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程玉华 著

图书标签:

• 测量技术
• 电路分析
• 仪器仪表
• 电子测量
• 模拟电路
• 传感器
• 信号处理
• 电工学
• 实验教学
• 测试技术

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121225154

版次：01

商品编码：11467061

包装：平装

丛书名： 电子信息科学与工程类专业规划教材

开本：16开

出版时间：2014-05-01

页数：160

正文语种：中文

内容简介

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。

作者简介

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。

目录

目 录

第1章 绪论 1
1．1 测量仪器简介 1
1．2 仪器分类 2
1．3 仪器的发展趋势 2
1．4 课程的性质、内容和学习方法 3
习题1 3
第2章 集成运算放大器基础 4
2．1 概述 4
2．2 集成运算放大器基础知识 4
2．2．1 集成运算放大器构成 4
2．2．2 集成运算放大器表示符号 5
2．2．3 集成运算放大器主要参数 5
2．2．4 集成运算放大器种类 7
2．3 理想运算放大器及其分析依据 8
2．4 信号运算电路 9
2．4．1 比例运算电路 9
2．4．2 加减运算电路 11
2．4．3 对数、指数及乘除运算电路 13
2．4．4 微分、积分运算电路 15
2．4．5 常用特征值运算电路 16
2．5 信号放大电路 17
2．5．1 测量放大电路 17
2．5．2 增益调整电路 18
2．5．3 隔离放大电路 19
2．5．4 功率放大电路 22
习题2 22
第3章 滤波器 25
3．1 概述 25
3．2 滤波器基础知识 25
3．2．1 滤波器的种类 25
3．2．2 滤波器的传递函数与频率特性 26
3．2．3 滤波器的主要特性指标 27
3．2．4 基本滤波器 29
3．2．5 滤波器特性的逼近 34
3．2．6 无源滤波器和有源滤波器 37
3．3 RC有源滤波器 39
3．3．1 压控电压源型滤波器 39
3．3．2 无限增益多路反馈型滤波器 41
3．3．3 双二阶环滤波器 42
3．3．4 有源滤波器设计 44
3．4 集成有源滤波器 47
3．4．1 开关电容滤波原理 47
3．4．2 典型集成有源滤波器芯片 48
3．5 跟踪滤波器 51
3．5．1 压控跟踪滤波器 51
3．5．2 变频跟踪滤波器 51
3．6 数字滤波器 52
3．6．1 数字系统频域分析 52
3．6．2 数字滤波原理 54
3．6．3 数字滤波器实现 54
习题3 55
第4章 多路模拟开关 57
4．1 概述 57
4．2 半导体模拟开关 58
4．2．1 结型场效应管模拟开关 58
4．2．2 MOS场效应管模拟开关 59
4．3 典型集成多路模拟开关 60
4．3．1 无译码器的多路模拟开关 61
4．3．2 有译码器的多路模拟开关 61
4．4 多路模拟开关的应用 66
4．4．1 在数据采集中实现通道扩展 66
4．4．2 在采样系统中完成采样/保持 68
4．4．3 在量程转换电路中的应用 69
习题4 69
第5章 集成基准电压源 71
5．1 概述 71
5．1．1 基准电压源技术指标 71
5．1．2 基准电压源分类 73
5．2 典型集成基准电压源 75
5．3 集成基准电压源应用 76
习题5 78
第6章 数模转换器 79
6．1 概述 79
6．2 D/A转换器工作原理 80
6．2．1 权电阻网络D/A转换器 80
6．2．2 T形电阻网络D/A转换器 81
6．2．3 倒T形电阻网络D/A转换器 83
6．3 典型D/A转换器及应用 84
6．3．1 DAC7615 简介 84
6．3．2 DAC7615 数字接口 84
6．3．3 使用DAC7615 进行数字模拟转换的硬件和软件设计 85
习题6 86
第7章 模数转换器 88
7．1 概述 88
7．2 A/D转换器工作原理 89
7．2．1 双积分型A/D转换器 89
7．2．2 逐次逼近型A/D转换器 90
7．2．3 其他类型的A/D转换器 92
7．3 典型A/D转换器及应用 92
7．3．1 ADS7841 简介 92
7．3．2 ADS7841数字接口 93
7．3．3 使用ADS7841 进行模数转换的硬件和软件设计 94
习题7 95
第8章 信号波形发生器 96
8．1 概述 96
8．2 正弦波发生器 96
8．2．1 正弦波振荡电路的振荡条件 96
8．2．2 RC正弦振荡电路 97
8．2．3 自动振幅控制 99
8．3 方波和三角波发生器 100
8．3．1 方波发生器 100
8．3．2 三角波发生器 101
8．3．3 压控振荡器VCO 102
8．4 锯齿波发生器 103
8．5 函数发生器 105
8．5．1 函数发生器的分类 105
8．5．2 函数发生器MAX038 105
习题8 110
第9章 精密仪器抗干扰技术 112
9．1 概述 112
9．2 电磁干扰 112
9．3 抗干扰技术 113
9．3．1 合理接地 113
9．3．2 屏蔽技术 117
9．3．3 隔离技术 119
9．4 电源干扰的抑制 122
9．4．1 电源系统的抗干扰设计 122
9．4．2 电源净化技术 123
习题9 124
第10章 典型仪器电路分析 125
10．1 吸波涂层测厚仪 125
10．1．1 设计原理 125
10．1．2 实验与结果分析 129
10．1．3 结论 130
10．2 太阳能光伏并网发电系统核心测控电路 131
10．2．1 信号采样 131
10．2．2 信号调理 134
10．2．3 结论 136
实验一 简易波形发生器 137
实验二 滤波器传递函数模型测试实验指导书 141
附录A Matlab拟合步骤（以一阶低通滤波器为例） 145
参考文献 146

