锁相放大实验数据处理
锁相放大器的使用
3)无论输入信号是正弦波、三角波和方波，参考信号都是占空比为1:1的方波，说明宽带相移器把被测信号的任何一种波形转换为占空比为1:1的方波；
二、相敏检波器特性研究及主要参数测量
0.16
200
1006.77
0.138
结果分析：
（1）相位差为0°时，相关器的直流输出最大为1.009V,此时PSD波形如上图所示
（2）可观察到干扰信号的频率为输入信号的奇数倍时，噪声电压输出不为零，其余情况为零，这表明被测信号中的奇次谐波成分在输出信号中仍占有一定比例，或说PSD-LPF系统对奇次谐波的抑制能力有一定限度。
②、相关器的谐波响应的测量与观察
n=1n=2
n=3n=4
图九谐波响应的各点波形
由实验原理可以得到，奇次谐波成分得到的直流分量满足该理论公式：
n
实验值
理论值
1
0.788
0.906
2
0.01
0
3
0.256
0.263
4
0.01
0
5
0.17
0.157
在此次中 为零， 等于0.788*π/2，偶次谐波的直流分量为零，在本实验中得到验证。
③相关器对噪声的抑制及信噪比改善测量
实验数据及相关计算结果如表四：
表四不同时间常数下相关器的信噪比改善
输入信号电压
50mV
白噪声输入电压
105mV
输入信噪比
0.48
时间常数RC
信号电压V
噪声电压V
输出信噪比
信噪比改善
0.1s
锁相放大器的使用
表一 输出直流电压udc与输入信号幅值的关系
输入信号幅值（mv）
262
210
154
112
直流电压udc（v）
-38
-44
-50
-55
图七udc与输入信号幅值的关系
表二输出直流电压udc与输入信号和参考信号相位差的关系
φ
2
56
87
123
174
210
图五输入方波，参考信号和输入信号相位差分别为0°、90°、180°、270°
分析以上实验可得出以下结论：
1)输入信号的峰峰值约为0.6V，而参考信号的峰值为9V，说明宽带相移器对参考信号有放大作用；参考信号的幅度不随输入信号的幅度变化而变化，说明宽带相移器经过内部电路对信号的放大，输出的是一个较为稳定的电压值，不随输入信号变化；
2)宽带相移器输出的参考信号的频率随输入信号频率变化而变化，因为宽带相移器不改变输入其中的信号的频率，输出的是同频率的参考信号。
3)无论输入信号是正弦波、三角波和方波，参考信号都是占空比为1:1的方波，说明宽带相移器把被测信号的任何一种波形转换为占空比为1:1的方波；
二、相敏检波器特性研究及主要参数测量
③相关器对噪声的抑制及信噪比改善测量
实验数据及相关计算结果如表四：
表四不同时间常数下相关器的信噪比改善
输入信号电压
50mV
白噪声输入电压
105mV
输入信噪比
0.48
时间常数RC
信号电压V
噪声电压V
输出信噪比
信噪比改善
0.1s
5.75
1.55
3.71
7.79
1s
锁相放大器实验报告
锁相放大器实验报告摘要：本实验利用锁相放大器对信号中的噪声进行抑制并对其进行检测，了解相关检测原理，锁相放大器的基本组成；掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。
通过实验学会锁相放大器的使用，掌握利用锁相放大器来观察信号输入信号通道前后的幅值以及波形情况，获得相位与电压、放大倍数与电压的关系，并且通过噪声的观察知道如何消除噪声。
关键词：锁相放大器，微弱信号放大，PSD输出波形，谐波响应引言：随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。
微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。
它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。
锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。
它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。
锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的。
方法，将微弱信号从噪声中提取出来。
自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。
一、实验原理：1、噪声在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱的信号。
这类信号检测的最终极限将取决于测量设备的噪声，这里所说的噪声是指干扰被测信号的随机涨落的电压或电流。
噪声的来源非常广泛复杂，有的来自测量时的周围环境，如50Hz市电的干扰，空间的各种电磁波，有的存在于测量仪器内部。
在电子设备中主要有三类噪声：热噪声、散粒噪声和1／f噪声，这些噪声都是由元器件内部电子运动的涨落现象引起的。
从理论上讲涨落现象永远存在，因此只能设法减少这些噪声，而不能完全消除。
