一种新型锁相放大器检测电路
锁相放大器基本原理
锁相放大器基本原理锁相放大器（lock-in amplifier）是一种高精度的电子测量设备，是利用同步检测技术对弱信号进行放大的一种方法。
它可以通过抑制噪声，增加测量信号的信噪比，从而提高测量精度。
锁相放大器广泛应用于科学研究、精密测量、信号处理等领域。
锁相放大器的基本原理是通过与输入信号进行相位锁定，以获得信号的正弦成分，并通过放大和滤波等处理，最终得到一个精确测量值。
下面将详细介绍锁相放大器的工作原理。
1. 相位锁定锁相放大器需要获取一个参考信号，通常通过输入到参考输入端口上，这个参考信号可以是一个外部信号源产生的参考信号，也可以是输入信号中的某一部分。
锁相放大器将参考信号分成两个信号，一个是正弦波（reference signal），另一个是余弦波（quadrature signal）。
锁相放大器接收到待测信号后，将待测信号与正弦波相乘，经过低通滤波器后输出相干检测信号（in-phase signal），再将待测信号与余弦波相乘，经过低通滤波器后输出正交检测信号（quadrature signal）。
这两个信号的相位差就是输入信号的相位。
将相干检测信号和正交检测信号分别输入到两个输入通道后，通过比例放大器放大信号的幅度，使待测信号和参考信号的相位锁定。
2. 信号放大锁相放大器通过放大信号的幅度来提高测量的灵敏度。
通常情况下，锁相放大器的放大倍数可达到几百万倍。
锁相放大器的放大倍数和滤波器的带宽有密切的关系。
放大倍数越大，需要的滤波器带宽越小。
3. 滤波处理锁相放大器采用低通滤波器对输入信号进行滤波处理。
滤波器的带宽可以通过滤波器控制电路进行调节。
对于较宽的带宽，锁相放大器可以对高频噪声信号进行有效抑制，提高信号的信噪比。
对于较小的带宽，锁相放大器可以提高信号的时域和频域分辨率。
4. 数据输出锁相放大器最终输出的是经过放大和滤波处理后的幅度和相位信息。
通过这些信息，可以得到一个精确的测量值。
微弱信号检测技术的研究要点
编号微弱信号检测技术的研究Research on Weak Signal DetectionTechnology学生姓名专业学号学院年月日摘要在自然现象和规律的科学研究和工程实践中,经常会遇到需要检测毫微伏量级微弱信号的问题,比如测定地震的波形和波速、材料分析时测量荧光光强、卫星信号的接收、红外探测以及物电信号测量等, 这些问题都归结为噪声中微弱信号的检测。
在物理、化学、生物医学、遥感和材料学等领域有广泛应用。
微弱信号检测技术是采用电子学、信息论、计算机和物理学方法,分析噪声产生的原因和规律,研究被测信号的特点和相关性, 检测被噪声淹没的微弱有用信号。
微弱信号检测的宗旨是研究如何从强噪声中提取有用信号,任务是研究微弱信号检测的理论、探索新方法和新技术, 从而将其应用于各个学科领域当中。
本文对弱信号的定义和弱信号的应用范围进行了概述,综述了微弱信号检测理论研究和实际应用领域的发展情况,重点比较了目前在微弱信号检测技术中应用的方法:相关检测、锁相放大器微弱信号检测、取样积分法、基于小波分析的微弱信号检测、基于混沌振子的微弱信号检测,最后总结了各个方法的特点。
关键字：微弱信号检测噪声锁相放大器ABSTRACTIn the natural phenomenon and law of scientific research and engineering practice, often be expected to test baekho microvolts middleweight weak signal issues, such as determination of earthquake wave and wave velocity, material analysis when measuring fluorescent light intensity, satellite signals, infrared detection and signal measurement of things, these problems boil down to a weak signal in the noise of the test. In the physical, chemical, biological medicine, remote sensing and material science and other fields have a widely used. Weak signal detection technology is the electronics, information theory, computer and physics method, analyzes the reasons of the noise and to study the laws of the measured signal characteristics and correlation, detection was submerged in the faint noise useful signal. The aim of the weak signal detection is studying how strong noise from the extract useful signal, the task is to study the theory of weak signal detection, explore new methods and new technology, and its