基于AD630的锁相放大器的设计与分析

电液伺服放大器的设计与分析

电液伺服放大器的设计与分析 文章主要阐述了电液伺服放大器的设计原理。在设计原理的基础上，采用深度电流负反馈技术，对其进行了详细的计算，并做了性能测试。结果表明，电液伺服伺服放大器输出负载电流稳定、线性度好、响应快，满足设计要求。 标签：电液伺服放大器；设计原理；深度电流负反馈 1 放大器总体设计与设计要求 电液伺服控制技术主要是将电信号按比例转换为液压功率输出的电液转换技术[1]。电液伺服控制系统由于其输出功率大、控制精度高等优点，应用于很多领域。随着技术的发展，电液伺服控制技术主要向着专用、高集成、组合化的方向发展。 作为电液控制系统的重要组成部分，伺服放大器要有良好的动态和静态性能，并且具有线性度好、精度高等特点，而且要能输出足够大的功率[2]。文章设计的伺服放大器要满足输入的电压在-10V～+10V时，输出的电流为-40mA～+40mA，而且伺服放大器的线性度误差要小于3%。 2 电路设计及相关计算 作为电液伺服放大器，其电路设计要采用深度电流负反馈技术。深度电流负反馈是指用一个电阻与线圈串联，并将其上的电压通过反馈电阻反馈至放大器的输入端，构成闭环回路。当负载电阻变化时，流过的电流保持不变[3]。这样，当电液伺服阀在长时间工作后引起阀线圈电阻变化时，通过伺服阀线圈的电流保持不变。 伺服放大器主要电路包括：调零电路、信号放大、电压跟随、功率输出。电路原理图如图1所示。由于放大器的输出电流小，不能满足要求，所以采用推挽电路进行功率放大。 放大器U1对信号进行放大： 通过式（4）可以看出，当电路中的参数确时，负载上的电流和输入信号成线性关系，与负载电阻无关。 3 实验结果与结果分析 将伺服放大器输入-10V～+10V的电压，对实验数据进行处理，得到输入电压与负载电流曲线图，如图2所示。 分析图2的曲线，可以得到，曲线线性度好，输出电流与输入电压成线性关

锁相放大器原理

如何测量被噪声埋没了的信号？ 在测量各种物理量（温度、加速度等）时，用传感器将其变换成为电信号，然后输入到分析仪器（测量仪器）中去。但是，仅想获得必要的信号是很难做到的。通常是连不必要的信号（也就是噪声）也一起被测量了。在各种情况下，噪声都有可能混进来。 噪声并不仅限于电信号，也有包含在被测量的物理量中的情况。另外，根据不同场合，也出现噪声强度远远高出所需要的目的信号电平的情况。想要测量的信号越微弱，那么噪声就相对地越大。 在这里，让我们来看一下用交流电压表来测量不同电平的1kHz 的正弦波信号的结果。 在信号上叠加了0.1Vmrs 的白噪声。“毫伏计”是一般的交流电压表，“锁相放大器”是一种专门测量微小信号的（特殊的）交流电压表。 信号电平 （正弦波信号） 波 形 （叠加了噪声的波形） 毫伏计的 测量结果 锁相放大器的 测量结果 1Vrms 1Vrms 0.999Vrms 100mVrms 140mVrms 99mVrms

1mVrms 105mVrms 1.01mVrms 0.1mVrms 105mVrms 0.107mVrms 毫伏计也同时测量噪声。即使用数字万用表（DMM ）来测量，也会得到与毫伏计相同的测量结果。 但锁相放大器，能在比目的信号（1kHz 正弦波）强1000倍的噪声中把目的信号几乎准确无误地检测出来。 在测量埋没在噪声中的信号时，使用锁相放大器最为合适。 为什么锁相放大器具有那么强的抗噪声能力？ 锁相放大器不容易受到噪声影响的原因，是因为很好地利用了噪声（白噪声）与目的信号（正弦波）之间在性质上的差别。 在这里，我们一方面整理白噪声的性质和正弦波的性质，一方面解说为什么锁相放大器会具有很强的噪声抑制能力。 噪声的性质 ■平坦的频谱 在宽阔的频率范围内，该信号具有几乎相同的频谱。信号的瞬时电平成为预测不到的随机的值。

锁相放大器设计

C题：锁定放大器的设计 摘要：本设计对于检测微弱信号的锁存放大器进行论述，锁定放大器主要包括交流放大器、带通滤波器、相敏检波器、低通滤波器、直流放大器及液晶显示等几个部分。其中，交流放大器以INA128为主要构成部件，实现交流信号的放大从而作为带通滤波器的输入；带通滤波器用UAF42构成，实现对900Hz到1100Hz频带范围的滤波过程，其误差小于20%；相敏检波器的主要部件采用乘法器MPY634，得到的信号在输入低通滤波器经直流放大器放大后输入显示电路，显示出被测信号的幅度及有效值。另外，在相敏检波器部分的方波驱动信号由参考信道的参考信号经触发整形、移相、比较而来。同时，为了更好的检测出锁定放大器的性能，在信号的输入端增加加法器电路，实现被测信号与干扰信号的1:1叠加，当干扰信号的频率为1050Hz—2100Hz时，输出端的测量误差小于10%。锁定放大器在实际应用中用途广泛，尤其对于微弱信号检测方向站着主导地位，随着科技的发展已渐渐的融入人类的生活之中，拥有很好的发展前景。 关键词：带通滤波器；相敏检波器；显示；方波驱动

