本书介绍了检测系统中电子电路的分析和设计方法，全书共分11章，围绕检测系统所涉及的常用的电子电路知识进行介绍，主要内容包括运算放大器基本特性、工程应用中常用的几种运算放大器的原理、特点与应用，检测电路中常用的几种信号调理电路的原理与特性，锁相环电路的原理与应用，模拟开关的原理与多路模拟开关的应用，采样/保持器的原理与应用，D/A转换器的电路原理与应用，A/D转换器的工作原理、特性分析与应用及抗干扰措施等内容。本书特别注重检测电路的新技术、新器件和实际应用中的工程问题。为方便教学，本书配有典型知识点的讲解视频，读者只需扫描书中相应的二维码即可呈现。另外，本书附赠资源可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载使用。本书可以作为测控、机电、自动控制、仪器仪表、生物医学等专业的本科生、硕士生的教材，也可作为从事相关专业的工程技术人员的参考书。

前 言 本书的前身是《检测仪器电子电路》，数字化测试技术的出现为检测技术带来了巨大的技术进步，测试的速度更快、精度更高、处理的能力更强。科学技术日新月异，已经发生了巨大的变化，数字化概念早已深入人心，数字化测试已经渗透到了测试系统、仪器仪表的各个方面。数字化检测是检测技术发展的必然选择。检测系统说到底也是人们认识世界的重要手段，是信息技术中的关键技术。检测技术包含了传感器技术、数据采集与转换技术、信号调理技术等，如今的检测系统又是和计算机技术紧密相连的，计算机技术的发展、嵌入式系统的应用，极大地推动了检测系统的发展。检测系统的数字化测试技术可以提高人们认识世界的能力，为生产过程、工业自动化、航空航天技术、科学研究提供必需的信息资源，为计算机控制提供信息来源。本书所讨论的技术可以用于生产过程自动化、检测仪器与系统的设计、物联网、生物医学仪器等方方面面。 本书适应了现代检测技术发展的要求，在保留检测技术数字化方面的基本知识的同时，引入了当代检测技术上的许多新技术和新成就。本书可以帮助读者掌握检测技术的基本概念、信号调理电路的设计、数据的采集和处理、干扰的屏蔽等方面的相关知识，为检测系统和检测仪表的设计打下基础。 本书共11章，各章的主要内容简要介绍如下。 第1章介绍了检测系统的基本概念、检测系统的基本组成，同时对检测系统的发展趋势进行了描述。 第2章较全面地从工程应用角度对运算放大器做了介绍，其中运算放大器的性能指标是了解运算放大器的依据，也是选择放大器的依据。本章对工程中常用的重要放大器电路进行了详细分析，本章的内容是使用放大器的必备知识。 第3章对信号调理电路做了介绍，从传感器到数据转换器，中间的信号调理过程是非常重要的环节，也是测试电路质量好坏的保障。本章对有源滤波器电路、精密整流电路、积分器电路等进行了介绍和分析。 第4章从检测系统的需求角度介绍了锁相环电路，对锁相环电路的工作原理和应用实例进行了分析。 第5章介绍了模拟开关，模拟开关看似很简单，但其在信号转换电路中是不可或缺的器件。本章介绍了模拟开关的主要技术指标、组成特点和应用方法。 第6章介绍了采样/保持器电路，作为A/D转换电路的前置电路，采样/保持器电路会影响系统的采集速度和信号的质量。本章对采样/保持器的主要技术指标、常用的采样/保持器电路进行了介绍，本章的几个实例对应用采样/保持器是很有帮助的。 第7章介绍了D/A转换器。D/A转换器通常作为计算机的输出电路驱动控制系统，它也是一类A/D转换器的重要组成部分。本章对于D/A转换器指标的介绍、工作原理的分析和应用实例的介绍为读者掌握D/A转换器提供了帮助。 第8章是讲述数字化转换的重要章节。本章介绍了5种类型的A/D转换器的原理，代表了目前最主流的A/D转换方案。本书对每一种A/D转换器都进行了详细的分析，并配有应用实例。读者可以通过对本章的学习牢固掌握A/D转换器的工作原理，在实际应用中选择合适的A/D转换器电路。 第9章专门介绍了D/A转换器和A/D转换器的一些典型应用。它们既可以作为进一步了解D/A转换器和A/D转换器工作原理的实例，又可以作为实际电路在检测系统中应用的实例。 第10章介绍了频率量的测量。本章的分析原理和测量方法不仅可以用于分立元件组成的电路，还可以用于微机系统的频率测量和周期测量方法。 第11章介绍了检测系统中的抗干扰措施。本章的内容可以帮助读者把好检测电路设计中抗干扰这道关，为设计一个可靠、稳定的检测系统奠定基础。 本书第1～4章由姚敏老师编写，第5～7章由王海涛老师编写，赵敏老师编写了第8～11章，主审并制定了本书的主要编写内容。书中的主要内容是编者多年来教学、科研工作的经验积累，参考了有关文献并结合了原有讲义中的基本概念。 由于编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。 编 者 　 2022年12月