application in the field of each subject.The definition of the weak signal and the application range of the weak signal were reviewed in this paper, the weak signal detection in theoretical research and practical application of the field development situation, the key is the current weak signal detection technology in the application method: related detection, lock-in amplifier weak signal detection, sampling integral method, based on the wavelet analysis, weak signal detection based on chaotic oscillator weak signal detection, finally summarized the characteristics of each method.Key words ：Weak signal, detection, and noise, lock-in amplifier目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 微弱信号的定义 (1)1.3 微弱信号的应用范围及当前的研究背景 (1)1.4 微弱信号检测的原理 (2)第2章相关检测法 (4)2.1 自相关检测 (4)2.1.1 自相关检测的举例 (5)2.2 互相关检测 (6)2.2.1 互相关检测的特点 (7)第3章锁相放大器微弱信号检测 (8)3.1 锁相放大器介绍及应用 (8)3.2 锁相放大器的原理 (9)3.3 锁相放大器特点 (11)3.4 系统中相关器的分析 (11)3.5 锁相放大器的局限性 (12)第4章取样积分法 (13)4.1 取样积分器的工作原理 (13)4.2 取样积分器的信噪比改善系数 (15)4.3 取样积分器的工作方式 (16)4.3.1 定点式取样积分器 (16)4.3.2 扫描式积分取样器 (16)第5章基于小波分析的微弱信号检测 (18)5.1 小波变换的介绍及发展 (18)5.2 小波变换应用举例 (18)第6章基于混沌振子的微弱信号检测 (21)6.1 基于混沌振子的微弱信号检测的介绍 (21)6.2 基于混沌振子的微弱信号检测的原理 (21)结束语 (23)参考文献 (24)第1章绪论1.1 引言科学技术发展到今天，人类对客观世界的认识越来越细微、越来越深入。
数字锁相放大器原理及其Matlab仿真
数字锁相放大器原理及其Matlab仿真摘要：数字锁相放大器作为一种新型的放大器，其原理和应用逐渐受到人们的关注。
本文主要介绍数字锁相放大器的基本工作原理和Matlab仿真的方法。
基于数字信号处理技术，数字锁相放大器通过数字积分器和数字锁相环的组合实现了高精度的信号放大和相位锁定。
在Matlab环境下，仿真过程首先建立数字锁相放大器的模型，然后进行参数设置和仿真测试。
通过多次调整模型参数，并对仿真结果进行分析，得到最优的数字锁相放大器设计方案。
本文的研究可以为数字锁相放大器的实际应用提供参考。
关键词：数字锁相放大器、数字信号处理、数字积分器、数字锁相环、Matlab仿真正文：一、引言数字锁相放大器作为一种新型的放大器，其应用范围涉及多个领域，如精密测量、生物医学、材料科学等。
与传统的电子放大器相比，数字锁相放大器具有响应速度快、抗干扰性强、精度高等优点。
为了更好地掌握数字锁相放大器的原理和应用，本文通过Matlab仿真的方法进行研究，以期发现数字锁相放大器的最佳设计方案。
二、数字锁相放大器原理数字锁相放大器基于数字信号处理技术实现了高精度的信号放大和相位锁定。
其基本工作原理是：将待放大信号与参考信号做乘积，再将乘积信号通过数字积分器得到直流分量和交流分量。
然后将交流分量输入数字锁相环进行相位锁定，最后从数字锁相放大器的输出端可以获得相位锁定后的信号。
数字锁相放大器的电路图如下所示：图1 数字锁相放大器的电路图其中，$u_i$表示待放大信号，$u_{ref}$为参考信号，$v$为输出端信号，$n_i$，$n_{ref}$，$n$为噪声信号。
数字积分器的计算公式为：$$y(n)=y(n-1)+\frac{T}{2}\left(x(n)+x(n-1)\right)$$其中，$x(n)$为输入信号，$y(n)$为输出信号，$T$为采样周期。
数字锁相环的计算公式为：$$\theta_{n}=\theta_{n-1}+K_{p} \Delta \varphi_{n}+K_{i}\sum_{j=0}^{n} \Delta \varphi_{j}$$其中，$\theta_{n}$为相位偏差，$\Delta \varphi_{n}=2 \pif_{ref} T$为相位差，$K_{p}$和$K_{i}$为比例常数和积分常数。
ad630锁相用法
ad630锁相用法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：AD630锁相用法AD630是一款高性能锁相放大器，为频率合成和信号复原应用提供了理想的解决方案。
它拥有多种功能和特性，可以实现精确的信号锁定和滤波，广泛应用于通信、雷达、航空航天等领域。