1 总体方案设计 1.1方案比较与选择 1.1.1微弱信号检测模块方案比较 方案一：采用滤波电路检测微弱信号，通过滤波电路将微弱信号从强噪声中检测出来，但滤波电路中心频率是固定的，而信号的频率是可变的，无法达到要求，由此可见该方案不满足要求。 方案二：采用取样积分电路检测小信号，采用取样技术，在重复信号出现的期间取样，并重复N次，则测量结果的信噪比可改善√N倍，但这种方法取样效率低，不利于重复频率的信号恢复。 方案三：采用锁相放大器检测小信号，锁相放大器由信号通道、参考通道和相敏检波器等组成，其中相敏检波器(PSD)是锁相放大器的核心，PSD把从信号通道输出的被测交流信号进行相敏检波转换成直流，只有当同频同相时，输出电流最大，具有良好的检波特性。由于该被测信号的频率是指定的且噪声强、信号弱，正好适用于锁相放大器的工作情况，故选择方案三。 1.1.2移相网络模块方案比较 方案一：数字法：采用数字相移的方法势必增加电路的难度，所以此法不可取。 方案二：模拟法：由于电路用的是锁相放大，所以要保持输入信号相位的一致，故需要对参考信号做移相处理，移相采用简单的RC电路搭成，可以很容易得到所需效果。所以采用方案二。 1.1.3电阻分压模块方案比较 电阻分压网络有串联分压和π型网络，π型网络的性能较好，适合在高频的条件下工作，而本设计要求的电压范围较小，故采用简单电路串联来作为分压网络就可以达到要求。 1.1.4显示模块方案 方案一：采用数码管显示。数码管只能显示简单的数字，其电路复杂，占用资源较多，显示信息少，不宜显示大量信息。 方案二：采用液晶显示。液晶显示增加了显示信息的可读性，看起来更方便。而QC12864B字符点阵液晶模块有明显的优点：微功耗、尺寸小、显示信息量大、显示清晰、易控制，抗干扰能力强。

锁相放大器技术详解

https://www.sodocs.net/doc/1711811958.html,/st1272/article_22104.html 锁相放大器采用在无线电电路中已经非常成熟的外差式振荡技术，把被测量的信号通过频率变换的方式转变成为直流。 在外差式振荡技术中被称为本地振荡（Local Oscillation）的、用于做乘法运算的信号，在锁相放大器中被称为参照信号，是从外面输入的。锁相放大器能够（从被测量信号中）检测出与这个参照信号频率相同的分量。在被测量的信号里所包含的各种信号分量中，只有与参照信号频率相同的那个分量才会被转换成为直流，因而才能够通过低通滤波器（LPF）。其他频率的分量因为被转换成为频率不等于零的交流信号，所以被低通滤波器（LPF）滤除。在频率域中，如下图所示。 锁相放大器对于噪声的抑制能力，是由上图中低通滤波器（LPF）的截止频率来确定的。例如，在测量10kHz的信号时，如果使用1mHz的低通滤波器（LPF），那么就等效于在使用10kHz±1mHz的带通滤波器时的噪声抑制能力。如果换算成为Q值，就相当于5×106。要想真正制造这样高的Q值的带通滤波器，那是不可能的。但是，使用锁相放大器，这就很容易实现了。 如同前面所解说的那样，在使用通频带非常狭窄的带通滤波器（BPF）时，如果其中心频率与被测量信号的频率有所偏离，那么就会产生测量误差，最糟糕的情况下可能会把被测量信号也滤除了。 与这种情况相比较，对于锁相放大器来说，即使低通滤波器的截止频率多少有些偏离，只要还能够让直流通过，那么对测量结果也不会有大的影响。与带通滤波器相比较，锁相放大器更容易实现通频带非常狭窄的低通滤波器，不管通频带多么狭窄都能实现。由此可见，锁相放大器具有强大的能力从噪声中检测出被掩埋的信号。 那么，实际的锁相放大器又是什么样的呢？ ■使用PSD（相敏检波器）作为乘法器。

单管放大器的设计与仿真及误差分析

课程设计报告 题目：单管放大器的设计与仿真 学生姓名： 学生学号： 系别： 专业：电子信息工程 届别： 指导教师： 电气信息工程学院制 2013年3月

淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告 目录 引言……………………………………………………………1任务与要求…………………………………………………2系统方案制定………………………………………………3系统方案设计与实现………………………………………4系统仿真和调试……………………………………………5数据分析……………………………………………………6总结…………………………………………………………7参考文献……………………………………………………8附录………………………………………………………… 第1 页