2、相干检测及相敏检波器微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。
相关反映了两个函数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。
相关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。
锁相放大实验报告
锁相放大实验预习报告物理072 陈焕07180217摘要：介绍了测量弱信号的一种实验仪器——锁相放大器，以及锁相放大器的基本工作原理，即利用相关检测原理；测量了利用锁相放大器测量弱信号时相关器的参数。
关键字：锁相放大器、相关检测、相关器的参数引言：测量微弱的变化时，先利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，再记录和利用。
但有电信号十分微弱，而且在各种条件下的噪声和干扰很可能将这些微弱信号淹没，因此不能使用单纯的放大器。
解决这个问题的其中一种方法就是采用相关接收的原理，锁相放大器就是一种利用该原理的仪器。
锁相放大器的介绍：典型的锁相放大器由三部分组成：信号通道，参考通道，相关器。
a．信号通道：是相关器前的那一部分，包括低噪声前置放大器，输入电压器，各种功能的有源滤波器，主放大器等组成，作用是把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声。
b．参考通道：作用是产生与被测信号同步的参考信号输出相关器，主要是触发电路、相移电路、方波形成电路和驱动信号组成。
c．相关器：这是锁相放大器的核心部分，包括乘法器、低通滤波器和直流放大电路。
相关器的介绍：相关器由相敏检波器与低通滤波器组成，是锁相放大器的核心部件。
锁相放大器中的相关器，由一个开关式乘法器与低通滤波器组成。
sin()A A V V t ωϕ=+41(sin sin 3......)3B R R V t t ωωπ=++ 相乘电路采用开关电路，参考电路B V 可以认为是以频率R ω的单位幅度方波。
A V 为输入信号，表示为sin()A A V V t ωϕ=+，当R ωω=为信号，R ωω≠时为噪声或干扰。
,A B V V 之间的相位差ϕ可以由锁相放大器参考通道的相移电路调节，12A V V V =∙0000,1,2.....12121t t R C An R V V e R n π--∞-==-+∑ 式中：12100tan [(21)]]n R Q n R C ωω--+=-+当R ωω=时，0012cos A R V V R ϕπ=-上式表明： 1、 输出不仅与待测信号的幅度A V 有关，也与两信号的相位差ϕ有关。
锁相放大实验 (2)
浙江师范大学实验报告实验名称锁相放大实验班级物理081班姓名王蓓学号08270112同组人翁先祥王聪叶品昭实验日期2010/10/19 室温气温锁相放大实验【摘要】弱信号的测量在当今物理实验中占着很大的地位。
其中锁相放大器是目前最常见的仪器，适用于对淹没在噪声背景中的正弦波或方波信号的检测。
通过本实验及相关知识的了解，了解相关检测原理，锁相放大器(LOOK-IN)的基本组成，掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。
【关键词】锁相放大器信噪比微小变化传感器放大信号噪声【正文】锁相放大器实际上是一个模拟的傅立叶变换器。
锁相放大器的输出是一个直流电压，正比于是输入信号中某一特定频率（参数输入频率）的信号幅值，而输入信号中的其他频率成分将不能对输出电压构成任何贡献。
这样我们可以利用参考信号把有用信号从待测信号中分离出来。
锁相放大器主要有三大部分组成：信号通道、参考通道、相关器。
如下图所示：信号通道包括低噪声前置放大器、有源滤波器、主放大器，它的作用是把微弱信号放大到足以推动乘法器的工作电平，并兼顾抑制噪声的功能。
参考通道是指从参考信号输入到乘法器输入之前的部分，它的作用是产生于被测信号同步的参考信号，通常参考通道输出的是与被测信号同步的对称方波，用以驱动乘法器工作。
锁相放大器的频率变换是通过乘法运算来进行的。
一般的乘法运算模拟电路，其线性程度和温度稳定性都存在问题。
所以在实际的锁相放大器中，采用开关元件进行同步检波，由此实现频率变换。
由开关元件所进行的同步检波电路，称作PSD （相敏检波器，Phase Sensitive Detector ），这是组成锁相放大器的心脏部分。
实际电路存在各种噪声会影响实验的精确度。
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。
锁相放大器的基本原理是相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数1()f t 和2()f t 的相关函数定义为：121()lim()()2TTT R f t f t dtT ττ-→∞=-⎰它是度量一个随机过程在时间t 和t τ-两时刻线性相关的统计参数，如果1()f t 和2()f t 完全没有关系，则相关函数将是一个常数。