本文将介绍AD630锁相器的基本原理、特点和使用方法，帮助读者更好地了解和应用这一强大的电子器件。
一、AD630锁相器的基本原理AD630锁相器是一种用于提取特定频率信号的电路，通过将输入信号与参考信号相乘，然后经过低通滤波器，最终得到输出信号。
其工作原理可以简单概括为三个步骤：输入信号乘以参考信号、经过滤波器处理、输出锁定频率信号。
在AD630锁相器中，输入信号通过乘法器与参考信号相乘，产生含有锁定频率成分的信号。
接着，这个乘积信号经过低通滤波器滤除高频噪声，得到纯净的锁相信号。
输出的锁相信号与参考信号相位一致，频率保持稳定不变，实现了信号的精确锁定。
1. 高性能：AD630锁相器具有低谐波失真、高动态范围和良好的相位稳定性，可以实现高质量的信号恢复和调制。
2. 宽频带范围：AD630锁相器的频率范围广泛，可适用于不同频率信号的提取和恢复。
3. 高精度：AD630具有高分辨率和精确的频率控制，可实现微小频率调整和锁定。
4. 易于控制：AD630锁相器提供了多种参数设置和控制接口，方便用户进行灵活的调节和配置。
5. 可靠性高：AD630锁相器采用高质量的元件和工艺，具有稳定性和可靠性，适用于各种严苛环境下的工作条件。
1. 确定输入信号和参考信号：在使用AD630锁相器前，首先需要确定输入信号和参考信号的频率、幅度等参数，以便正确配置锁相器的工作方式。
2. 连接输入输出端口：将待处理的信号输入AD630锁相器的输入端口，并连接参考信号到锁相器的参考端口，同时连接输出端口到下游电路或设备。
3. 配置参数：根据实际需求，设置AD630锁相器的参数，如输入输出范围、滤波器类型、锁定频率等，确保其按照预期工作。
锁相放大器测量微小阻抗的方法_概述及解释说明
锁相放大器测量微小阻抗的方法概述及解释说明1. 引言1.1 概述在科学研究和工程应用中，测量微小阻抗是一个重要的任务。
微小阻抗的测量对于了解物质的电性质、材料的表征以及电路的设计等方面都具有关键意义。
然而，由于微小阻抗通常处于非常低的水平，传统电测方法难以满足该需求。
因此，本文将介绍一种新颖且有效的方法——锁相放大器法来测量微小阻抗。
1.2 文章结构本文将首先介绍锁相放大器的基本原理和工作流程。
接下来，将讨论现有微小阻抗测量方法存在的局限性，并重点分析锁相放大器在微小阻抗测量中的优势。
然后，我们将详细探讨采用锁相放大器进行微小阻抗测量时所使用的技术和参数设置，并介绍相关数据处理和结果分析方法。
最后，文章将总结主要发现并展望未来在该领域中改进方法和研究方向。
1.3 目的本文旨在全面概述并深入解释锁相放大器测量微小阻抗的方法。
通过阐述锁相放大器的基本原理、优势和应用领域，以及与现有方法进行对比分析，读者将能够更好地了解锁相放大器在微小阻抗测量中的作用。
此外，该文章还将详细介绍使用锁相放大器进行微小阻抗测量时的技术和参数设置，并传达相关数据处理和结果分析的方法。
最终，读者将对该方法有一个全面的了解，并能够针对具体需求进行合理运用和改进。
以上为“1. 引言”部分内容，介绍了本文撰写的背景、结构和目的。
2. 锁相放大器基本原理2.1 工作原理锁相放大器是一种电子测量仪器，主要用于检测微弱信号并放大它们。
其基本原理是通过将待测信号与参考信号进行比较，并利用谐波分析技术来提取感兴趣的信号成分。
具体来说，锁相放大器首先将待测信号和参考信号进行相乘，得到一个交流信号。
然后，交流信号经过一个低通滤波器对高频噪声进行滤除。
随后，该信号进入一个环路滤波器，用于提取特定频率范围内的成分。
接下来，被锁定的振荡器会产生一个与参考信号频率一致的参考信号，并通过一个称为控制环路的反馈路径传输。
在控制环路中，被锁住的振荡器与低通滤波器、环路滤波器以及增益控制单元等组件相互配合工作。
双正交锁相放大式相位解算-概述说明以及解释
双正交锁相放大式相位解算-概述说明以及解释1.引言1.1 概述文章概述:双正交锁相放大式相位解算是一种新型的相位测量技术，在信号处理领域得到了广泛的应用。
本文将介绍该技术的原理、优势以及应用案例，旨在帮助读者深入了解这一领域的最新发展技术。
通过本文的阐述，读者可以更好地理解双正交锁相放大式相位解算方法的工作原理、特点和实际应用价值，为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
json{"1.2 文章结构": {"本文共分为三个部分，分别为引言、正文和结论。
在引言部分，将会概述本文的主题并介绍文章结构，让读者对即将讨论的内容有一个整体的了解。
在正文部分，将详细介绍双正交锁相放大式相位解算的原理、优势以及应用案例，从理论到实践全面探讨。
最后结论部分将总结本文的主要观点，并展望未来可能的研究方向，为读者提供一个全面的结论和思考。
"}}1.3 目的本文旨在介绍双正交锁相放大式相位解算技术，探讨其原理、优势和应用案例。
通过深入理解这一技术，读者可以更加全面地了解相位解算的方法和技术，为实际应用提供参考和指导。
同时，希望能够激发读者对于相关领域的兴趣，促进技术进步和创新。
3 目的部分的内容2.正文2.1 双正交锁相放大式相位解算原理双正交锁相放大式相位解算是一种常用的相位解算方法，其原理主要基于锁相放大器和正交解调器的组合应用。
在这种方法中，锁相放大器用于跟踪输入信号的相位信息，而正交解调器则用于将输入信号分解成正交的两路信号。
通过这种组合，可以实现对输入信号的相位信息进行准确解算。
在双正交锁相放大式相位解算中，首先将输入信号经过锁相放大器进行放大和相位跟踪。
锁相放大器利用反馈控制的原理，可以自动调整输入信号相位和频率，以确保输出信号始终与参考信号同相。