单管放大器的设计与仿真 学生: 指导教师： 电气信息工程学院电子信息工程专业 引言：放大现象存在于各种场合中，例如，利用放大镜放大微小的物体，这是光学中的放大；利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大；利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。而作为电子电路中的放大晶体管放大器是放大电路的基础【1】，也是模拟电子技术、电工电子技术等课程的经典实验项目，实验内容涉及方面广泛。本文已常见的作为集成运放电路的中间级的共射放大电路为讨论对象，一方面，对具体包括模拟电路的一般设计步骤、单管共射放大电路设计方案的拟定、静态工作点的设置与电路元件参数的选取、放大电路性能指标的测量、稳定静态工作点的措施等做阐述。本文采用的是分压式电流负反馈偏置电路设计成的共发射极放大器，对分压式电流负反馈偏置电路能稳定静态工作点的原理作了说明，并将对晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大电路的性能指标与测试方法、放大器的调试技术做阐述。介绍模拟电子电路的一般设计方法和思路，以及Multsim 和Matlab软件的一些基本操作和仿真功能。

锁相放大器综述

题目： 锁相放大器的原理及应用 姓名： 单位： 学号： 联系方式：

摘要 锁相放大器又称锁定放大器是对正弦信号（含具有窄带特点的调幅信号）进行相敏检波的放大器，它实际上是一个模拟的傅立叶变换器，在强噪声下，利用有用信号的频率值准确测出有用信号的幅值。应用在科学研究的各个领域中：如通讯、工业、国防、生物、海洋等。本文主要介绍了锁相放大器原理，发展过程，基本组成，重要参数和在各方面的应用。 关键词：锁相放大器，噪声，傅立叶变换

一、锁相放大器的定义 锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法。锁相放大器又称锁定放大器是对正弦信号（含具有窄带特点的调幅信号）进行相敏检波的放大器，它实际上是一个模拟的傅立叶变换器，在强噪声下，利用有用信号的频率值准确测出有用信号的幅值。应用在科学研究的各个领域中：如通讯、工业、国防、生物、海洋等。 二、锁相放大器的历史 上世纪六十年代美国公司研制出第一台利用模拟电路实现微弱正弦信号测量的锁相放大器，使微弱信号检测技术突破性飞越，为解决大量电子测量做出贡献，在物质表面组份分析以及表面电子能态研宄方面有重大意义。自上世纪后期开始，国内外越来越多的人开始研宄锁相放大器，随着科技的发展，越来越多性能优良的锁相放大器被研发出来，在各个领域应用广泛，极大程度上推动了各个学科的发展，目前，从提高系统的灵敏度、减小噪声带宽、提高检测精度、改善信噪比上都有了很大的进步。近年来，数字电子技术飞速发展，锁相放大器也在这一契机下，出现了模数混合的锁相放大器与数字锁相放大器，这在一定程度上弥补了由于物理器件造成的模拟锁相放大器的缺点，极大改善了性能，提升了研究层次与扩大了应用范围。国外相较于国内而言，起步要早一些，己研发出一系列锁相放大器。美国公司、美国公司是行业的龙头企业，它们所研制的模拟型：、和数字型：、、、均已有较成熟的发展与应用。其中公司是世界范围内数字锁相放大器研制的佼佼者，该公司的产品在到的频率带宽内可测，具有自动获取、自动补偿功能，具有谐波抑制功能、度的相位分辨率和大于的动态保留，时间常数位从到可调，它的数字信号处理设计使它具有很大的动态存储，这就减少了使用带通滤波器时带进的噪声以及系统的不稳定性。就国内而言，南京大学唐鸿宾等对锁相放大器的研宄起步较早，研发出了系列锁相放大器，该校微弱信号检测中心顺势

最新专科模板-简易锁相放大器设计-终稿

专科模板-简易锁相放大器设计-终稿

电子科技大学 毕业论文简易锁相放大器设计 指导教师：张萍职称：讲师 学生姓名：文国江专业: 电子信息工程班级：英特尔班学号：V08024843152 2010年 06 月 01 日 电子科技大学成教院制

目录 第一章选题背景 1.1 背景说明 (3) 1.2 选题依据 (3) 1.3 本文工作 (4) 第二章锁相放大器的原理 (5) 第三章研究与分析 (8) 3.1 参考信号产生的方法比较与选择 (8) 3.2 前端放大器的设计 (8) 3.3 移相方法比较与选择 (8) 3.4 相敏检波器的方法比较与选择 (8) 第四章系统设计 (10) 4.1 总体设计 (10) 4.2 硬件设计 (11) 4.2.1 前置放大器的设计 (11) 4.2.2 移相电路的设计 (12) 4.2.3 相敏检波的设计 (13) 4.2.4 低通滤波器的设计 (14) 4.3 软件设计 (15) 第五章系统测试 (16) 第六章附录 (18) 总结 (26) 致谢 (27) 参考文献 (28)