前言/序言

追寻失落的星辰：一段关于宇宙奥秘与人类探索的史诗 引子： 在无垠的宇宙深处，隐藏着无数不为人知的秘密。那些遥远的光芒，是时间洪流中遗落的碎片，是宇宙初生时的低语，是星辰诞生与陨落的壮丽乐章。人类，作为宇宙中的渺小存在，自古以来便仰望星空，渴望触及那遥远的未知，理解那浩瀚的规律。本书，将带领您踏上一段波澜壮阔的旅程，穿越亿万光年，探寻宇宙的奥秘，追寻那些在黑暗中闪耀的失落星辰。 第一卷：晨曦初现——人类仰望星空的原初冲动 在人类文明的黎明，仰望星空并非仅仅是一种浪漫的遐想，更是生存的智慧与对未知的好奇。我们的祖先，用朴素的眼睛，记录下星辰的运行轨迹，用神话与传说，试图解释那神秘的夜空。 远古的星图与神话： 从美索不达米亚的泥板，到埃及的象形文字，再到中国古代的观星台，文字和图腾中蕴含着先民们对星座、行星的早期认知。那些神话故事，将星辰与人类的命运、神灵的意志联系起来，构成了最早的宇宙观。例如，古希腊人将猎户座想象成一位强大的猎人，与天上的野兽搏斗；古埃及人则将某些星星与他们的神祇联系，用于占卜与祭祀。这些早期观察，尽管充满了神秘主义色彩，却为后来的科学探索奠定了基础，激发了人类对天空的持续关注。 哲学家的思辨与宇宙模型： 随着文明的发展，哲学家们开始尝试用理性去解释宇宙。古希腊的哲学家，如泰勒斯、毕达哥拉斯、亚里士多德，提出了各种宇宙模型。亚里士多德的地心说模型，将地球置于宇宙中心，太阳、月亮和行星围绕地球旋转，这一观念主导了西方思想近两千年。中国的张衡，通过对浑天仪的观测，提出了“浑天说”，认为天象如同一个巨大的蛋壳，地球是蛋黄，星辰附着在蛋壳上运转，虽然不是现代意义上的日心说，但已展现了中国古代天文学的独创性。这些早期的模型，虽然存在局限，却代表了人类理性思维的伟大进步，是人类试图理解宏观世界的第一步。 宗教的束缚与科学的萌芽： 在漫长的中世纪，宗教的强大影响力在一定程度上阻碍了科学的自由发展，但科学的火种从未熄灭。修道院中的抄写员默默地保存着古籍，而一些隐秘的学者则在坚持着独立的思考。在伊斯兰世界，阿拉伯学者继承并发展了希腊天文学，对恒星位置进行了精确测量，并创制了许多天文仪器。在中国，宋元时期，郭守敬等天文学家在天文观测和历法制定方面取得了巨大成就，他们不仅改进了天文仪器，还以严谨的科学态度进行观测，为后来的科学发展积累了宝贵经验。 第二卷：黎明的曙光——科学革命的星火燎原 哥白尼的日心说，如同一颗划破黑暗的晨星，彻底颠覆了人类对宇宙的认知。科学革命的浪潮席卷而来，为我们揭开了宇宙的真实面貌。 哥白尼的革命： 尼古拉·哥白尼，这位波兰天文学家，通过对大量观测数据的分析，提出了日心说，将太阳置于宇宙中心，地球和其他行星围绕太阳公转。他的著作《天体运行论》，不仅在天文学上是一次划时代的飞跃，更在哲学和宗教上引发了深刻的冲击，挑战了教会权威，为人类解放思想打开了大门。 伽利略的望远镜与观测的革命： 意大利的伽利略，是第一位将望远镜用于系统性天文观测的天文学家。他观测到了月球表面的山脉和陨石坑，发现了木星的四颗卫星，看到了金星的盈亏变化，并解释了银河是由无数恒星组成的。这些观测结果，为日心说提供了强有力的证据，也彻底改变了人们对宇宙的认识。伽利略不仅是一位伟大的观测者，更是科学方法的倡导者，他强调实验和数学的重要性，为科学研究树立了新的典范。 开普勒的轨道与牛顿的万有引力： 德国的约翰内斯·开普勒，在丹麦天文学家第谷·布拉赫的观测数据基础上，发现了行星运动的三大定律，揭示了行星运动的精确轨道。艾萨克·牛顿，这位集大成者，用他的万有引力定律，统一了天上的运动和地上的运动。他解释了行星为何围绕太阳运转，月亮为何围绕地球运转，以及潮汐现象的成因。牛顿的理论，为经典物理学奠定了基础，也为人类理解宇宙的运行规律提供了一个统一而简洁的框架。 