目 录 第1章 绪论 1 1.1 检测系统与检测技术 1 1.2 检测系统的基本组成 1 1.3 检测系统的发展趋势 3 第2章 运算放大器 5 2.1 概述 5 2.1.1 运算放大器的发展与分类 5 2.1.2 运算放大器的主要参数 5 2.2 运算放大器的应用基础 9 2.2.1 理想运算放大器 9 2.2.2 实际运算放大器的误差分析 10 2.3 测量放大器 17 2.3.1 测量放大器的增益 18 2.3.2 失调参数的影响 19 2.3.3 测量放大器的抗共模干扰能力 20 2.3.4 测量放大器的应用 21 2.3.5 测量放大器的集成电路 22 2.4 动态自动校零运算放大器 24 2.4.1 动态自动校零的工作原理 24 2.4.2 动态自动校零集成运算放大器 ICL7650 26 2.5 隔离放大器 29 2.5.1 变压器耦合隔离放大器 30 2.5.2 光电耦合器 32 2.5.3 电容耦合隔离放大器 34 2.6 电荷放大器 36 2.6.1 电荷放大器的基本原理 36 2.6.2 电荷放大器的特性分析 37 2.6.3 电荷放大器的应用 38 习题 39 第3章 信号调理电路 43 3.1 有源滤波器 43 3.1.1 有源滤波器的种类和基本性能 43 3.1.2 开关电容滤波器 45 3.2 精密整流电路 47 3.2.1 概述 47 3.2.2 精密半波整流电路 48 3.2.3 精密全波整流电路 51 3.2.4 峰值整流电路 53 3.2.5 整流电路的应用 55 3.3 鉴相电路 55 3.3.1 概述 55 3.3.2 相位/脉宽（转换式）鉴相器 56 3.3.3 相位/数字转换器 59 3.4 积分器 60 3.4.1 积分器的基本工作原理 60 3.4.2 积分器误差分析 61 3.5 电压比较器 64 3.5.1 概述 64 3.5.2 比较器的应用 65 3.5.3 集成电压比较器 70 习题 71 第4章 锁相环电路 75 4.1 锁相环简介 75 4.2 集成锁相环的工作原理 76 4.3 CD4046的典型应用 80 4.4 频率合成器 82 第5章 模拟开关 85 5.1 模拟开关简介 85 5.2 电子模拟开关 85 5.2.1 电子模拟开关的特性 85 5.2.2 集成模拟开关 86 5.2.3 模拟多通道开关电路 88 5.3 模拟开关应用需要注意的问题及工程 应用 91 习题 95 第6章 采样/保持器 96 6.1 概述 96 6.2 采样/保持器的基本结构及工作原理 100 6.3 集成采样/保持器 103 6.4 采样/保持器的应用 105 6.5 采样/保持器使用中应注意的问题 105 习题 106 第7章 D/A转换器 109 7.1 量化与量化误差及D/A转换器的技术 指标 109 7.2 线性D/A转换原理 112 7.3 集成化D/A转换器 116 习题 119 第8章 A/D转换器 123 8.1 概述 123 8.2 逐次逼近式A/D转换器 123 8.2.1 逐次逼近式A/D转换的原理 123 8.2.2 单片集成化逐次逼近式A/D转 换器 127 8.3 双积分式A/D转换器 133 8.3.1 双积分式A/D转换的原理与 特性 133 8.3.2 双积分式A/D转换的特性与参数 选择 136 8.3.3 集成化双积分式A/D转换器 138 8.4 电压/频率转换式A/D转换器 150 8.4.1 电荷平衡式V/f转换工作原理 151 8.4.2 集成化V/f转换器 152 8.5 并行式A/D转换器 156 8.6 Σ-Δ型A/D转换器 158 8.6.1 Σ-Δ型A/D转换原理 158 8.6.2 集成化Σ-Δ型A/D转换器及其 应用 162 习题 165 第9章 D/A转换器与A/D转换器的 典型应用 173 9.1 数字控制高精度、高稳定线性电路 173 9.2 数字波形发生器电路 176 9.3 利用锁相时钟提高数字多用表抑制串 模干扰的能力 177 习题 178 第10章 准数字信号的数字转换 180 10.1 准数字信号的数字转换 180 10.2 频率/数字转换 180 10.3 周期、脉宽及时间间隔/数字转换 181 10.4 频率比测量 182 习题 183 第11章 检测系统的抗干扰措施 184 11.1 干扰的来源 184 11.1.1 干扰的分类 184 11.1.2 干扰的耦合 185 11.1.3 干扰的传递途径 188 11.2 屏蔽技术 189 11.2.1 静电屏蔽 190 11.2.2 电磁屏蔽 190 11.2.3 低频磁屏蔽 192 11.2.4 驱动屏蔽 192 11.3 滤波技术 193 11.3.1 电磁干扰滤波器 193 11.3.2 滤波器的分类及特性 194 11.3.3 滤波器的安装 197 11.4 接地技术 197 11.5 印制电路板的抗干扰设计 201 参考文献 210