第一章选题背景 1.1背景说明 1962年美国 EG&G PARC(SIGNAL RECOVERY公司的前身 )的第一台锁相放大器 (Lock-in Amplifier，简称 LIA)的发明，使微弱信号检测技术得到标志性的突破，极大地推动了基础科学和工程技术的发展。目前，微弱信号检测技术和仪器的不断进步，已经在很多科学和技术领域中得到广泛的应用，未来科学研究不仅对微弱信号检测技术提出更高的要求，同时新的科学技术发展反过来促进了微弱信号检测新原理和新方法的诞生。 早期的 LIA是由模拟电路实现的，随着数字技术的发展，出现了模拟与数字混合的 LIA，这种LIA只是在信号输入通道，参考信号通道和输出通道采用了数字滤波器来抑制噪声，或者在模拟锁相放大器（简称 ALIA）的基础上多了一些模数转换（ ADC）、数模转换（ DAC）和各种通用数字接口功能，可以实现由计算机控制、监视和显示等辅助功能，但其核心相敏检波器 (PSD)或解调器仍是采用模拟电子技术实现的，本质上也是 ALIA。直到相敏检波器或解调器用数字信号处理的方式实现后，就出现了数字锁相放大器（简称 DLIA），DLIA 比 ALIA有许多突出的优点而倍受青睐，成为现在微弱信号检测研究的热点，但是在一些特殊的场合中， ALIA仍然发挥着 DLIA不可替代的作用。 1.2选题依据 微弱信号检测技术是一门新兴的技术科学，它运用近年来迅速发展起来的电子学、信息论和物理学方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号和噪声的统计特性及其差别，采用一系列的信号处理方法，达到检测被背景噪声覆盖的微弱信号。运用微弱信号检测技术可以测量到传统观念认为不能测量的微弱信号，如弱光、小位移、微震动、微温差、小电容、弱磁、弱声、微电导、微电流等，使微弱信号测量精度得到很大的提高。 “微弱信号"不仅意味着信号的幅度小，而且主要指的是被噪声淹没的信号，“微弱”是相对于噪声而言的。为了检测被噪声覆盖的微弱信号，人们进行了长期的研究工作，分析噪声产生的原因与规律，研究被测信号的特点、相关性及噪声的统计特性，以寻造出从背景噪声中检测出有用信号的方法。微弱信号检测技术大量应用在光谱学、物理、化学、天文、光通讯、雷达、声纳、以及生物医学工程领域。目前的微弱信号检测的方法有窄带滤波、取样积分、

基于LabVIEW的锁相放大器及其应用

基于LabVIEW的锁相放大器及其应用 物理学院? 07级 崔? 龙? 20071001013 韩恩道? 20071001028 摘? 要：研究了基于LabVIEW的锁相放大器的实现方法，利用测量信号与两路参考信号的互相关将所需频率的微小信号锁定并进行测量。两路有恒定相位差的参考信号的设计使得可通过计算直接输出被测信号的幅值。制作了基于LabVIEW 的锁相放大器原型并进行了初步测试。将制作的锁相放大器应用在了利用声波的相位差定位的系统中。 关键词：LabVIEW，虚拟仪器，锁相放大器 Abstract: Having a research on the Lock-in Amplifier (LIA) based on NI-LabVIEW, making use of the cross-correlation of the measured signal and the reference signal so that the tiny signal which is in the certain frequency can be locked and tested. The setting of two channels of reference signals make it possible to get the amplitude of the signal directly. A prototype of LIA based on LavVIEW is made. Then the LIA is used in a system which finds out the location of a sound source. Keywords: LabVIEW, VI, Lock-in Amplifier 1.虚拟仪器和LabVIEW 1.1 虚拟仪器技术 1.1.1 概? 述 虚拟仪器(Virtual instrument 简称VI)，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。 虚拟仪器的“虚拟”两字主要包括一下两方面的含义。 1.虚拟仪器的面板是虚拟的： 虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的;由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的“通”、“断”;被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数的设置，及测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。 1.虚拟仪器测量功能是通过对图形软件流程的编程来实现的：