锁相放大器报告
锁相放大器报告1. 引言锁相放大器（Lock-in Amplifier）是一种用于检测和放大微弱信号的仪器。
它的原理是利用参考信号与待测信号进行相位比较，并通过频率调制将待测信号转换成与参考信号频率相同的信号，从而实现信号的放大与解调。
锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，例如光学测量、电子学实验、磁学、生物医学等。
本报告将重点介绍锁相放大器的原理、应用以及仪器的使用方法。
2. 原理锁相放大器的核心原理是相位敏感放大技术，它通过与参考信号进行相位比较，实现对待测信号的放大与解调。
具体原理可以分为以下几个步骤：1.信号混频：将待测信号与参考信号进行混频，产生一个电压与参考信号频率相同的交流信号。
2.低通滤波：对混频后的信号进行低通滤波，滤除高频噪声部分。
3.相位移动：通过改变参考信号的相位，实现对待测信号相位的调整。
相位调整后，待测信号与参考信号之间的相位差将被最小化。
4.放大器：对调整后的信号进行放大，增加信号的幅度。
5.解调器：将放大后的信号与参考信号进行相乘，得到待测信号的幅度信息。
锁相放大器将以上步骤组合在一起，能够对微弱信号进行高增益放大和高精度解调，从而提高信号的检测灵敏度和测量精度。
3. 应用锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用场景。
3.1 光学测量在光学测量中，锁相放大器常用于检测光能量、相位差、频率等参数。
例如在光学干涉仪中，通过锁相放大器可以对光的干涉信号进行放大和解调，从而实现对干涉信号的精确测量。
3.2 电子学实验锁相放大器在电子学实验中也有着广泛的应用，可以用于检测微弱信号、分析信号的谐波成分等。
例如在电阻、电容和电感测量中，锁相放大器可以消除噪声的影响，提高测量的精度。
3.3 生物医学在生物医学领域，锁相放大器被广泛应用于生物信号检测和分析。
例如在心电图检测中，锁相放大器可以提取出心电信号的有效部分，并抑制背景噪声干扰，从而实现对心电信号的准确分析和诊断。
锁相放大实验报告
锁相放大实验报告锁相放大实验报告摘要本实验利用锁相放大器对微弱信号中的噪声进行抑制并对其进行检测，了解相关检测原理，锁相放大器的基本组成；掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。
通过实验学会锁相放大器的使用，掌握利用锁相放大器来观察信号输入信号通道前后的幅值以及波形情况，获得相位角与电压、放大倍数与电压的关系，并且通过噪声的观察知道如何消除噪声。
关键词锁相放大器，通道，噪声带宽，信噪比正文锁相放大器己成为现代科学技术中必不可少的常备仪器。
国内72年南京大学首先从事这方面的研究工作，1974年研制成了第一台实验室样机，继后物理所等单位相继进行了这一方面的研究工作，1978年才有了工厂生产产品。
现在测量毫微伏量级的信号已是可能。
锁相放大器在涉及到微弱信号检测的各个领域都已得到了广泛的应用。
一、实验原理简析锁相放大器就是用来检测淹没在噪声中的微弱交流信号。
本质上，锁相放大器是一个具有任意窄带宽的滤波器，其频率调谐到信号的频率，排除掉大多数不需要的噪声而只允许被测量信号通过。
除了滤波，锁相放大器也能够提供增益，锁相放大器可以从噪声中提取比噪声小1000倍甚至10000倍的信号，锁相放大器的信噪改善比特别高它可用于测量交流信号的幅度和相位。
有极强的抑制干扰和噪声的能力，有极髙的灵敏度。
1.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。
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）（ltf和）（2 tf为两个功率有限的信号，则可定义其相关函数为：TTldttftfTR）（）（2/llim21）（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，通过推导，则：YTrsdttvtTR）（）（2/1 lim）（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。
锁相放大实验
浙师大近代物理实验报告锁相放大实验任希 物理081 08180123摘要：本实验提供了能够测量微弱信号的方法，即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话处理，抑制噪声，实现了对信号的检测和跟踪。
实验中利用了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。
通过该实验提升了我们对实验仪器的掌握能力，为以后的实验提供帮助。