通过这种方式，可以实现对输入信号相位信息的稳定跟踪。
接着，经过锁相放大器的信号进入正交解调器进行处理。
正交解调器将输入信号分解成正交的两路信号，即正交分量和正交分量。
锁相放大器测量电压的方法
锁相放大器测量电压的方法
锁相放大器是一种非常常用的电压测量仪器，它利用同步检测技术可以提高信号的信噪比。
以下是使用锁相放大器测量电压的方法：
1. 连接电路：首先，将待测电压与锁相放大器相连。
可以通过直接将待测电压接入锁相放大器的输入通道，或者经过前置放大器放大后再接入锁相放大器。
2. 设定参考信号：锁相放大器需要一个参考信号来进行同步检测，因此需要设定参考信号的频率和幅度。
通常可以使用锁相放大器的内部参考信号或外部参考信号源。
3. 调节相位与增益：根据待测电压信号的频率和幅度，调节锁相放大器的相位和增益，以使待测电压信号能够最大程度地与参考信号同步。
4. 进行测量：设置锁相放大器的测量参数，如测量时间、采样率等，并开始测量。
锁相放大器会对待测电压信号进行同步检测，并输出测量结果。
5. 数据处理：根据测量结果进行数据处理，如计算平均值、峰值等，并进行相应的单位换算。
需要注意的是，锁相放大器的测量精度受到很多因素的影响，包括信号频率、幅度、噪音等，因此在实际测量中，需要根据具体情况选择合适的测量参数和方法。
锁相放大器的工作原理简介
锁相放大器的工作原理简介
锁相放大器是一种用于测量微弱信号的仪器，其工作原理基于相位锁定环路。
锁相放大器通常由频率发生器、参考信号源、锁相环、放大模块和检波器组成。
首先，频率发生器产生一个稳定的参考信号，作为锁相放大器工作的基准。
参考信号源将参考信号与待测信号进行比较，并产生一个相位差信号。
接下来，相位差信号被输入到锁相环中。
锁相环由一个相位检测器、低通滤波器和控制电路组成。
相位差信号经过相位检测器进行相位检测，得到一个误差信号。
低通滤波器将误差信号滤波，去除高频成分，并将滤波后的信号送回给控制电路。
控制电路根据误差信号的大小和方向来调整参考信号的相位和频率，使得误差信号趋近于零。
这样，锁相放大器实现了将待测信号进行相位与频率跟踪的功能。
最后，放大模块接收锁相放大器的输出信号，将其放大到合适的幅度，并输出为测量结果。
通过锁相放大器的工作原理，可以提高待测信号的信噪比，从而实现对微弱信号的精确测量。
太赫兹测试系统中锁相放大电路的设计
太赫兹测试系统中锁相放大电路的设计熊显名;张海申;韩家广;杜亮亮【摘要】为了解决太赫兹时域光谱仪(TDS)所用锁相放大器方便携带和提取与太赫兹波电场强度相关微弱信号的问题,提出了一种基于互相关原理的锁相放大器设计方案.斩波器输出调制后的信号经前级放大滤波与通过移相电路的相干参考信号分别送入AD630的信号端和参考端,锁相后信号经低通滤波电路输出直流信号.测试结果表明:设计的锁相放大器具有良好线性度,可将信噪比为-60 dB的微伏级信号提取出来,能用于大背景噪声下太赫兹微弱信号的检测.%In order to solve the problem that the phase locked amplifier used in terahertz time domain spectroscopy (TDS) is convenient to carry and extract the weak signal of the electric field intensity of THz wave, a design scheme of phase locked amplifier is proposed based on cross correlation principle.The weak signal of the output of the chopper is sent to the AD630 signal terminal through the pre-amplifier, and with the coherent reference signal though the phase shift circuit is sent to the AD630 reference terminal.After the phase locked, the voltage is converted into DC voltage by low pass filter.The experiment results show that the design of phase amplifier circuit has good linearity, can extract the millivolt signal with noise radio of-60 dB, which can be used for the detection of the Terahertz weak signal in strong background noise.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)007【总页数】5页(P89-93)【关键词】锁相放大器;太赫兹微弱信号;相关性;信噪比【作者】熊显名;张海申;韩家广;杜亮亮【作者单位】桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西桂林 541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西桂林 541004;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TM7120 引言锁相放大器作为一种精密的测量仪器，被广泛用于科研领域，尤其是在检测微弱信号方面。
