本書是電子設計系列教材中的基礎和測量儀器篇，側重電路硬件，特別是模擬電路系統(tǒng)的基礎和電學參量的測量。書中包含大量實用的電路單元，既有必要的理論推導，也給出了許多設計和裝調經(jīng)驗，并涉及了一些現(xiàn)代電路系統(tǒng)設計相關的主題，如電源完整性概念和單電源設計技術，最后結合全國大學生電子設計競賽賽題列舉了一些電路測量系統(tǒng)的設計和制作案例。全書共8章，主要內(nèi)容包括信號和連接、基本元器件及應用、信號與系統(tǒng)基礎、運算放大器及應用、其他器件及應用、基本電學量的測量原理、常用電路單元模塊、經(jīng)典賽題案例。
王貞炎，1984年1月生，華中科技大學電氣學院實驗中心工程師，華中科技大學物理系本科，電子科學與技術系碩士。主要研究方向為模擬信號調理、數(shù)字邏輯系統(tǒng)和FPGA應用技術，現(xiàn)致力于學生基礎技術和競賽培訓，曾獲2005年全國大學生電子設計競賽一等獎，近年來，指導學生獲國家級競賽獎項數(shù)十項。
目 錄
第1章 信號和連接 1
1.1 線材和電纜 1
1.1.1 導線直徑和電流 1
1.1.2 導線結構種類 2
1.1.3 電纜 3
1.1.4 絕緣 5
1.2 常用接插件 5
1.2.1 接線端子 5
1.2.2 接插端子 5
1.2.3 板對板連接器 7
1.2.4 卡和插座連接器 7
1.2.5 射頻連接器 8
1.3 電源連接和去耦 8
1.4 信號及其傳遞 12
1.4.1 單端信號和地 12
1.4.2 串擾 14
1.4.3 集總系統(tǒng)和分布系統(tǒng) 15
1.4.4 傳輸線和阻抗匹配 16
1.4.5 差分信號 17
第2章 基本元器件及應用 19
2.1 元器件的值分布 19
2.2 電阻器 20
2.2.1 電阻值 20
2.2.2 耐受功率和電壓 20
2.2.3 實際電阻器的等效電路 21
2.2.4 特殊電阻器 22
2.2.5 電阻器的封裝 23
2.3 電容器 24
2.3.1 電容值 24
2.3.2 耐受電壓 25
2.3.3 實際電容器的等效電路 25
2.3.4 電容器的種類和封裝 27
2.4 電感器 29
2.4.1 電感值 29
2.4.2 耐受電流 30
2.4.3 實際電感的等效電路 30
2.4.4 電感器的類型和封裝 31
2.4.5 自制電感器 32
2.5 RLC電路 34
2.5.1 RC、RL充放電電路 34
2.5.2 阻抗、導納和串并聯(lián) 35
2.5.3 串聯(lián)分壓電路 36
2.6 無源濾波器 36
2.6.1 一階RC濾波器 36
2.6.2 LC帶通濾波器 40
2.6.3 多階LC濾波器 41
2.7 陶瓷振子和晶體振子 44
2.8 變壓器 45
2.9 二極管 47
2.9.1 二極管的主要特性 47
2.9.2 穩(wěn)壓二極管 49
2.9.3 變?nèi)荻䴓O管 50
2.9.4 二極管的封裝 51
2.10 二極管的典型應用 51
2.10.1 整流濾波電路 51
2.10.2 倍壓整流和電荷泵 52
2.10.3 限幅 53
2.10.4 調幅檢波 54
2.10.5 高頻開關 54
2.11 雙極結型晶體管 55
2.11.1 BJT的主要特性 55
2.11.2 BJT的等效電路 58
2.11.3 達林頓管 58
2.12 雙極結型晶體管的應用電路 58
2.12.1 共射極放大電路 58
2.12.2 另外兩種常用形式 60
2.12.3 共射極放大電路的設計方法 61
2.12.4 共射極放大電路的仿真設計 62
2.12.5 共集電極放大電路 66
2.12.6 共基極放大電路 67
2.12.7 電流源、電流鏡 68
2.12.8 差分放大器 70
2.13 場效應晶體管 71
2.13.1 FET的分類 72
2.13.2 FET的主要特性 73
2.13.3 共源極放大電路及其設計 74
2.13.4 共漏極放大電路 75
2.13.5 共柵極放大電路 76
2.14 開關電路 77
2.14.1 共射極/共源極開關 77
2.14.2 共基極/共柵極開關 79
2.14.3 MOSFET高速開關 79
2.14.4 功率橋及其驅動 79
2.15 功率放大電路 82
2.15.1 線性功率放大器 82
2.15.2 簡易運算放大器 86
第3章 信號與系統(tǒng)基礎 88
3.1 信號與系統(tǒng)的基本概念 88
3.1.1 連續(xù)時間信號、系統(tǒng)和傳輸