关键词： 弱信号的检测 锁定放大 互相关检测原理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，例如：微弱电压、电流、磁场的变化，微小温度的变化，微小的电感，微小的电容，微小的位移、振动等，通常我们测上述微小的变化，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。
但由于这些微小的变化通过传感器转换的电信号十分微弱，各种条件下的噪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，而且由于放大器本生的噪声会将我们需要的信号淹没得更深。
锁相放大器就是用来检测淹没在噪声中的微弱交流信号。
本质上，锁相放大器是一个具有任意窄带宽的滤波器，其频率调谐到信号的频率，排除掉大多数不需要的噪声而只允许被测量信号通过。
除了滤波，锁相放大器也能够提供增益，例如：一个100nV 的信号可以被放大而产生一个10V 的信号，增益为108。
锁相放大器可以从噪声中提取比噪声小1000倍甚至10000倍的信号，锁相放大器的信噪改善比特别高它可用于测量交流信号的幅度和相位。
有极强的抑制干扰和噪声的能力，有极高的灵敏度。
实验原理相关检测原理，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。
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),其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”相位灵墩侦测(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、相敬检测器(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敬检测器工作的平台，并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敬检测的动态范圉。
锁相放大数据处理
数据处理在无噪声的条件小下测得的数据如下Te Vi/mV 50.5 56.1 64.0 72.6 79.30.1s Vo1/V 5.08 5.68 6.31 7.19 7.881s Vo2/V 5.12 5.73 6.29 7.18 7.1010s Vo3/V 5.01 5.65 6.32 7.10 7.61根据表格得到如下曲线，其中横坐标为输入电压mv,纵坐标为输出电压V,转换成同一单位后，斜率就为放大倍数.由上图可知，Vo1斜率为0.0730，即在0.1秒的时候，放大倍数为73.倍Vo2斜率为为0.0959，即在1s的时候，放大倍数为95.9.倍Vo3斜率为0.0895，即放大倍数为89.5倍。
以上方法倍数在不考虑误差的情况下，可以近似的看做相等。
综合可以得出在噪声为零的的条件下，放大倍数大约为86.5倍。
在噪声大小为149mv的条件下测得的数据如下Te Vi/mV 58.2 75.9 85.6 92.4 99.40.1s Vo1/V 5.92 7.67 8.38 9.32 10.021s Vo2/V 5.78 7.59 8.29 9.30 9.9710s Vo3/V 5.77 7.58 8.57 9.25 9.69根据表格得到如下曲线，其中横坐标为输入电压mv,纵坐标为输出电压V,转换成同一单位后，斜率就为放大倍数.由上图可知，Vo1斜率为0.0987，即在1秒的时候，放大倍数为98.7倍。
Vo2斜率为为0.1012，即在1s的时候，放大倍数为100.2倍。
Vo3斜率为0.0972，即放大倍数为92.7倍。
以上方法倍数在不考虑误差的情况下，综合可以得出在噪声为149mv的的条件下，放大倍数大约为99.8倍。
在噪声大小为253mv的条件小测得的数据如下Te Vi/mV 60.1 78.1 89.0 101.1 120.20.1s Vo1/V 5.92 7.90 9.02 10.16 11.461s Vo2/V 5.90 7.88 9.00 10.11 11.3010s Vo3/V 5.88 7.80 8.95 10.01 11.33根据表格得到如下曲线，其中横坐标为输入电压mv,纵坐标为输出电压V,转换成同一单位后，斜率就为放大倍数.由上图可知，Vo1斜率为0.0928，即在0.1秒的时候，放大倍数为92.8倍。
锁相放大实验报告
实验报告实验名称：锁相放大实验班级：物理学131班学号：13180118姓名：葛法熙指导老师：斯老师锁相放大实验报告一．实验目的1.了解相关器的原理，测量相关器的输出特性；2.了解锁相放大器的原理及典型框图；3.根据典型框图，组装锁相放大器，熟悉锁相放大器的使用方法二．实验原理锁相放大器是一种检测非常弱小信号的仪器，利用信号和外加参考信号的相干特性来去除噪声的影响，锁相放大器由信号通道、参考通道和相关器三部分组成。
