測控電路（第6版）

本書為 “十二五”普通高等教育本科規劃教材。本版與第5版相比增加了感測器介面、測控電路中的抗干擾技術兩章，將第5版的第8、9章合併為執行器控制與驅動電路，同時每個章節都做了少量的修改，旨在使內容更加簡潔、準確。增加了各章的課後思考題與習題，促進學生掌握本書內容，培養學生解決工程實際問題的能力。

本書內容包括：測控電路的功用和對它的主要要求，類型、組成和發展趨勢；低漂移、高性能測量放大器、隔離和可控放大電路；精密測量中為了將信號與雜訊分離、提高信噪比而採用的各種調幅、調頻、調相、脈衝調寬和解調電路，以及各種RC有源濾波電路、集成濾波器、跟蹤濾波器；為了完成複雜的測量與控制任務而採用的代數、特徵值、微積分(含PID)運算電路，以及採樣保持、電壓與電流、頻率轉換電路和類比數位轉換電路；增量式數位測量中常用的細分與辨向電路；執行器控制與驅動電路，測控電路中的抗干擾技術；通過對典型的測控系統的剖析，將前面所學的大部分內容串接在一起，使讀者對測控系統整體設計與實現方法有進一步的瞭解。全書圍繞精度、靈活性、快速回應、可靠性等主要要求對電路進行分析，為測控電路設計提供思路。

測控電路綜合實驗平臺介紹
第1章緒論1
1.1測控電路與電子學1
1.2測控電路與測控系統2
1.3測控電路的輸入信號與輸出信號3
1.3.1類比信號3
1.3.2數位信號4
1.4運算放大器基礎5
1.4.1實際運算放大器及其特性6
1.4.2運算放大器的失調及其補償6
1.4.3運算放大器的轉換速率和 不失真頻率8
1.4.4運算放大器的振盪與相位補償9
1.4.5雜訊的基礎知識12
1.5測控電路課程的性質、內容與學習方法16
思考題與習題16

第2章感測器介面18
2.1無源感測器18
2.1.1典型無源感測器18
2.1.2無源感測器實例20
2.2有源感測器20
2.2.1電壓式感測器20
2.2.2電流式感測器21
2.2.3有源感測器實例22
2.3信號調理電路23
2.3.1運算放大器選型23
2.3.2無源感測器調理電路24
2.3.3有源感測器調理電路28
2.4線性化29
2.4.1優化傳感電路29
2.4.2校正輸出信號30
2.5感測器介面實例33
2.5.1電阻式應變感測器33
2.5.2電容式感測器34
思考題與習題35

第3章信號放大電路36
3.1基本放大電路37
3.1.1反相放大電路37
3.1.2同相放大電路38
3.1.3基本差動放大電路39
3.2高共模抑制比放大電路41
3.2.1雙運放高共模抑制比放大電路41
3.2.2三運放高共模抑制比放大電路42
3.2.3高共模隔離放大電路44
3.3低漂移放大電路50
3.3.1自動調零放大電路50
3.3.2斬波穩零放大電路52
3.3.3低漂移集成運算放大器53
3.4高輸入阻抗放大電路56
3.4.1高輸入阻抗集成運算放大器56
3.4.2自舉式高輸入阻抗放大電路56
3.5電荷放大電路58
3.5.1基本原理58
3.5.2電荷放大電路的特性59
3.5.3電荷放大電路實例59
3.6電流放大電路61
3.6.1基本原理61
3.6.2電流放大電路實例61
3.7電橋放大電路62
3.7.1單端輸入電橋放大電路62
3.7.2差動輸入電橋放大電路63
3.7.3線性電橋放大電路64
3.7.4電橋放大電路應用舉例64
3.8增益調整放大電路65
3.8.1手動增益調整放大電路65
3.8.2自動增益調整放大電路65
3.8.3可程式設計增益放大電路65
思考題與習題70

第4章信號調製解調電路72
4.1調幅式測量電路73
4.1.1調幅原理與方法73
4.1.2包絡檢波電路77
4.1.3相敏檢波電路82
4.2調頻式測量電路94
4.2.1調頻原理與方法94
4.2.2鑒頻電路97
4.3調相式測量電路101
4.3.1調相原理與方法101
4.3.2鑒相電路105
4.4脈衝調製式測量電路109
4.4.1脈衝調製原理與方法109
4.4.2脈衝調製信號的解調111
4.4.3脈衝調製測量電路應用舉例111
思考題與習題112

第5章信號分離電路114
5.1濾波器基本知識115
5.1.1濾波器的類型115
5.1.2類比濾波器的傳遞函數與頻率特性116
5.1.3基本濾波器119
5.1.4濾波器特性逼近124
5.2RC濾波電路127
5.2.1一階濾波電路127
5.2.2單一運放構成的二階RC有源濾波電路127
5.2.3兩個運放構成的二階RC有源濾波電路131
5.2.4雙二階環電路133
5.3有源濾波器設計135
5.3.1傳遞函數的確定135
5.3.2電路結構的選擇136
5.3.3有源器件的選擇137
5.3.4無源元件參數計算138
5.3.5設計舉例138
5.4數位濾波電路139
5.4.1有限衝激回應濾波器140
5.4.2無限衝激回應濾波器142
思考題與習題144