第三卷：群星璀璨——现代天文学的辉煌时代 随着科学技术的飞速发展，人类对宇宙的探索进入了新的纪元。我们不仅能观测到更遥远的星系，更能深入理解宇宙的构成与演化。 哈勃的宇宙膨胀与宇宙的年龄： 美国天文学家埃德温·哈勃，通过对遥远星系红移现象的观测，发现了宇宙正在膨胀的证据。他提出了哈勃定律，将星系的退行速度与其距离联系起来，这不仅是宇宙学上的一个重大发现，也为我们估算宇宙的年龄提供了线索。哈勃的工作，彻底改变了人们对宇宙静态的旧有认知，揭示了一个动态演化的宇宙。 爱因斯坦的相对论与时空的奥秘： 阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论，对我们理解引力、时空以及宇宙的结构产生了革命性的影响。它预言了黑洞的存在，解释了引力波的传播，甚至为我们理解宇宙的起源和命运提供了理论基础。爱因斯坦的理论，将时间和空间看作是相互关联的整体，为我们打开了理解宇宙深层奥秘的大门。 射电天文学、X射线天文学与宇宙的“黑”与“亮”： 随着技术的进步，我们不再局限于可见光。射电望远镜使我们能够“听”到宇宙的低语，观测到脉冲星、类星体等天体。X射线望远镜则将我们带入了一个充满高温、高能宇宙现象的世界，让我们得以窥探黑洞、超新星遗迹等。伽马射线暴的发现，更是揭示了宇宙中最剧烈、最神秘的能量释放事件。这些新的观测窗口，极大地扩展了我们对宇宙的认知范围，让我们能够看到曾经“看不见”的宇宙。 粒子物理学与宇宙的起源： 现代粒子物理学的发展，如夸克、轻子、玻色子等基本粒子的发现，以及标准模型的建立，为我们理解宇宙最基本的组成单元提供了框架。而标准宇宙模型（ΛCDM模型），结合了暗物质、暗能量等概念，成功地解释了宇宙的大尺度结构、宇宙微波背景辐射的各项异性以及宇宙的加速膨胀。这些理论，尽管仍然充满未解之谜，但已勾勒出了宇宙从大爆炸到今天的宏伟画卷。 第四卷：未知的边界——人类探索的永恒前沿 尽管我们已经取得了巨大的成就，但宇宙仍然充满了未知。那些深邃的黑暗，隐藏着等待我们去揭开的秘密。 暗物质与暗能量的谜团： 现代宇宙学研究发现，我们所能观测到的普通物质只占宇宙总能量的很小一部分。绝大多数的宇宙，是由神秘的暗物质和暗能量构成的。它们是什么？它们是如何影响宇宙的？这是当今宇宙学最核心的问题之一。寻找暗物质的直接证据，理解暗能量的本质，是未来天文学研究的重要方向。 系外行星的发现与生命的追寻： 近年来，系外行星的发现如同雨后春笋般涌现。我们发现了与地球相似的行星，发现了可能存在液态水的“宜居带”行星，甚至发现了具备生命所需基本条件的行星。寻找地外生命，理解生命的起源和演化，是人类探索宇宙的终极目标之一。 黑洞的奥秘与引力波的时代： 黑洞，这个引力极强的天体，长期以来只是理论上的存在。然而，引力波的探测，如LIGO和Virgo的探测器，直接探测到了来自遥远宇宙的引力波信号，证实了黑洞合并等剧烈事件的存在。引力波天文学的兴起，为我们提供了一个全新的观测宇宙的方式，将帮助我们理解黑洞的性质，甚至揭示宇宙大爆炸初期的信息。 下一代望远镜与太空探索的未来： 詹姆斯·韦伯空间望远镜的成功运行，为我们带来了前所未有的深邃宇宙图像，让我们能够观测到宇宙最早期形成的星系。而未来，更大、更先进的地面和太空望远镜，以及载人航天和深空探测计划，将继续拓展我们探索的边界。从火星的奥秘，到木星的卫星，再到遥远的星系，人类的探索永无止境。 结语： 本书，并非一本枯燥的科学教科书，而是一部关于人类好奇心、智慧与勇气的史诗。它讲述了我们如何从仰望星空，到理解星辰，再到追寻宇宙深处的奥秘。每一颗闪耀的星辰，都是一个等待被解读的故事，每一次对宇宙的探索，都是一次对自身存在的深刻反思。在这浩瀚的宇宙中，我们虽渺小，却拥有着探索未知、理解真理的伟大力量。愿这本书能点燃您内心的火种，与我们一同踏上这场永恒的宇宙追寻之旅。