TDS用锁相放大器电路设计

研究与设计 电　子　测　量　技　术 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ　Ｔ ＥＣＨＮＯＬＯＧＹ第３５卷第４期２０１２年４月　 ＴＤＳ用锁相放大器电路设计 蒋　鹏　赵国忠 （首都师范大学物理系ＴＨｚ实验室　北京　１０００４８ ）摘　要：小型或微型锁相放大器（ｌｏｃｋ－ｉｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）目前市场罕有，小型ＴＨｚ时域光谱仪（ＴＤＳ）需要此种仪器。提出了一种ＬＩＡ设计方案，用于ＴＤＳ提取与ＴＨｚ波电场强度相关的信号。将差分探测器的信号进行预滤波和放大，后接带通滤波器，同时斩波器输出的信号经移相与前者分别送入ＡＤ６３０的信号端和同步端。锁相后信号经低通滤波器，送入ＡＤＣ。ＡＤＣ采集的数据送至上位机进行二滤波处理。整个ＬＩＡ系统放大微弱信号１　０００倍左右，信噪比７００ｄＢ以上，电路板面积１１ｃｍ×５．５ｃｍ， 达到基本指标。关键词：锁相放大器；ＡＤ６３０；太赫兹探测；互相关；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ中图分类号：ＴＮ９１１ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｌｏｃｋ－ｉｎ　ａｍｐ ｌｉｆｉｅｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆｏｒ　ＴＤＳＪｉａｎｇ　 Ｐｅｎｇ　Ｚｈａｏ　Ｇｕｏｚｈｏｎｇ（ＴＨｚ　Ｌａｂ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃａｐｉｔａｌ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　 １０００４８）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｓｍａｌｌ　ｏｒ　ｍｉｎｉａｔｕｒｅ　ｌｏｃｋ－ｉｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＬＩＡ）ｉｓ　ｒａｒｅ　ｏｎ　ｍａｒｋｅｔ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｓｍａｌｌ　Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎｓｐ ｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＴＤＳ）．ＬＩＡ　ｓｃｈｅｍｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ＴＤＳ　ｔｏ　ｅｘｔｒａｃｔ　ｗｅａｋ　ｓｉｇｎａｌ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏＴＨｚ　ｗａｖｅ　ｆｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｉｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｐｒｅ－ｆｉｌｔｅｄ　ａｎｄ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｅｄ，ｔｈｅｎ　ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈｂａｎｄ－ｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ．Ｗｈｉｌｅ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｆｒｏｍ　ｃｈｏｐｐｅｒ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ＡＤ６３０ ｓ　ｏｕｔｐｕｔ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ　ａｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｏｒｔ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ａｆｔｅｒ　ｌｏｃｋ－ｉｎ　ａｍｐ ｌｉｆｉｅｒ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｉｎｔｏ　ｌｏｗ－ｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　ｔｈｅｎ　ｔｏ　ＡＤＣ．Ｔｈｅｎ　ｉｔ　ｉｓｐ ｕｔ　ｉｎｔｏ　ｈｏｓｔ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｆｏｒ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ａｆｔｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　１０００ｔｉｍｅｓ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　７００ｄｂ　ＳＮＲ，ａｎｄｓｙ ｓｔｅｍ　ｓｉｚｅ　ｉｓ　１１ｃｍｘ５．５ｃｍ，ｗｈｉｃｈ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃｋ－ｉｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＡＤ６３０；ＴＨｚ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ　本文于２ ０１２年３月收到。０　引 言 作为一种精密的测试仪器 ［１］ ，锁相放大器被广泛的用 在科研领域，尤其是在检测微弱小信号方面。但灵活小巧，轻便的小型或微型锁相放大器市场少有，而一些便携式光谱仪则需要用到小型锁相放大器。在ＴＨｚ时域光谱仪（ＴＤＳ）［２ ］，尤其是小型ＴＤＳ系统里，更需要小型或者微型锁相放大器。太赫兹时域光谱仪已经在各种材料的检测领域应用广泛， 例如爆炸物或者毒品的检测。但是国内目前在小型ＴＤＳ系统的发展上出现一些瓶颈，系统中需要有小型锁相放大器。 １　原　理 锁相放大器是基于互相关检测原理（见图１）来实现从大背景噪声中提取微弱的有用信号。当输入信号与参考信号频率完全一致的信号在乘法器的输出端得到直流偏量， 其他信号在输出端都是交流信号，要是在乘法器后加一个低通滤波器， 滤除交流分量，那么剩下的直流分量，而这个直流分量只是正比于输入信号中的特定频率的信号分量的幅值。 图１　互相关检测原理 ２　实施方案 为实现低成本小体积的锁相放大器，采集太赫兹时域光谱仪中的差分探头产生的信号。通过核心器件ＡＤ６３０ （平衡调制解调器）做锁相放大，以提取被噪声淹没的微弱

实验三 晶体管放大器分析与设计剖析

实验三晶体管放大器分析与设计 实验目的： 1.熟悉仿真软件Mulitisim 的使用，掌握基于Mulitisim 的瞬态仿真方法。 2.熟悉POCKETLAB硬件实验平台，掌握基于功能的使用方法。 3.通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体三极管放大器的分析和设计方法。 4.通过软件仿真和硬件实验验证，掌握场效应管放大器的分析设计方法。 实验预习： 在图3-1所示电路中，双极性晶体管2N3094的=120，V(BEon)=0.7v。根据实验二的直流工作点，计算该单级放大器的电压增益Av.填入表3-1. 图3-1 解：其交流通路等效电路如图3-11所示. 由实验三可知其直流工作点为： Rbe=26/3.662k=7.1k

Ri=(7.1+121*0.2) =31.3k Ai=120*4.7/1004.7=0.5614 Av=0.5614*1000/31.3=17.935 图3-11 实验内容 一．晶体三极管放大器仿真实验 1.根据图3-1所示电路，在Multisim中搭建晶体三极管2N3094单级放大电路。加入峰峰值=50mv, 频率等于10khz的正弦波。 结果查看：采用示波器XCS1，查看输入输出两路波形。并用测量工具，测试输入输出波形的峰峰值，计算得到电压增益Av，填入表格3-1. 实验测得的输入输出波形图如表3-2所示。 表3-1 ：晶体三极管放大器增益 计算值仿真值实测值 放大器增益Av 17.935 17.726 19.12 2.変输入信号峰峰值，取Vinpp=100mv，Vinpp=200mv， Vinpp=300mv，重新进行瞬态仿真和频谱分 析，截取各输入条件下的输入输出波形图和频谱分析图，填入表3-2. 表3-2：不同输入情况下的输入输出波形图。

简易锁相放大器

2012年15省赛区大学生电子设计TI 杯竞赛试题 参赛注意事项 （1）2012年8月5日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在A 、B 、C 、D 、E 题目中任选一 题；高职高专组参赛队原则上在F 、G 、H 题中任选一题，也可以选择其他题目。 （2）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的 有效证件（如学生证）随时备查。 （3）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。 （4）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作， 不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。 （5）2012年8月7日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。 微弱信号检测装置（A 题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav 文件）来产生，通过PC 机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A 、B 、C 、D 和E 分别为五个测试端点。 图1 微弱信号检测装置示意图 二、要求 1. 基本要求 （1）噪声源输出V N 的均方根电压值固定为1V ±0.1V ；加法器的输出V C =V S +V N ，带宽大于1MHz ；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。 （2）微弱信号检测电路的输入阻抗R i ≥1 M Ω。 （3）当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz 、幅度峰峰值在200mV ~ 2V 范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。 2. 发挥部分