信号通道把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和过滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器的动态范围。
参考通道是产生与被测信号同步的参考信号输出给相关器。
微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。
相关反映了两个函数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。
相关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。
设信号f1(t)为被检信号Vs(t)和噪声Vn(t)的叠加，f2(t)为与被检信号同步的参考信号Vr(t)，二者的相关函数为：[]dt r t V t V t V Tdt t f t f TR rTTnsT TTT )()()(21lim)()(21lim)(2112-+=-=⎰⎰-∞→-∞→ττ)()(ττnr sr R R +=由于噪声)(τn V 和参考信号)(τr V 不相关，故0)(=τnr R ，所以)()(12ττsr R R =。
锁相放大器通过直接实现计算相关函数来实现从噪声中检测到被淹没信号。
当输入信号为)(t V A ，参考信号为)(t V B 则)cos(2)(A A A A t w V t V ϕ+=)cos(2B B B B t w V V ϕ+=[][])()(cos )()(cos ()()(1B A B A B A B A B A B A B A t w w V V t w w V V t V t V t V ϕϕϕϕ-+-++++∙=∙=）而由低通滤波器组成的积分器会过滤到高频段，也就是说积分器会取出差频段的分量来检测信号。
锁相放大实验
锁相放大实验物理082班 08180202 陈蓓蓓摘要在做这个实验的时候我们不仅要了解什么事锁相放大器，更要利用锁相放大器观测信号输入信号通道前后的幅值、波形情况，观测参考通道前后信号的变化情况，观测锁相放大器输入输出波，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。
关键词锁相放大器、信号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。
特别是极端条件下的微弱信号的测量，成为我们可以深化认识自然、开拓新材料、创造新器件的基础。
通常我们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。
但是，这些微小的变化被转化的过程中，各种条件下的噪声和干扰信号很可能将这些微弱信号淹没。
所以在本实验中我们使用锁相放大器来测量淹没在噪声背景中的正弦波或方波信号。
正文首先，我们需要清楚为什么锁相放大器能有很强的抗噪声能力呢？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1、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。
2随着频带宽度不同测量电压会改变在用毫伏计测量白噪声时，得到的测量值和白噪声所具有的频谱带宽（BandWidth: B.W.）的平方根以及电平成比例。
测量得到的电压值，与下图中的浅蓝色部分的面积成比例。
即使对于同样的噪声，如果用带通滤波器（BPF）来限制所通过的频带，那么测量所得的电压值就会不同。
把测量所得的噪声电压（Vrms），除以频带宽度的平方根，就得到用表示噪声大小的单位、也即称作噪声电压密度（V/√Hz）来衡量的值。
频道宽度如果缩小到1/100，那么测量所得的噪声电压就缩小到1/10。
锁相放大器原理实验报告
锁相放大器原理实验报告.docx艾孜买提江111XXXX0226物理112班一、实验目的l、了解相关器的原理，测量相关器的输出特性；2、了解锁定放大器的原理及典型框图；3、根据典型框图，组装锁定放大器；熟悉锁定放大器的使用方法二、实验原理实际测量一个被测量时，无用的噪声和干扰总是伴随着出现，影响了测量的精确性和灵敏度。
特别当噪声功率超过待测信号功率时，就需要用微弱信号检测仪器和设备来恢复或检测原始信号。
这些检测仪器是根据改进信噪比的原则设计和制作的。
可以证明，当信号的频率和相位己知时。
采用相干检测技术能使输出信噪比达到最大，微弱信号检测的著名仪器锁定放大器，就是采用这一技术设计与制造的。
锁定放大器是以相干检测技术为基础，其核心部分是相关器，基本原理框图如图1所示。
而锁定放大器的主要由三部分组成，即：信号通道(相关器前那一部分)、参考通道和相关器(包括直流放大器)。
图1.锁定放大器的基本原理图首先介绍相关器：它是锁定放大器的核心部分，其基本原理如下：1、相关接收原理互相关接收对于已知为周期性的信号的检测十分有用。