评分☆☆☆☆☆

我发现，这本书的独特之处在于它将测量技术置于一个更广阔的背景下进行阐述，并不仅仅局限于技术层面，而是更多地探讨了测量背后的哲学和工程伦理。作者在书中反复强调“测量是认识世界的第一步”，这句话道出了测量在科学探索中的核心地位。我从中领悟到，任何科学理论的建立，任何工程项目的实施，都离不开对客观世界的准确把握，而测量正是实现这一把握的关键手段。书中还涉及到了关于“测量数据的可靠性”以及“如何避免数据造假”等话题，这让我深刻地认识到，作为一名工程师或科学家，不仅要有扎实的专业知识，更要具备高度的职业道德和责任感。测量数据的真实性和准确性，直接关系到决策的科学性、产品的安全性，甚至会影响到人类的福祉。这本书不仅仅是教授我如何使用仪器，更是引导我思考测量技术的意义和价值，以及在应用测量技术时所应承担的责任。它让我明白，技术本身是中立的，但掌握技术的人，却可以通过他们的行为，赋予技术以不同的意义和方向，而精确、诚实的测量，是所有积极意义的源泉。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容让我对“精度”这个概念有了全新的、更加深刻的理解。在此之前，我总觉得测量只要能读出个大概就行了，但这本书完全颠覆了我的这种想法。它详细阐述了影响测量精度的各种因素，从仪器本身的固有误差，到环境因素（比如温度、湿度、电磁干扰）的影响，再到操作者自身的主观因素，几乎无所不包。书中的一些章节，例如关于“误差分析”和“不确定度评定”的部分，虽然初看之下有些挑战性，但作者的讲解非常系统化，一步步引导读者理解这些看似复杂的概念。我尤其欣赏作者在介绍不同测量方法的章节，他不仅列举了各自的优缺点，还根据不同的测量对象和精度要求，给出了详尽的建议。比如，在测量微弱信号时，需要考虑哪些因素才能避免被噪声淹没，以及如何利用滤波技术来提高信噪比。这本书让我意识到，在科学研究和工程实践中，任何微小的误差都可能导致最终结果的巨大偏差，而精确的测量则是保证一切工作有效进行的基础。它教会我如何去“质疑”测量结果，并学会用科学的方法去评估其可靠性，而不是盲目地接受。这种对“精确”的追求，渗透在书的每一个角落，让我对严谨的科学态度有了更深的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