锁相放大器的工作原理
锁相放大器的工作原理一．什么是锁相放大器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。
锁相放大器实物图二．锁相放大器的构成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，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。
锁相放大器的基本组成三．锁相放大器的应用锁相放大器可用于检测到在杂噪信号中被埋没的微弱的信号。
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。
应用一:用于测量现场尘粒浓度。
尘粒浓度测量仪采用光电收发对称式探测头，能够对温度、振动、器件老化等因素进行抑制。
光信号在烟道中的衰减与烟道中尘粒浓度关系遵从朗伯-比尔定律。
当烟道内尘粒浓度增大到一定程度，使得光信号大幅衰减，环境杂散光等成为不可忽视的噪声信号。
应用二：用于红外线温度传感器的低温范围拓展。
锁相放大器实验报告
锁相放大器实验报告锁相放大器实验报告引言：锁相放大器是一种用于测量微弱信号的高精度仪器，广泛应用于光电子学、材料科学等领域。
本实验旨在通过锁相放大器的使用，探索其原理和应用，并验证其在信号测量方面的优势。
一、实验目的本实验的主要目的是学习锁相放大器的工作原理和使用方法，并通过实验验证锁相放大器在测量微弱信号时的优越性能。
二、实验装置本实验所使用的实验装置主要包括锁相放大器、信号发生器、光电探测器等。
其中，锁相放大器是实验的核心设备，其通过对输入信号进行相位调制和解调，实现对微弱信号的放大和测量。
三、实验步骤1. 连接实验装置：首先，将信号发生器和光电探测器分别与锁相放大器连接，确保各设备之间的信号传输正常。
2. 设置实验参数：根据实验要求，设置锁相放大器的工作频率、相位等参数，以及信号发生器的频率和幅度等参数。
3. 测量信号：通过调节信号发生器的输出信号，使其与待测信号频率相匹配，然后通过光电探测器将信号转化为电信号输入到锁相放大器中。
4. 数据采集与分析：通过锁相放大器的显示屏或计算机软件，获取测量到的信号数据，并进行分析和处理，得到所需的实验结果。
四、实验结果与讨论通过实验，我们得到了一系列测量结果，并进行了相应的数据分析和讨论。
首先，我们验证了锁相放大器对微弱信号的放大效果。
实验结果表明，锁相放大器能够有效地放大微弱信号，并提供高精度的测量结果。
其次，我们研究了锁相放大器的相位调制和解调原理。
相位调制是通过改变输入信号的相位，使其与参考信号保持一定的相位差，从而实现对信号的放大和测量。
而解调则是将锁相放大器输出的调制信号恢复为原始信号，并进行相应的分析和处理。
另外，我们还探索了锁相放大器在光电子学领域的应用。
通过将锁相放大器与光电探测器相结合，我们可以实现对光信号的高精度测量，这在光通信、光谱分析等领域具有重要的应用价值。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了锁相放大器的工作原理和使用方法，并验证了其在信号测量方面的优越性能。
锁相环中一种新型的前置放大器的设计
图 １ 带 ＭＣ Ｕ可 编 程 ＰＪ 频 率 合 成 器 结 构 ＩＪ Ｉ
收 稿 Ｅ期 ：０ ７年 １ ｔ ２０ ０月 １ 修 回 日期 ：０ ７年 １ 月 １ ２１ ３， ２０ １ ５１ ３ 作 者 简 介 ： 峰 ， ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 ： 拟 集 成 电路 设 计 。 陈 勇 ， ， 士 ， 教 授 ， 究 方 向 ： 型集 成 电 路 及 张 男 硕 研 模 男 博 副 研 新
用 于 高 电压时 降压 的和低 压 时 的跟 随 ， 以对其他 所 参数 ， 求都不是那么严格 ， 要确保其稳定性。 要 但 由于集 成 的 电容 值 很 少 ， 了确 保 其稳 定 性 ， 功 为 在 率 管 的栅漏 之 间加入 密勒 补偿 ， 了消 除或 移动右 为 半 平 面 的零 点 ， 而加 上一 个 补 偿 电阻． 加 密 勒 从 没 电容 和补 偿 电阻 时 的稳 定 性 很 差 ， 进 入 振 荡 状 会
器件 、 ＭＯ ＦＩ 器件物理与模型等方 面。 Ｃ ＳＲ Ｃ、
维普资讯
１２ ５
张峰等 ： 锁相环 中一 种新 型的前置放大器 的设计
总第 ２ １ ２ 期
隙基 准源 提供 。根 据 电路 的设 定 ， 确定其 输 出额定 电压 为 ２ ８ Ｖ， Ｌ Ｏ进行 分 析 ， ．６ 对 Ｄ 由于 功能 主要 是
的分 频 ， 一定要 对其 信 号 先 进行 处 理 ， 因而 从 Ｖ Ｏ Ｃ
个 环路 ， 控制 信号 （ 其 包括 Ｒ ｃｕ ｔｒ Ｎ ｃｕ ｔｒ ｏｎｅ 和 ｏ ｎｅ 由于 在高频 设 计 中 ， 噪声 干 扰 的影 响很 大 ， 为
的分 频数 ） 通过 Ｍ Ｕ送 人 。 Ｃ 了抑制 噪声 ， 计 的锁 相环 采用 差分 电流模 式 逻 所设 辑 （ ｕｒｎ ＭｏｅＬ ｇ Ｃ ｒ ｔ ｄ ｉ ｅ ｏ ｃ简称 Ｃ ＭＬ见 图 ３结 构 进行 分 频 ， 以 要 求 从 ｐｅｍ ｌｅ 出为 双 端 差 分 信 所 ｒａ ｐｉ ｒ输 ｆ 号 。 由于从 Ｖ Ｏ输 出 的为 一 单 端 信 号 ， 们 采 用 Ｃ 我
锁相放大器实验报告
