本书是电子设计系列教材中的基础和测量仪器篇，侧重电路硬件，特别是模拟电路系统的基础和电学参量的测量。书中包含大量实用的电路单元，既有必要的理论推导，也给出了许多设计和装调经验，并涉及了一些现代电路系统设计相关的主题，如电源完整性概念和单电源设计技术，*后结合全国大学生电子设计竞赛赛题列举了一些电路测量系统的设计和制作案例。全书共8章，主要内容包括信号和连接、基本元器件及应用、信号与系统基础、运算放大器及应用、其他器件及应用、基本电学量的测量原理、常用电路单元模块、经典赛题案例。

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王贞炎，1984年1月生，华中科技大学电气学院实验中心工程师，华中科技大学物理系本科，电子科学与技术系硕士。主要研究方向为模拟信号调理、数字逻辑系统和FPGA应用技术，现致力于学生基础技术和竞赛培训，曾获2005年全国大学生电子设计竞赛一等奖，近年来，指导学生获***竞赛奖项数十项。

目    录

第1章　信号和连接1

1.1　线材和电缆1

1.1.1　导线直径和电流1

1.1.2　导线结构种类2

1.1.3　电缆3

1.1.4　绝缘5

1.2　常用接插件5

1.2.1　接线端子5

1.2.2　接插端子5

1.2.3　板对板连接器7

1.2.4　卡和插座连接器7

1.2.5　射频连接器8

1.3　电源连接和去耦8

1.4　信号及其传递12

1.4.1　单端信号和地12

1.4.2　串扰14

1.4.3　集总系统和分布系统15

1.4.4　传输线和阻抗匹配16

1.4.5　差分信号17

第2章　基本元器件及应用19

2.1　元器件的值分布19

2.2　电阻器20

2.2.1　电阻值20

2.2.2　耐受功率和电压20

2.2.3　实际电阻器的等效电路21

2.2.4　特殊电阻器22

2.2.5　电阻器的封装23

2.3　电容器24

2.3.1　电容值24

2.3.2　耐受电压25

2.3.3　实际电容器的等效电路25

2.3.4　电容器的种类和封装27

2.4　电感器29

2.4.1　电感值29

2.4.2　耐受电流30

2.4.3　实际电感的等效电路30

2.4.4　电感器的类型和封装31

2.4.5　自制电感器32

2.5　RLC电路34

2.5.1　RC、RL充放电电路34

2.5.2　阻抗、导纳和串并联35

2.5.3　串联分压电路36

2.6　无源滤波器36

2.6.1　一阶RC滤波器36

2.6.2　LC带通滤波器40

2.6.3　多阶LC滤波器41

2.7　陶瓷振子和晶体振子44

2.8　变压器45

2.9　二极管47

2.9.1　二极管的主要特性47

2.9.2　稳压二极管49

2.9.3　变容二极管50

2.9.4　二极管的封装51

2.10　二极管的典型应用51

2.10.1　整流滤波电路51

2.10.2　倍压整流和电荷泵52

2.10.3　限幅53

2.10.4　调幅检波54

2.10.5　高频开关54

2.11　双极结型晶体管55

2.11.1　BJT的主要特性55

2.11.2　BJT的等效电路58

2.11.3　达林顿管58

2.12　双极结型晶体管的应用电路58

2.12.1　共射极放大电路58

2.12.2　另外两种常用形式60

2.12.3　共射极放大电路的设计方法61

2.12.4　共射极放大电路的仿真设计62

2.12.5　共集电极放大电路66

2.12.6　共基极放大电路67

2.12.7　电流源、电流镜68

2.12.8　差分放大器70

2.13　场效应晶体管71

2.13.1　FET的分类72

2.13.2　FET的主要特性73

2.13.3　共源极放大电路及其设计74

2.13.4　共漏极放大电路75

2.13.5　共栅极放大电路76

2.14　开关电路77

2.14.1　共射极/共源极开关77

2.14.2　共基极/共栅极开关79

2.14.3　MOSFET高速开关79

2.14.4　功率桥及其驱动79

2.15　功率放大电路82

2.15.1　线性功率放大器82

2.15.2　简易运算放大器86

第3章　信号与系统基础88

3.1　信号与系统的基本概念88

3.1.1　连续时间信号、系统和传输

函数88

3.1.2　离散时间信号、系统和传输

函数91

3.1.3　数字信号的采样率和

采样定律93

3.1.4　基本元件和连接的传输

函数96

3.2　模拟滤波器98

3.2.1　传输函数的零极点和波特图98

3.2.2　滤波器的指标和分类103

3.2.3　低通滤波器的传输函数104

3.2.4　转换为高通109

3.2.5　转换为带通或带阻111

3.2.6　全通滤波器112

3.3　频谱113