锁相放大器

锁相放大器实验 锁相放大器实验（Lock-in amplifier）,简称LIA。它是一个以相关器为核心的检测微弱信号仪器，它能在强噪声情况下检测微弱正弦的幅度和相位。学习本实验的目的是使同学了解锁相放大器的基本组成,掌握锁相放大器的正确使用方法。 一、锁相放大器的基本组成 结构框图如图1所示。它有四个主要部分组成:信号通道、参考通道、相关器（即相关检测器）和直流放大器。 图1 锁相放大器的基本结构框架 1.信号通道 信号通道包括:低噪音前置放大器、带通滤波器及可变增益交流放大器。 前置放大器用于对微弱信号的放大，主要指标是低噪音及一定的增益（100～1000倍）。 可变增益放大器是信号放大的主要部件，它必须有很宽的增益调节范围，以适应不同的信号的需要。例如，当输入信号幅度为10nV，而输出电表的满刻度为10V时，则仪器总增益为10V/10nV =109若直流放大器增益为10倍，前置放增益为103，则交流放大器的增益达105。 带通滤波器是任何一个锁相放大器中必须设置的部件，它的作用是对混在信号中的噪音进行滤波，尽量排除带外噪音。这样不仅可以避免PSD（相敏检波器）过载，而且可以进一步增加PSD输出信噪比，以确保微弱信号的精确测量。常用的带通滤波器有下列几种：

图2为一个高通滤波器和一个低通波滤 波器组成的带通滤波器，其滤波器的中心频 率f0及带宽B由高低滤波器的截止频率f c1 决定和f c2决定。锁相放大器中一般设置几种 截止频率，从而根据被测信号的频率来选择 合适的频率f0及带宽B。但是带宽滤波器带 宽不能过窄，否则，由于温度、电源电压波 动使信号频谱离开带通滤波器的通频带，使 输出下降。 为了消除电源50Hz的干扰，在信号通道 中常插入组带滤波器。 （2）同步外差技术 上述高低通滤波器的主要缺点是随着被 测信号频率的改变，高低通滤波器的参数也 要改变，高低通滤波器的参数也要改变，应 用很不方便。为此，要采用类似于收音机的 同步外差技术，原理框图如图3所示。这是一种单外差技术，PSD1实际上是一个混频器, 图2 高低通频滤波器原理，具有频率f0信号经放大滤波后进入混频PSD,其输出为和频项(f i+2f0)及差频f i,再经具有中心频率为f i带通滤波后,输出变为中频信号f i ， (幅度仍与被测信号的幅度成正比)再后,通过PSD2完成相敏检波后,得到解调输出U0,达到了对信号幅度的测量。外差方式的优点是采用固定中频f i 的带通滤波器,因而对不同被测信号频率均能适用;其次,由于采用固定中频带通滤波器,故滤波器的带宽及形状可以专门设计,所 以本电路具有很强的抑制噪音的能力。 图 3 同步外差技术原理框图 （3）同步积分技术

射频放大器的设计与实现

第 6 卷 第 3 期 2009 年 9 月苏 州 工 职 院 Journal of SIIT Vol. 6 No.3 Sep.2009 一、引言 放大器是射频接收机中的主要部件，它处于接收系统的前段，对射频信号进行放大，由于放大器在接收系统中的特殊地位和作用，因此该部件的设计对接收系统的性能有极其重要的影响。 在对低噪声放大器的设计中，要考虑放大能力、噪声性能，稳定性等许多特殊因素，给设计工作带来较大的困难。本文使用Agilent公司的ADS软件对放大器进行了设计，获得了较好的仿真效果。 二、放大器设计理论 在射频放大器设计中，最重要的设计观念是电路的输入输出阻抗的匹配性、电路的稳定性、功率增益、工作带宽、噪声和直流偏置。一个射频放大器的设计常常开始于最初的要求和适当的有源射频器件的选择,然后通过系统数值解和辅助作图法来决定晶体管在特定稳定度和功率增益要求下的工作条件（即信号源和负载的反射系数）。一个绝对稳定的晶体管在任何无源置端条件下，不会产生振荡。换句话说，用一个潜在不稳的晶体管进行设计时，必须经过仔细的分析和考虑，才能用无源置端获 射频放大器的设计与实现 王 栋 （苏州工业职业技术学院 电子工程系，江苏 苏州 215104） 【摘要】本文首先介绍了低噪声放大器的设计理论、方法和过程，然后介绍使用射频微波仿真设计软件Agilent公司的ADS进行分析和设计一个放大器的过程和方法。仿真得到了比较理想的效果。 【关键词】放大器;ADS Design and Realization of RF Ampli ? er WANG Dong Abstract: First,the designing theory 、method and process of Amplifer are introduced. Then an ampli ? er is designed by the microwave software ADS designed by the company Agilent. the simulation result is perfect.Key words: Ampli ? er ;ADS 得稳定的放大器。各种电路的分析选择正确的直流工作点以及适当的直流偏置电路，对于获得设计要求的交流特性也是十分重要的。 对射频放大器的设计电路的输入输出阻抗的匹配性是及其重要的，在微波频段，传输线问题和匹配电路问题的分析都很麻烦。Smith圆图为这些问题的分析提供了一个非常有用的图解法。通过归一化阻抗和导纳Smith圆图,可以很容易并且快速设计出实现微波放大器最佳性能的匹配电路。微带传输线作为无源电路分析和全部微波放大器工艺的载体被广泛的应用。微波传输线相互连接的方式是跨越式的。芯片中或者封装式的晶体管可以很容易地贴到微带线的导体上。很多电路设计中采用了微带线方式。 三、放大器的仿真设计1、放大器设计目标 ●输入输出阻抗为50欧姆，工作在0.75～1.25GHZ。 ●放大器增益大于20dB。 ●放大器噪声低于10dB。 ●放大器处于绝对稳定状态(稳定因子k>1)。2、放大器设计步骤 ●选取符合要求的射频放大管。 收稿日期：2009 - 02 - 14 作者简介：王栋(1981 - ),浙江湖州人,助教,研究方向:应用电子。