第6章信號運算電路146
6.1比例運算放大電路146
6.1.1同相比例放大電路146
6.1.2反相比例放大電路147
6.1.3差分比例放大電路147
6.2加法/減法運算電路148
6.2.1同相加法運算電路148
6.2.2反相加法運算電路148
6.2.3減法運算電路149
6.3對數、指數和乘、除運算電路149
6.3.1對數運算電路149
6.3.2指數運算電路151
6.3.3基於對數/指數運算的乘法/除法運算電路153
6.3.4變跨導乘法運算電路156
6.3.5乘方和開方運算電路157
6.3.6集成乘法運算電路157
6.4常用特徵值運算電路159
6.4.1 值運算電路159
6.4.2峰值檢測電路160
6.4.3平均值運算電路161
6.5函數型運算電路161
6.6微分積分運算電路163
6.6.1常用積分電路163
6.6.2常用微分電路165
6.6.3PID運算電路165
6.7過程調節器電路分析168
6.7.1電平移動電路170
6.7.2PD運算電路171
6.7.3PI運算電路172
6.7.4調節器的傳遞函數173
6.7.5輸出電路173
思考題與習題174

第7章信號轉換電路179
7.1類比開關179
7.1.1類比開關及其主要參數179
7.1.2增強型MOSFET開關電路180
7.1.3類比開關誤差源分析180
7.1.4集成類比開關182
7.1.5類比多路開關電路182
7.2採樣保持電路184
7.2.1基本原理185
7.2.2單片集成採樣保持電路186
7.3電壓比較電路188
7.3.1電平比較器188
7.3.2電壓比較器特性指標190
7.3.3滯回比較器191
7.3.4窗口比較器192
7.3.5多閾值比較器194
7.4電壓/頻率（頻率/電壓）轉換電路195
7.4.1V/f轉換器195
7.4.2f/V轉換器200
7.5電壓/電流(電流/電壓）轉換電路202
7.5.1I/V轉換器202
7.5.2V/I轉換器204
7.6類比/數位(數位/類比）轉換電路207
7.6.1D/A轉換器207
7.6.2A/D轉換器213
思考題與習題225

第8章信號細分與辨向電路228
8.1直傳式細分電路228
8.1.1四細分辨向電路229
8.1.2電阻鏈分相細分232
8.1.3微型電腦細分234
8.2平衡補償式細分240
8.2.1相位跟蹤細分241
8.2.2幅值跟蹤細分245
8.2.3脈衝調寬型幅值跟蹤細分249
8.2.4頻率跟蹤細分——鎖相倍頻細分252
思考題與習題253

第9章執行器控制與驅動電路255
9.1取樣電路與誤差放大電路256
9.1.1取樣電路256
9.1.2誤差放大電路257
9.2功率放大電路257
9.2.1直流負載功率放大電路257
9.2.2互補功率放大電路258
9.2.3橋式推挽功率放大電路259
9.3脈寬調製（PWM）控制電路259
9.3.1PWM控制的基本原理259
9.3.2非同步調製與同步調製260
9.3.3PWM電路260
9.4逆變電路及其驅動262
9.4.1半橋逆變電路262
9.4.2全橋逆變電路262
9.4.3逆變電路驅動264
9.5典型執行器的控制與驅動電路實例264
9.5.1音圈電動機的控制與驅動電路265
9.5.2直流電動機的控制與驅動電路266
9.5.3步進電動機的控制與驅動電路267
思考題與習題270

第10章測控電路中的抗幹擾技術272
10.1雜訊和幹擾272
10.1.1幹擾與噪音源273
10.1.2幹擾與雜訊的耦合途徑273
10.1.3敏感設備275
10.2幹擾抑制方式276
10.2.1遮罩技術277
10.2.2接地技術277
10.2.3平衡電路281
10.2.4隔離技術284
10.2.5佈線技術284
10.2.6滅弧技術286
10.3電源幹擾的抑制287
10.3.1電網幹擾抑制技術287
10.3.2電源穩定淨化技術288
思考題與習題291

第11章測控電路設計實例293
11.1動力調諧陀螺儀再平衡回路293
11.1.1再平衡回路結構294
11.1.2模擬再平衡回路的組成295
11.2系統建模295
11.2.1陀螺模型296
11.2.2解耦網路模型296
11.2.3校正網路設計及系統模擬302
11.3電路設計306
11.3.1預處理電路306
11.3.2校正電路310
11.3.3控制解耦網路311
11.3.4功率放大電路312
11.4測試實驗313
11.4.1動力調諧陀螺儀實驗測試平臺313
11.4.2陀螺儀漂移測試313
11.4.3陀螺儀高動態測試314
思考題與習題315
參考文獻316