锁相放大实验预习

锁相放大实验

物理071 何麟巍 07180122

摘 要：本实验用锁相放大器对微弱信号中的噪生进行抑制并对其进行检测。

关键字：弱信号的检测 锁定放大

引 言：随着科学技术和生产的发展，需要测量许多物理量的微小变化。通常我们测微小的变化，可以用传感器将其转化为相应的电信号，然后对这些电信号进行放大，再被我们显示和记录。但由于微小的变化通过传感器转换的电信号十分微弱，各种条件下的燥声和干扰很可能将这些微弱信号淹没，因此单纯的使用放大器将其放大，并不能将这些信号正确的显示出来。那我们该如何来测量呢？

正 文：

锁相放大器的组成：信号通道、参考通道和相关器（包括直流放大）。

相关检测原理：所谓相关就是指两个函数间有一定的关系，如果他们的乘积对时间求平均（积分）为零，则表明这两个函数不相关（彼此独立）；如不为零，则表明两者相关。相关的概念，按两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是采用互相关检测原理。

如果)(1t f 和)(2τ-t f 为两个功率有限的信号，则可定义其相关函数为：

lim 1/2()()12()T R T f t f t dt T l ττ=-⎰-→∞

令：

()()11()()()22

()f t n t s t f t n t r t νν=+=+ 其中)(1t n 和)(2t n 分别代表于待测信号)(t s ν及参考信号)(t r ν混在一起的噪声。

lim 1/2()()()12()()T R T n t t n t dt r T s t l νντττ⎧⎫⎡⎤⎡⎤⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎩⎭

=+-+-⎰-→∞

lim 1/2()()()()()()(112T T T T T t t dt t dt t n t dt n t n t s r r r T T t T l νντντντ=-+-+-+-⎰⎰⎰⎰----→∞

()()()()2112

R R R R sr s r ττττ=+++

由于噪声的频率和相位都是随机量，它的偶尔出现可用长时间积分使它不影响信号的输出。因而可以认为信号和噪声，噪声和噪声之间是互相独立，相关函数为零，则：

lim 1/2()()()Y R T t v t dt s r T ντττ=-⎰-→∞

由此可知，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。

根据相关检测的原理设计的相关检测器是锁定放大器的心脏。

通常相关器由乘法器和积分器组成。乘法器有两种：一种是模拟式，另一种是开关式。常采用方波做参考信号，而积分通常由ＲＣ低通滤波器构成。

实验内容：

1、 观测信号输入信号通道前后的幅值，波形情况、观测参考量通道前后信号的变化情况。

2、 观测乘法器的输入输出波形，并通过调节参考通道相移器来改变两信号间的相差的同

时，观测锁相放大器输出信号幅值及波形变化，从中得出相关检波原理。