图所示，输入乘法器的两路信号中，e1(t)为被检测信号，是VA(t)与背景信号Vn(t)的叠加，e2(t)为在接收设备中设法产生的与被检测信号VA(t)同步的参考信号VB(t)。
将参考信号与杂有噪声的输入信号进行相关，得到被测信号的相关函数，就代表了被测信号。
其相关函数为：由于噪声Vn(t)与参考信号VB(t)的相关性，RNB=0，因此有2、相关器相关器由相敏检波器(PSD)与低通滤波器组成，是锁定放大器的核心部件。
锁定放图3锁定放大器中通常采用的相关器大器中的相关器，通常采用图3所示的形式，由一个开关式乘法器(_)与低通滤波器(LPF)组成。
(1)同步检测器令图3中输入开关乘法器的被测信号VA(t)和参考信号VB(t)分别为则开关乘法器的输出信号为可见开关乘法器的输出由和频(wA+wB)和差频(wA-wB)两部分组成。
锁相放大器的原理实验报告修订稿
锁相放大器的原理实验报告WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-锁相放大器的原理实验报告摘要：随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。
微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。
它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。
锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。
它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。
锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的方法，将微弱信号从噪声中提取出来。
本实验通过测量锁相放大器的工作参数和特性，掌握相关检测原理以及锁相放大器的正确使用方法。
关键词：锁相放大器；微弱信号放大；PSD输出波形；谐波响应一、引言随着科学技术的发展，科学研究领域向宏观和微观不断深入，常常需要检测极微弱的信号，如物理学中的表面物理特性，光学中的拉曼光谱、光声光谱、脉冲瞬态光谱，生物学中的细胞发光特性、生物电的测量等。
在这些测量过程中，待测的微弱信号常常淹没在强大的背景噪声之中，使用常规的检测手段就无法达到目的。
而且随着科学的发展，对实验数据的可靠性、准确性、精确性的要求也越来越高，因此，微弱信号的检测就越来越重要，自60年代初开始，关于信号检测与处理的技术开始产生并迅速发展，现已逐渐形成一专门的边缘科学，在物理、化学、生物、天文、地质、医学、材料等学科领域得到广泛应用。
锁相放大器（Lock-In Amplifier，简写为LIA）就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。
它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号,能测量到输入信噪比低至10-5的微弱正弦量。
自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。
锁相放大实验报告范文-图文
锁相放大实验报告范文-图文（实验报告）锁相放大【摘要】随着科学技术的发展，需要测量许多物理量的微小变化。
其中锁相放大器是目前最常见的仪器，适用于对淹没在噪声背景中的正弦波或方波信号的检测。
通过对本实验的演练以及相关知识的了解，了解相关检测原理、锁相放大器(LOOK-IN)的基本组成，掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。
【关键词】弱信号检测、相关器、锁相放大、互相关函数、抗干扰【引言】随着科学技术和生产的发展，在很多时候我们需要测量许多物理量的微小变化。
特别是极端条件下的微弱信号的测量，是深化认识自然、开拓新材料、创造新器件的基础。
对上述微小变化的测量，通常我们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发达，然后进行检测。
但是这些微小的变化通过传感器转换成的电信号十分微弱，而且各种条件下的噪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地检测出来，因为一般放大器会将信号与噪声一起放大，被测信号因被噪声覆盖而使放大失去了意义。
因此去掉上述信号中的噪声与干扰成为了解决弱信号测量问题的关键。
一般，去除噪声和干扰有同步积累、相关接受等方法。
【正文】锁相放大器的基本原理是相关接收原理，由互相关函数R某y()lim12TTTT某(t)y(t)dt知道，若某(t)，y(t)互相没有关系，互相关函数将是一个常数，等于两个随机函数的平均值的积，由于电噪声函数一般符合高斯正态分布，其平均值为零，因此我们认为信号和噪声的互相关函数为零。