函數(shù) 88
3.1.2 離散時間信號、系統(tǒng)和傳輸
函數(shù) 91
3.1.3 數(shù)字信號的采樣率和
采樣定律 93
3.1.4 基本元件和連接的傳輸
函數(shù) 96
3.2 模擬濾波器 98
3.2.1 傳輸函數(shù)的零極點和波特圖 98
3.2.2 濾波器的指標和分類 103
3.2.3 低通濾波器的傳輸函數(shù) 104
3.2.4 轉換為高通 109
3.2.5 轉換為帶通或帶阻 111
3.2.6 全通濾波器 112
3.3 頻譜 113
3.3.1 頻譜的定義 113
3.3.2 失真、信噪比和信納比 116
3.4 噪聲 118
3.4.1 噪聲的分類和指標 118
3.4.2 噪聲的計算 120
3.4.3 白噪聲的產(chǎn)生方法 125
3.4.4 濾波器的等效噪聲帶寬 127
3.4.5 其他“顏色”噪聲的產(chǎn)生 128
3.5 直接數(shù)字頻率合成 129
3.6 數(shù)字濾波器 130
3.6.1 IIR濾波器 130
3.6.2 FIR濾波器 132
3.7 離散傅里葉變換 133
3.7.1 快速傅里葉變換 134
3.7.2 頻域濾波方法 136
第4章 運算放大器及應用 138
4.1 負反饋和運放 138
4.2 運放的基本應用電路 141
4.2.1 同相和反相放大 141
4.2.2 任意線性組合 142
4.2.3 差分-單端轉換和共模抑制 145
4.2.4 擴展輸出電流 146
4.2.5 電壓控制電流源 147
4.2.6 電流-電壓變換 150
4.2.7 積分器 151
4.2.8 微分器 153
4.2.9 絕對值（精密整流）電路 153
4.3 任意傳輸函數(shù)的實現(xiàn) 154
4.3.1 多輸入加權求和積分 154
4.3.2 任意傳輸函數(shù)的系統(tǒng)結構 154
4.3.3 用運放實現(xiàn)任意傳輸函數(shù) 155
4.3.4 狀態(tài)變量結構 157
4.4 非理想?yún)?shù) 159
4.4.1 輸入失調電壓 160
4.4.2 輸入偏置電流和失調電流 161
4.4.3 開環(huán)增益 162
4.4.4 增益帶寬積 164
4.4.5 共模抑制比 166
4.4.6 電源抑制比 167
4.4.7 輸入阻抗和輸出電阻 168
4.4.8 輸入噪聲密度 169
4.4.9 其他參數(shù) 172
4.5 穩(wěn)定性和補償 174
4.5.1 環(huán)路特性和穩(wěn)定性 174
4.5.2 不穩(wěn)定因素和補償 176
4.6 偏置和單電源 180
4.6.1 信號和偏置 180
4.6.2 交流放大器的單電源設計 182
4.6.3 直流放大器的單電源設計 184
4.7 儀表放大器 186
4.7.1 三運放結構 186
4.7.2 雙運放結構 189
4.8 全差分運放 191
4.8.1 全差分運放的電路模型和
參數(shù) 191
4.8.2 典型應用電路 192
4.8.3 全差分放大器的共模抑制 193
4.8.4 阻抗匹配的單端-差分轉換 193
4.9 有源濾波器的實現(xiàn) 196
4.9.1 低通濾波器 196
4.9.2 高通濾波器 200
4.9.3 帶通和帶阻濾波器 203
4.9.4 全通濾波器 204
4.9.5 開關電容濾波器 205
4.10 電流反饋型運放 207
4.10.1 CF運放的電路模型 207
4.10.2 閉環(huán)特性 207
4.10.3 環(huán)路特性和穩(wěn)定性 209
4.11 比較器及應用 212
4.11.1 遲滯比較器 212
4.11.2 專用比較器 214
4.12 振蕩器 214
4.12.1 正弦波振蕩器 214
4.12.2 方波發(fā)生器 217
4.12.3 三角波發(fā)生器 220
4.13 開關功率放大器 220
第5章 其他器件及應用 224
5.1 半導體光電器件 224
5.1.1 發(fā)光二極管和光敏二極管 224
5.1.2 光敏三極管 226
5.2 光電耦合器 227
5.2.1 開關應用 227
5.2.2 模擬信號隔離傳輸 228
5.3 繼電器和模擬開關 231
5.3.1 繼電器 231
5.3.2 固態(tài)繼電器 232
5.3.3 模擬開關 233
5.4 對數(shù)放大器和指數(shù)放大器 234
5.5 模擬乘法器 237
5.5.1 模擬乘法器的原理 237