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ次实验的收获与体会
掌握了锁相放大器的基本原理和操作方法 学会了如何调整锁相放大器的参数以获得最佳性能 提高了实验动手能力和解决问题的能力 认识到团队合作在实验中的重要性，学会了如何与团队成员沟通和协作
对实验中遇到的问题和解决方案的反思与总结
遇到的问题：信号干扰、设备故障、操作失误等 解决方案：调整信号源、更换设备、规范操作等 反思：实验过程中需要注意的细节和可能出现的问题 总结：通过实验，提高了解决问题的能力和团队合作精神
调整锁相放大器参数，进行信号放大处理
调整锁相放大器参 数：设置合适的放 大倍数、相位差和 带宽
输入信号：选择合 适的信号源，如正 弦波、方波等
信号放大处理：将 输入信号通过锁相 放大器进行放大处 理
观察输出信号：使 用示波器等设备观 察输出信号的波形 和幅度，确保满足 实验要求
使用示波器和电脑采集和处理实验数据
Part Two
实验设备
锁相放大器
锁相放大器是一种用于测量微弱信号的电子设备。 锁相放大器的主要功能是提取信号中的频率和相位信息。 锁相放大器通常由一个参考信号和一个输入信号组成。 锁相放大器的性能指标包括灵敏度、动态范围、相位噪声等。
信号发生器
型号：Agilent 33220A 功能：产生正弦波、方波、三角波等信号 频率范围：1Hz-10MHz 精度：±0.01%
对实验教学的建议和改进意见
增加实验操作演示，帮助学生更好地理解和掌握实验步骤。 提供更多的实验案例，让学生通过实践锻炼解决问题的能力。 加强实验过程中的指导，及时发现并纠正学生的错误操作。 鼓励学生进行创新实验，培养学生的创新意识和实践能力。
对后续学习和实践的展望与计划
深入学习锁相放 大器的原理和应 用
一种适用于微弱传感信号检测的锁相放大电路
一种适用于微弱传感信号检测的锁相放大电路张丹;刘新华;张家亮【摘要】针对复杂噪声环境中有效提取出微弱传感信号的问题，设计了一种实用的锁相放大器电路。
该设计通过产生两路正交的矢量参考信号与经低噪声放大和带通滤波后的被测信号相乘实现信号相位差检测，经过低通滤波和均方根计算等实现对微弱信号的提取。
该设计采用了一种基于变换的方波乘法器，实现了动态范围宽、直流漂移小、线性度高的乘法运算，进一步提高提取信号的精度。
测试结果表明，该设计不但提取的信号精度高，而且电路结构简单，对元件一致性要求低，克服了普通放大器需要被预知被测信号和参考信号相差的问题。
%In order to extract weak sensing signal, a practical lock-in amplifier circuit is designed. By generating two orthogonal vector reference signals multiplied by the measured signal after lowing noise amplifier and band pass filter, then through the low pass filter and mean square root calculation for weak signal extraction. A kind of square wave multiplier based on changes isalso applied to achieving multiply operation of wide dynamic range, DC drift of small and high linearity and making the extraction of signal with higher accuracy. The test results indicate that the design not only improves the accuracy of the signal and makes the circuit structure simple, but also reduces the requirements of element consistency and the problems of the general amplifier which needs to be predictive that measured signal and the reference signals are different have been overcome.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2013(000)015【总页数】5页(P210-214)【关键词】传感信号;锁相放大器;滤波;乘法器【作者】张丹;刘新华;张家亮【作者单位】武汉理工大学信息工程学院，武汉 430070; 宽带无线通信与传感器网络湖北省重点实验室，武汉 430070;武汉理工大学信息工程学院，武汉430070; 宽带无线通信与传感器网络湖北省重点实验室，武汉 430070;武汉理工大学信息工程学院，武汉430070; 宽带无线通信与传感器网络湖北省重点实验室，武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】TN911.71随着传感器技术和物联网技术的发展，各种类型的传感器被广泛应用于社会的各个角落[1]。
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相位, 当 < = 0时, 相关器的输出信号只与待测信号的
幅度成正比.