锁相放大器实验报告BY陈群

锁相放大器实验报告BY陈群 浙江师范大学实验报告实验名称锁相放大实验班级物理071 姓名陈群学号 07180116 同组人刘懿钧实验日期 09/12/1 室温气温锁相放大实验 摘要: 锁相放大器(Lock-in amplifier，LIA)自问世以来，在微弱信号检测方面显示 出优秀的性能，它能够在较强的噪声中提取信号，使测量精度大大提高,在科学 研究的各个领域得到了广泛的应用。它利用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效地抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。 因此，学生掌握锁相放大技术的原理与应用具有重要的意义。关键词: 锁相放大器微弱信号 PSD信号 引言: 在进展一日千里的现代科技领域中，精密量测技术的发展对于近代工业有关键 性的影响。当我们研究的系统日趋庞大，交互作用复杂，但所欲了解的现象却越来越精细时，如何在一大堆讯号中获得我们真正想要的信息便成为一个重要的课题。一般的线性放大器可以将微弱的电子讯号放大，但若我们所要的信号中伴随着噪声信号，则两者都会一起放大，亦即此伴随的噪声无法滤除。尤其当噪声强度远大于所要的信号时，即必须藉助特殊的放大器以同时放大讯号并滤去噪声。锁相放大器是一种能测量极微弱的连续周期性信号的仪器。这些微弱信号可以小至数奈伏特(nV)，甚至隐藏在大它数千倍的噪声当中，亦能精确的测得。连续周期性信号与噪声不同之处，在于前者具有固定的频率及相位，

后者则杂乱无章。锁相放大器便是利用所谓”相位灵敏侦测(phase-sensitive detection，PSD)” 的技术以取得具有特定频率与相位的信号，而不同于此频率 的噪声则被抑制下来，使输出讯号不受噪声影响。 实验方案: 实验原理 锁相放大器的基本结构如图所示，包括信号通道、参考通道、相敏检测器(PSD)和低通滤波器(LPF)等。 信号通道对调制正弦信号输入进行交流放大，将微弱信号放大到足以推动相敏检测器工作的平台，并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敏检测的动态范围。 参考通道对参考输入进行放大和衰减，以适应相敏检测器对幅度的要求。参考通道的另一个重要功能是对参考输入进行移相处理，以使各种不同的相移信号的检测结果达到最佳。 锁相放大器的核心部件是PSD，它以参考信号r(t)为基准，对有用信号x(t)进行相敏检测，从而实现频谱迁移过程。将x(t)的频谱由ω=ω0处，再经LPF滤除噪声，输出直流信号，其幅度与两路输入信号幅度及它们的相位有关。其输出 u0(t)对x(t)的幅度和相位都敏感，这样就达到了既鉴幅又鉴相的目的。因为LPF 的频带可以做得很窄，所以可使锁相放大器达到较大的SNIR。下图为不同相位时 相敏检测器的输出波形

锁相放大器(Lock-in-Amplifier)的原理与应用

lock-in D y T nV?C a A i H μq C Lock-in-Amplifier D n u I ”ˉe ”?A q S v P A L o i q o C Lock-in-Amplifier ]PSD(phase sensitive detector)?A q S v B A L o L q H C Lock-in q n v A A O i A v f 1G )2sin(1111φπ+=f E e P )2sin(2222φπ+=f E e q L V (mixer)2V o μG G )2sin()2sin(221121213φπφπ++=×=f f E E e e e )]()(2cos[2 )]()(2cos[2212121212121φφπφφπ+++??+?= f f E E f f E E (difference frequency component) (sum frequency component) PSD AC A p q L C q o i A AC o C p G f 1μ￥f 2?éA difference frequency component DC A o p U PSD )cos(2 212 13φφ?= E E e )1)(cos(21≈?φφ