5.5.2 乘法器的失調 240
5.6 PGA和VGA 240
5.6.1 PGA和VGA簡介 240
5.6.2 AGC 242
5.6.3 使用VGA構成乘法器 244
5.7 模擬鎖相環(huán) 244
5.7.1 鎖相環(huán)的原理 245
5.7.2 頻率合成 247
5.8 ADC和DAC的基礎知識 247
5.8.1 采樣和保持電路 247
5.8.2 分辨率和量化噪聲 249
5.8.3 采樣抖動和信噪比 251
5.8.4 ADC和DAC的常用參數(shù) 252
5.9 DAC的原理和應用 254
5.9.1 DAC的原理 254
5.9.2 DAC輸出特性的均衡 258
5.9.3 DAC的輸出重構濾波 260
5.9.4 DAC的輸出調理 262
5.10 ADC的原理和應用 264
5.10.1 雙斜積分型ADC原理 264
5.10.2 調制型ADC原理 265
5.10.3 逐次比較型ADC原理 268
5.10.4 流水線型ADC原理 269
5.10.5 ADC的輸入抗混疊濾波器 270
5.10.6 ADC的輸入信號調理 271
第6章 基本電學量的測量原理 274
6.1 電壓和電流測量 274
6.1.1 電壓差測量 274
6.1.2 交流穩(wěn)態(tài)參量測量 276
6.1.3 電流測量 278
6.2 頻率、相差和占空比測量 279
6.2.1 等精度測頻法 279
6.2.2 占空比和相位測量 281
6.3 混頻、正交合成和分解 283
6.3.1 混頻 283
6.3.2 正交合成 284
6.3.3 正交分解 284
6.4 鎖相放大 285
6.5 阻抗測量 287
6.5.1 自平衡電橋法 287
6.5.2 自平衡電橋測量的矯正 290
6.6 頻譜測量 291
6.6.1 混頻檢波法 291
6.6.2 傅里葉變換 293
6.7 矢量網(wǎng)絡測量 296
6.7.1 散射參數(shù) 296
6.7.2 矢量網(wǎng)絡測量的原理 297
6.7.3 矢量網(wǎng)絡測量的矯正 299
6.8 測量系統(tǒng)中常用的數(shù)值處理方法 300
6.8.1 曲線擬合 300
6.8.2 過約束與優(yōu)化 301
第7章 常用電路單元模塊 306
7.1 低噪聲線性穩(wěn)壓電源 306
7.1.1 線性電壓調整器 306
7.1.2 低噪線性穩(wěn)壓模塊 307
7.2 四象限穩(wěn)壓穩(wěn)流電路 308
7.3 運放參數(shù)測量 310
7.4 高精度ADC、DAC 313
7.4.1 高精度ADC 314
7.4.2 高精度DAC 315
7.5 高速ADC和DAC 316
7.5.1 高速ADC 316
7.5.2 高速DAC 318
7.6 多功能乘法DAC 319
7.7 開關電容濾波 320
7.8 VGA、AGC和寬帶乘法器 321
7.9 峰、谷值檢測 322
7.9.1 低頻峰值檢測和比較 322
7.9.2 高頻峰、谷值檢測 323
7.10 模擬噪聲發(fā)生器 324
第8章 經(jīng)典賽題案例 326
8.1 簡易數(shù)字信號傳輸特性分析儀（2011E） 326
8.1.1 背景知識介紹 326
8.1.2 同步信號恢復原理 328
8.1.3 方案設計 330
8.1.4 軟硬件實現(xiàn) 330
8.2 簡易頻率特性測試儀（2013E） 336
8.2.1 原理分析 336
8.2.2 方案設計 338
8.2.3 硬件實現(xiàn) 339
8.3 數(shù)字頻率計（2015F） 341
8.3.1 原理分析 341
8.3.2 方案設計 342
8.3.3 硬件實現(xiàn) 343
8.4 自適應濾波器（2017E） 346
8.4.1 自適應濾波器的原理 346
8.4.2 其他方案 349
8.4.3 方案設計 349
8.4.4 軟硬件實現(xiàn) 350
8.5 增益可控射頻放大器（2015D） 354
8.5.1 方案設計 354
8.5.2 硬件實現(xiàn) 356
8.6 80～100MHZ頻譜儀（2015E） 359
8.6.1 方案設計 359
8.6.2 硬件實現(xiàn) 359
附錄A 國際單位制詞頭 364
附錄B 雙端口網(wǎng)絡的散射參數(shù)向其他參數(shù)的轉換
365
附錄C 使用E24電阻并聯(lián)得到E96分布值 368
參考文獻 370
書單推薦