3.3.1　频谱的定义113

3.3.2　失真、信噪比和信纳比116

3.4　噪声118

3.4.1　噪声的分类和指标118

3.4.2　噪声的计算120

3.4.3　白噪声的产生方法125

3.4.4　滤波器的等效噪声带宽127

3.4.5　其他“颜色”噪声的产生128

3.5　直接数字频率合成129

3.6　数字滤波器130

3.6.1　IIR滤波器130

3.6.2　FIR滤波器132

3.7　离散傅里叶变换133

3.7.1　快速傅里叶变换134

3.7.2　频域滤波方法136

第4章　运算放大器及应用138

4.1　负反馈和运放138

4.2　运放的基本应用电路141

4.2.1　同相和反相放大141

4.2.2　任意线性组合142

4.2.3　差分-单端转换和共模抑制145

4.2.4　扩展输出电流146

4.2.5　电压控制电流源147

4.2.6　电流-电压变换150

4.2.7　积分器151

4.2.8　微分器153

4.2.9　绝对值（精密整流）电路153

4.3　任意传输函数的实现154

4.3.1　多输入加权求和积分154

4.3.2　任意传输函数的系统结构154

4.3.3　用运放实现任意传输函数155

4.3.4　状态变量结构157

4.4　非理想参数159

4.4.1　输入失调电压160

4.4.2　输入偏置电流和失调电流161

4.4.3　开环增益162

4.4.4　增益带宽积164

4.4.5　共模抑制比166

4.4.6　电源抑制比167

4.4.7　输入阻抗和输出电阻168

4.4.8　输入噪声密度169

4.4.9　其他参数172

4.5　稳定性和补偿174

4.5.1　环路特性和稳定性174

4.5.2　不稳定因素和补偿176

4.6　偏置和单电源180

4.6.1　信号和偏置180

4.6.2　交流放大器的单电源设计182

4.6.3　直流放大器的单电源设计184

4.7　仪表放大器186

4.7.1　三运放结构186

4.7.2　双运放结构189

4.8　全差分运放191

4.8.1　全差分运放的电路模型和

参数191

4.8.2　典型应用电路192

4.8.3　全差分放大器的共模抑制193

4.8.4　阻抗匹配的单端-差分转换193

4.9　有源滤波器的实现196

4.9.1　低通滤波器196

4.9.2　高通滤波器200

4.9.3　带通和带阻滤波器203

4.9.4　全通滤波器204

4.9.5　开关电容滤波器205

4.10　电流反馈型运放207

4.10.1　CF运放的电路模型207

4.10.2　闭环特性207

4.10.3　环路特性和稳定性209

4.11　比较器及应用212

4.11.1　迟滞比较器212

4.11.2　专用比较器214

4.12　振荡器214

4.12.1　正弦波振荡器214

4.12.2　方波发生器217

4.12.3　三角波发生器220

4.13　开关功率放大器220

第5章　其他器件及应用224

5.1　半导体光电器件224

5.1.1　发光二极管和光敏二极管224

5.1.2　光敏三极管226

5.2　光电耦合器227

5.2.1　开关应用227

5.2.2　模拟信号隔离传输228

5.3　继电器和模拟开关231

5.3.1　继电器231

5.3.2　固态继电器232

5.3.3　模拟开关233

5.4　对数放大器和指数放大器234

5.5　模拟乘法器237

5.5.1　模拟乘法器的原理237

5.5.2　乘法器的失调240

5.6　PGA和VGA240

5.6.1　PGA和VGA简介240

5.6.2　AGC242

5.6.3　使用VGA构成乘法器244

5.7　模拟锁相环244

5.7.1　锁相环的原理245

5.7.2　频率合成247

5.8　ADC和DAC的基础知识247

5.8.1　采样和保持电路247

5.8.2　分辨率和量化噪声249

5.8.3　采样抖动和信噪比251

5.8.4　ADC和DAC的常用参数252

5.9　DAC的原理和应用254

5.9.1　DAC的原理254

5.9.2　DAC输出特性的均衡258

5.9.3　DAC的输出重构滤波260

5.9.4　DAC的输出调理262

5.10　ADC的原理和应用264

5.10.1　双斜积分型ADC原理264

5.10.2　 调制型ADC原理265

5.10.3　逐次比较型ADC原理268

5.10.4　流水线型ADC原理269

5.10.5　ADC的输入抗混叠滤波器270

5.10.6　ADC的输入信号调理271

第6章　基本电学量的测量原理274

6.1　电压和电流测量274

6.1.1　电压差测量274

6.1.2　交流稳态参量测量276