2-$型 A /DC 的 Z 域模型如图 3所示 [ 5] . 假设模
型的输入为 X (Z ), 量化噪声为 Q (Z ), 并假设H ( Z ) = 1 / ( 1- Z - 1 )为 1个单位增益的离散时间积分器. 对模 型分析可得
复杂的算法进行锁相运算, 这对微处理器的速度要求 很高; 文献 [ 4] 是用 两个通道的 A /DC 分别采集输入 信号和参考信号, 然后计算它们的互相关函数进行锁 相, 虽然要求采样率不高但算法复杂, 运算量很大. 笔 者提出的新型锁相检测电路是模拟和数字处理方法的 有机结合, 该电路将待测信号和参考信号相乘的结果 通过高精度 2-$ 型 A /DC 采样, 充分 利用了 2-$ 型 A /DC 本身的积分和过采样特性, 而且采样率不高, 因 此对处理器的运算能力和速度要求不高, 算法和电路 更加简单. 目前, 集成 2-$型 A /DC 的 微处理器产品 很多, 例如 T I公司新产品 M SC1210系列, AD I公司新 产品 AduC834等.
0. 而与参考信号相关的 x ( t) y ( t )和 x ( t ) yc( t )在 2 的 过程中得到增强. 由于积分时间有限, 使积分结果为携
带被测信息的低频信号. 数字抽取滤波器的作用 [ 7 ] 是滤波、抽取、抗混叠.
滤波主要是滤除 2-$ 调制器的输出信 号频带以外的
高频量化噪声, 维持信号频带内的信号基本不变, 相当
第 38卷 第 1期 2005年 1月
天津大学学报 Journal of T ian jin Un iversity
V o.l 38 N o. 1 Jan. 2005
一种新型锁相放大器检测电路*
林 凌, 王小林, 李 刚, 王 朔, 刘 铭
(天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072)
摘 要: 锁相放大是微弱信号检测的重要手段. 现 有的模拟 锁相放 大器参 数稳定 性和灵 活性差, 数字 锁相放 大器
锁相放大器的工作原理如图 1所示.
图 2 2-$ 型 A /DC结构 框图 F ig. 2 Schem atic of 2-$ A /DC
图 1 锁相放大器原理 F ig. 1 Sch em atic of lock- in am plifier( L IA )
假设待测信号为
s( t) = x ( t) + N ( t) =
A cos( 8 t+ H+ < ) + N ( t ) 参考信号为
y ( t ) = B cos( 8 t + H) 式中 8 为模拟域角频率.
根据文献 [ 3] 可得积分器的输出
Vo = KAB cos <
( 1)
式中 K 为积分器的传输系数.
可见锁相放大器输出信号与待测信号的幅度 A、
待测信号和参考信号的相位差有关. 调整参考信号的
1 互相关检测原理
3 新型锁相检测电路
该原理利用了信号与噪声无相关性的特点. 设被 测信号 s( n ) 由有用信号 x ( n ) 和噪声 G( n )组成, 即 s( n) = x ( n) + G( n ). 其自相关函数定义为
Rss (m ) = E [ s( n) s( n + m ) ] = Rxx (m ) + RxG (m ) + RGx (m ) + RGG (m )
噪比.
图 3 2-$ 型 A /DC的 Z域模型 F ig. 3 Z dom ain m ode l of 2-$ A /DC
2-$型 A /DC 对量化噪声的抑制还可从另外一个 角度分析 [ 6] . 当以 F S 采样率对输入的随机信号进行
2005年 1月
林 凌等: 一种新型锁相放大器检测电路
2 锁相放大器工作原理
常用的锁相放大器是用模拟低通滤波器实现积分
功能, 而模拟积分器的稳定性差、精度低, 与此相比, 数 字积分器可靠性好、灵活性高、精度高. 而 2-$型 A / DC还具有信噪比高, 对抗混叠滤波器的要求 低等优 点, 并且本身就具有积分功能, 因此采用 2-$型 A /DC 可简单而巧妙地解决许多问题. 3. 1 2-$型 A /DC工作原理
# 67#
采样且信号的幅度大于分层电平 $时, 量化噪声的功
率谱密度在 0~ F S / 2频带内均匀分布, 总的噪声能量
为 N Q = $2 /12. 而量化噪 声功率谱 P 0 与取样 频率有
关, P 0 =
$2 # 12
2= FS
6$F2S.