通过阅读这本书，我仿佛进入了一个全新的世界——一个由各种精密仪器构成的、无声但至关重要的工程领域。我一直认为，现代科技的飞速发展离不开基础科学的支撑，而测量正是基础科学的基石。这本书让我看到了，在工业生产、医疗诊断、环境监测、航空航天等各个领域，精确的测量仪器是如何在幕后默默工作的。比如，在介绍半导体器件特性测量时，我才了解到，那些我们日常使用的电子产品背后，有着多么复杂的测试环节；在谈到生物医学传感器的应用时，我看到了科技如何直接与人类健康息息相关，而这一切都离不开精准的测量。书中对各种传感器的介绍，从原理到应用，都写得非常透彻，让我惊叹于人类智慧的结晶。它让我明白，科技的进步并非一蹴而就，而是无数科学家和工程师在无数次精密测量和反复验证中取得的成果。这本书不仅仅是关于仪器本身，更是关于仪器背后的科学原理、工程技术以及它们对人类社会产生的巨大影响。它极大地拓展了我的视野，让我对科技的认识上升到了一个新的高度。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于那些希望提升动手能力和解决实际工程问题的读者来说，简直是一座宝库。虽然我不是专业的工程师，但书中提供的许多实用技巧和案例分析，都让我受益匪浅。例如，在关于“仪器校准与维护”的部分，作者详细介绍了如何对仪器进行日常检查和定期校准，以及一些常见故障的排除方法。这些内容非常具有指导意义，让我明白了即使是最先进的仪器，也需要精心的呵护和维护才能发挥其最佳性能。书中的一些“疑难解答”章节，更是直接回应了读者在实际操作中可能遇到的各种问题，并给出了切实可行的解决方案。我特别喜欢作者在讲解一些复杂测量电路时，会结合大量的实验数据和图表来辅助说明，这使得原本抽象的理论变得具体而生动，也让我更容易地将所学知识应用到实际的“模拟”操作中。它让我不再惧怕那些复杂的仪器和电路图，而是能够更自信地去分析和理解它们。总而言之，这本书不仅传授了知识，更培养了一种解决问题的思维方式，让我觉得即使面对未知的技术难题，也能找到切入点，一步步去攻克。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我对“电”这个看不见摸不着的概念有了全新认识的书。我一直以为测量电路和仪器离我很遥远，大概是大学里电子工程专业的学生才需要接触的枯燥玩意儿。然而，这本书的引入部分就打破了我的刻板印象。作者用非常生动形象的比喻，将抽象的电压、电流、电阻等基本概念解释得清晰易懂。比如，他将电流比作水流，电压比作水压，电阻比作管道的粗细，一下子就让我在脑海中构建起了一个直观的模型。接着，书中深入浅出地介绍了各种测量仪器的工作原理，从最基础的万用表，到更复杂的示波器、信号发生器，每一个仪器的介绍都伴随着实际的应用场景，让我看到了这些“大家伙”在现实生活中是如何发挥作用的，比如在维修家电、调试电子设备，甚至是参与科学研究中的关键角色。书中的图示也非常精美，清晰地展示了仪器的内部结构和测量时的连接方式，使得理论知识与实践操作紧密结合，即便我之前没有任何电子学基础，也能逐步理解。更难能可贵的是，这本书并没有止步于介绍仪器本身，而是花了不少篇幅讲解如何正确地使用这些仪器进行精确测量，以及如何分析测量结果，这对于我这样的初学者来说，无疑是宝贵的指导。它让我明白，测量不仅仅是“看个数字”，更是一门需要严谨态度和专业知识的学问，它直接关系到工程的可靠性和科学研究的准确性。