Lock-in lock-in i1V q A q I+P I- S C H q eμn u C B p U G 1.q e A i q q q A A P q q y p A o B n A P A q y a C 2.q(q u p)A i q(1M[B 10M[B100M[B1G[)M q y K q10K[(]q 10K[) 3. lock-in (1) ￥lock-in sensitivity A A lock-inμu(p G) μu C (2) °10-7A A i q10M[A q A A lock-in sensitivity A(1mV)A qμ 10V(q O lock-in q10μG)C (3) ?(OSC LvL)]1V A v(OSC F)P60 (p G23)A K P A(REF PH)Aμ(90o)μ0-V Bμê(270 o)μ0+V A(0 o B180 o)10V C p U G Lock-in A lock-inμq C 1.lock-in sensitivity A o i BP A time constant]1s A A lock-in I qμu(p)μu C 2. °10-7A A i q10M[A q A A lock-in sensitivity A(1mV)A qμ10V C

多级放大电路的分析与设计

摘要 电子设备中，往往需要放大微弱的信号，这主要是通过放大电路实现的。基本放大电路由单个晶体管或场效应管构成，为单级放大电路，其电压放大倍数可以达到几十倍。而当信号非常微弱时，单级放大电路无法满足放大需求，此时我们把若干个单级放大电路串接在一起，级联组成多级放大电路。 本文主要研究多级放大电路的分析与设计，根据各级电路级间耦合方式的不同，分别设计了直接耦合放大电路、阻容耦合放大电路和光耦合放大电路，分析了电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等指标特性。在此基础上，讨论了差分放大电路以及消除互补输出级交越失真的方法。 最后，以前面的讨论为基础，设计了一款具有差分输入的多级放大电路，对电路性能指标进行了设定，并分析了各部分的作用。

2.1直接耦合多级放大电路的设计 2.1.1 设计原理 根据设计要求，本设计主要采用两级放大，为了传递变化缓慢的直流信号，可以把前级的输出端直接接到后级的输入端。这种连接方式称为直接耦合。如图2.1所示。直接耦合式放大电路有很多优点，它既可以放大和传递交流信号，也可以放大和传递变化缓慢的信号或者是直流信号，且便于集成。实际的集成运算放大器其内部就是一个高增益的直接耦合多级放大电路。直接耦合放大电路，由于前后级之间存在着直流通路，使得各级静态工作点互相制约、互相影响。因此，在设计时必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又要使各级有合适的工作点。

图2.1 直接耦合两级放大电路 通常在第二级的发射极接入稳压二极管，这样既提高了第二级的基级电位，也使第一级的集电极静态电位抬高，脱离饱和工作区，可以使整个电路稳定正常的工作，稳定三极管的静态工作点。 但是在一个多级放大电路的输入端短路时，输出电压并非始终不变，而是会出现电压的随机漂动，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。产生零漂的原因有很多，主要是以下两点：一方面，由于元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化；另一方面，即使温度不变化，元器件长期使用也会使远见老化，参数就会发生变化，由温度引起的叫做温漂，由元器件老化引起的叫做零漂，在多级放大电路中，第一级的影响尤为严重，它将被逐级放大，以至影响整个电路的工作，所以零漂问题是直接耦合放大电路的特殊问题。 解决零漂的方法有很多种，例如引入直流负反馈来稳定静态工作点，以减小零漂；利用温度补偿元件补偿放大管的零点漂移，利用热敏电阻或二极管来与工作管的温度特性相补偿；利用工作特性相同的管子构成对称的一种电路—差动放大电路，这是最为行之有效的方法，故本次设计采用差动放大电路来设计实现。

锁相放大器的工作原理

检测微弱信号的核心问题是对噪声的处理，最简单、最常用的办法是采用选频放大技术，使放大器的中心频率f 0与待测信号频率相同，从而对噪声进行抑制，但此法存在中心频度不稳、带宽不能太窄及对等测信号缺点。后来发展了锁相放大技术。它利用等测信号和参与信号的相互关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效的抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。目前，锁相放大技术已广泛地用于物理、化学、生物、电讯、医学等领域。因此，培养学生掌握这种技术的原理和应用，具有重要的现实意义。 1.锁相放大器的工作原理 1.相关检测及相关检测器。所谓相关，是指两个函数不相关（彼此独立）； 如果它们的乘积对时间求平均（积分）为零，刚表明这两个函数的关系又可分为自相关和互相关两种。由于互相关检测抗干扰能力强，因此在微弱信号检测中大都采用互相关检测原理。 如果f1(t)和f2(t-τ)为两个功率有限信号，刚可定义它们的互相关函数为 (3.1.1) 令f1(t)=V1(t)+n1(t)，f2(t)=V1(t)+n2(t)，其中n1(t)和n2(t)分别代表与待测信号V1(t)及参考信号V2(t)混在一起的噪声，则式（3.1.1）可写成 （3.1.2） 式中Rsr(τ)，Rr2(τ)，Rr1(τ)，R12(τ)分别是两信号之间，信号对噪声及噪声之间的函数。由于噪声的频率和相位都是随机量，他们的偶尔出现可用长时间积分使它不影响信号的输出。所以，可认为信号和噪声、噪声和噪声之间是互相独立的，他们的互相关函数为零。于是式（3.1.2）可写成 （3.1.3） 上式表明，对两个混有噪声的功率有限信号进行相乘和积分处理（即相关检测）后，可将信号从噪声中检出，噪声被抑制，不影响输出。根据此原理设计的相关检测器见图（3.1.1）所示。它是锁相放大器的心脏。