若分层电平相同, 取样频率越
高则功率谱密度越低. 当以 MF S (M 远大于 1)的采样 率对输入信号进行采样时, 量化噪声的功率谱密度在
DC作相关运算 ( 见式 ( 3) ~ ( 5) ) . 被测信号与参考信 号的乘积经过量化器, 量化结果为 1比特的数据流; 数
据流一方面进入反馈环节, 另一方面进入数字抽取滤 波器. 与参考信号不相关的 N ( t) y ( t)和 N ( t )y ( t)在 2
的过程受到抑制, 当 M 很大时, 可认为这一项趋近于
* 收稿日期: 2003- 11- 21; 修回日期: 2004- 09- 15.
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 60174032 ) .
作者简介: 林 凌 ( 1961)
), 女, 博士, 副教授, lin ling815@ v ip. s ina. com.
# 66#
天 津大学学报
第 38卷 第 1期
存在运算复杂等问题. 为此, 提出一种新型锁相检测电路, 将传统锁相放大器的优点与 2-$ 型 A /DC 的过采样 和积
分特性结合起来. 对该电路作了理论分析 , 并通过实验证明了该电路比现有锁相 放大器具有 更好的性 能, 能实 现与
微处理器无 / 缝 0数据采集和传输.
关键词: 锁相放大器; 2-$ 型 A /DC; 数字积分器; 相关原理
式中: R ss (m )、RxG (m ) ( RGx (m ) )和 RGG (m )分 别为 s ( n)的自相关函数、s( n)和 G( n)互相关函数、G( n )的 自相关函数. 其中 RxG (m ) = RGx (m ) = 0, 且随 m 的增 大, RGG (m )→ 0. 所以 R ss (m ) U Rxx (m ), 即 R ss (m )包含 x ( n)所携带的信息.
微弱信号检测 [ 1] 是测量技术中新兴的综合性技
术科学分支, 已成为众多领域非常重要的研究手段. 常规的微弱信号检测方法根据信号本身的特点不
同, 一般有 3条途径 [ 1] : 一是降低传感器与放大器的固 有噪声, 尽量提高其信噪比; 二是研制适合微弱检测原 理并能满足特殊需要的器件 ( 如锁相放大器 ) ; 三是利 用微弱信号检测技术, 通过各种手段提取信号. 锁相放 大器由于具有中心频率稳定, 通频带窄, 品质因数高等 优点得到广泛 应用 [ 2, 3] . 常用的模拟锁 相放大器虽然 速度快, 但是参数稳定性和灵活性差, 且在与微处理器 通讯的时候需要转换电路; 传统数字锁相放大器一般 使用高速 A /DC对信号进行高速采样, 然后使用比较
于增加了数字输出的有效分辨率; 抽取是将 2-$调制 器输出的高速低分辨率数字信号的取样频率降至奈奎
斯特采样频率, 进而完成高分辨率数字信号的重构; 抗 混叠主要是滤除降低取样频率后可能出现的 混叠噪
声.
Q Q lim
S→ ]
1 S
S
s ( t) y ( t) dt = lim
0
S→ ]
1 S
中图分类号: N34
文献标志码: A
文章编号: 0493- 2137( 2005) 01- 0065- 04
A N ew Type of Lock- in Am plifier D etecting C ircuit
L IN L ing, WANG X iao- lin, L I Gang, WANG Shuo, L IU M ing
0~ MF S 频带内均匀分布, P 0 =
$2 # 2 = 12 MF S
$2 6M P
,
S
即在
有用信号带宽内的噪声能量下降为原来的 1 /M, 相当
于信噪比提高了 M 倍.
3. 2 新型锁相检测电路工作原理
图 4为利用新型锁相检测电路检测信号的过程.
图 4 新型锁 相检测电路的工作原理 Fig. 4 W ork ing pr in cip le of the new type
L IA de tecting circu it
考 虑 相 位 差 时, 需 引 入 参 考 信 号 yc( t) =
B cos( 8 t+ H+ 90b) = B cos [ arccos ( y ( t ) /B ) ], s( t) # y ( t )、s( t) y c( t)和y ( t) y ( t)分别进入 2-$型 A /
( Schoo l o f P recision Instrum en ts and O pto-E lectron ics Eng ineer ing, T ian jin U niversity, T ian jin 300072, Chபைடு நூலகம்na)
Abstract: Lock- in am p lifying ( LIA ) is one of mi portan t mean s for weak s ign al detection. H owever, there are st ill some prob lems rem ain ed in convent iona l L IA, su ch as h igh circu it p arameter dependence and low app lication flexib ility o f analogu e L IA, and algorithm ic com p lexity of d ig ital LIA. A new type of LIA detecting circu it is presen ted in th is paper, wh ich com b in es the advan tages of convent iona l L IA w ith ch aracteristics of over-samp ling and in tegration of 2-$ A /DC. It is theoretically analyzed and proved through exp ermi en t that th is circu it is better in performan ce than conven tion al L IA. Anoth er ou tstand ing featu re of th e circu it is th at it collects and trans fers data from / to m icro-processing un it( M PU ) seam lessly. K eywords: lock- in amp lifier; 2-$ A /DC; d igital integrator; correlation p rinc ip le