3 数字滤波器实现 
习题3 

第4章 多路模拟开关 
4.1 概述 
4.2 半导体模拟开关 
4.2.1 结型场效应管模拟开关 
4.2.2 MOS场效应管模拟开关 
4.3 典型集成多路模拟开关 
4.3.1 无译码器的多路模拟开关 
4.3.2 有译码器的多路模拟开关 
4.4 多路模拟开关的应用 
4.4.1 在数据采集中实现通道扩展 
4.4.2 在采样系统中完成采样/保持 
4.4.3 在量程转换电路中的应用 
习题4 
 
第5章 集成基准电压源 
5.1 概述 
5.1.1 基准电压源技术指标 
5.1.2 基准电压源分类 
5.2 典型集成基准电压源 
5.3 集成基准电压源应用 
习题5 

第6章 数模转换器 
6.1 概述 
6.2 D/A转换器工作原理 
6.2.1 权电阻网络D/A转换器 
6.2.2 T形电阻网络D/A转换器 
6.2.3 倒T形电阻网络D/A转换器 
6.3 典型D/A转换器及应用 
6.3.1 DAC7615 简介 
6.3.2 DAC7615 数字接口 
6.3.3 使用DAC7615 进行数字模拟转换的硬件和软件设计 
习题6 

第7章 模数转换器 
7.1 概述 
7.2 A/D转换器工作原理 
7.2.1 双积分型A/D转换器 
7.2.2 逐次逼近型A/D转换器 
7.2.3 其他类型的A/D转换器 
7.3 典型A/D转换器及应用 
7.3.1 ADS7841 简介 
7.3.2 ADS7841数字接口 
7.3.3 使用ADS7841 进行模数转换的硬件和软件设计 
习题7 

第8章 信号波形发生器 
8.1 概述 
8.2 正弦波发生器 
8.2.1 正弦波振荡电路的振荡条件 
8.2.2 RC正弦振荡电路 
8.2.3 自动振幅控制 
8.3 方波和三角波发生器 
8.3.1 方波发生器 
8.3.2 三角波发生器 
8.3.3 压控振荡器VCO 
8.4 锯齿波发生器 
8.5 函数发生器 
8.5.1 函数发生器的分类 
8.5.2 函数发生器MAX038 
习题8 
 
第9章 精密仪器抗干扰技术 
9.1 概述 
9.2 电磁干扰 
9.3 抗干扰技术 
9.3.1 合理接地 
9.3.2 屏蔽技术 
9.3.3 隔离技术 
9.4 电源干扰的抑制 
9.4.1 电源系统的抗干扰设计 
9.4.2 电源净化技术 
习题9 

第10章 典型仪器电路分析 
10.1 吸波涂层测厚仪 
10.1.1 设计原理 
10.1.2 实验与结果分析 
10.1.3 结论 
10.2 太阳能光伏并网发电系统核心测控电路 
10.2.1 信号采样 
10.2.2 信号调理 
10.2.3 结论 
实验一 简易波形发生器 
实验二 滤波器传递函数模型测试实验指导书 
附录A Matlab拟合步骤（以一阶低通滤波器为例） 
参考文献 

　　前言

　　当今的时代是信息时代，而信息的获取离不开测量，随着电子科学技术的迅猛发展，用于测量的各种电路和仪器不断出现，而测量技术也逐渐成为现代发展和高科技中的一项重要的基础技术。为了适应科学技术的高速发展和新型人才培养的需要，本书结合作者多年的教学和科研经验，主要介绍了工业生产和科学研究中常用测量电路与仪器的各功能模块和总体连接，并分析了如何合理地进行电路设计与仪器选用，从而构建一个完整的测量系统。通过对本书的学习读者能对测量系统与精密仪器的概念有比较全面的理解，并学会怎样运用电子技术来解决测量与控制中提出的任务。
　　本书主要有3个特点。
　　1、基础性：本书对测量电路的各模块电路器的基本概念和工作原理进行较为详细的介绍，对一些基础知识进行详细阐述，在语言描述上力求简明扼要、通俗易懂，在内容和组织上注意知识的完整性、突出重点，提供了大量电路原理图与表格，使读者更加易于理解和掌握，便于自学。
　　2、系统性：本书对测量电路系统从整体上进行了论述，既介绍了测量电路系统的基本理论、概念，又讲述了其在工程上的应用；既涉及电路设计等硬件方面的知识，又涉及编程等软件方面的知识。
　　3、实用性：本书写作的指导思想是以实用为前提，将理论与实际应用紧密地结合起来，书中附有大量的电路和程序，其中很多是作者在科研工作中的经验总结，并在实际工作中得到了应用和验证。同时，本书强调基本理论和概念，突出了软件与硬件的结合，着重介绍设计方法，加强了实际应用，相信对读者会有很大帮助。
　　本书共分为10章，各章节主要内容如下。
　　第1章主要介绍精密仪器的基本概念、分类和发展趋势，并对本课程的性质内容和学习方法进行了介绍。
　　第2章主要对测量电路系统中的运算放大电路进行介绍，特别是低漂移、高共模抑制比及测量测量系统中需要的其他高性能放大电路，如测量放大电路、隔离放大电路等。
　　第3章主要介绍测量电路系统中的滤波电路，包括模拟滤波器与数字滤波器，其中，模拟滤波器又分为有源滤波器和无源滤波器，对各种滤波器的工作原理、幅频、相频特性及设计方法进行分析。
　　第4章主要介绍模拟多路开关的工作原理和主要技术指标，以及比较常用的集成多路模拟开关芯片、多路开关的电路特性及多路开关的应用。
　　第5章对集成电压基准源的主要技术指标、分类等进行介绍，并介绍几种常用的高精度的集成电压基准源芯片的工作原理、电气特性及相应应用。
　　第6、7章对几种常用的A/D和D/A转换器的工作原理与主要技术指标进行介绍，并通过实例介绍A/D和D/A转换的硬件和软件设计。
　　第8章对信号波形发生器的工作原理进行介绍，重点讲述如何用电路模块构建信号源。
　　第9章主要介绍测量电路系统中常见的干扰，并介绍几种常见的抑制干扰的措施。
　　第10章结合作者的科研项目，介绍了两个测量电路系统的设计实例。
　　本书根据作者近年来积累的教学与科研工作经验而写，可作为高等学校自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化和电子信息工程等本科专业的教材，也可作为电子设计竞赛等科技创新活动的培训教材，还可供相关领域的工程技术人员学习或参考。
　　为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书提供配套电子课件和习题参考答案等，请登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）注册下载。
　　本书受电子科技大学“十二五”规划研究生教材建设资助出版。由程玉华制定写作大纲、统稿并撰写第1、2、3、10章，其他各章节的写作分工及安排如下：第4、5章由白利兵编写，第6、7章由卢有亮编写，第8、9章由陈凯编写，此外，戴梅芝、李靖、刘文杰、梅宏琛、王灿、肖博、张旭东和郑晓刚等同学承担了本书部分章节图表的整理工作。
　　由于编者水平有限，书中错误及不妥之处在所难免，殷切希望广大师生和读者给予批评指正。

　　作者
　　2014年4月