令某(t)V(t)n1(t)y(t)Vr(t)n2(t)Vr(t)其中n1(t)和n2(t)分别代表了待测信号V(t)及参考信号混在一起的噪声，则R某y()lim12TTTTV(t)Vr(t)V(t)n2(t)Vr(t)n1(t)n1(t)n2(t)dtRr()R2()Rr1()R12()其中，Rr()，R2()，Rr1()，R12()分别是两信号之间，信号与噪声，噪声与噪声之间的相关函数，由于信号与噪声不相关，所以R2()，Rr1()，R12()为零。
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
锁相放大实验深圳大学
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验（2）实验项目名称：锁相放大实验学院：物理科学与技术学院专业：应用物理学指导教师：报告人：学号：班级：01实验时间：实验报告提交时间：教务部制一．实验目的（1）了解相关检测原理和锁相放大器的基本组成以及锁相放大器的工作特性和主要参数测定；提高相关检测技术 水平。
（2）掌握锁相放大器的正确使用和锁相放大器的应用。
（3）了解微弱信号测量系统的参数设计要点与系统组成，搭建相关检测系统，分析测量数据，判定系统参数。
提高误差分析与分配能力。
二．实验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。
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：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：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：dt t V t V TR R r S T TT sr )()(21limττ-=≈⎰-∞→）（ （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。
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五、数据处理
调节参考信号与输入信号同频同相时，得到最大输出电压，波形变化如下图所示：
不同频同相同频同相
干扰信号:124.3mV
时间常数（s）电压
0.1 输入（mV）12.1 20.8 35.5 48.3 85.7
输出（V） 1.37 2.33 3.75 4.96 7.14
1 输入（mV）12.1 20.7 35.7 48.6 85.5
输出（V） 1.34 2.28 3.8 4.95 7.16
10 输入（mV）12.1 20.7 34.5 48.6 88.8
输出（V） 1.43 2.24 3.62 4.92 7.30
干扰信号:353mV
时间常数（s）电压
0.1 输入（mV）13.2 20 35.1 48.5 89.5
输出（V） 2.25 2.96 4.35 5.65 7.67
1 输入（mV）13.
2 20 35.1 48.5 89.5
输出（V） 2.17 3.05 4.42 5.48 7.74
10 输入（mV）13.2 20 35.1 48.5 89.5
输出（V） 2.29 2.95 4.45 5.50 7.71
干扰信号:672mV
时间常数（s）电压
0.1 输入（mV）11.3 20.5 35.8 48.4 88.9
输出（V） 2.90 4.09 5.15 6.00 8.12
1 输入（mV）11.3 20.5 38.5 48.4 88.9
输出（V） 3.07 3.85 5.25 5.96 8.1
10 输入（mV）11.3 20.5 35.8 48.4 88.9
输出（V） 2.89 3.91 5.20 6.09 8.01
（1） 干扰信号为124.3mV 时，分别作出时间常数RC 分别为0.1s 、1s 、10s 的输入-输出电压散
点图，并线性拟合：
20
40
60
80
Ui mV 1
234567Uo V
干扰信号：124.3mV
拟合函数分别为：
RC=0.1s ： y=0.764 +0.0777x
RC=1s ： y=0.719 +0.0786x
RC=10s ： y=0.777 +0.0763x
根据公式2
11K RC ω-=
，其中传输系数K 为以上各图的斜率，算出 分别为 RC=0.1s ： 2
21
1110.0777128.3110.1K Hz RC ω--=
== RC=1s ： 2
2
1
11
10.078612.6831K Hz RC ω--=
==
RC=10s ： 2
2
1
11
10.0763 1.30710
K Hz RC
ω--=
==
（2） 干扰信号为353mV 时，分别作出时间常数RC 分别为0.1s 、1s 、10s 的输入-输出电压散点
图，并线性拟合：
20406080
Ui mV 2
4
6
8Uo V
拟合函数分别为：
RC=0.1s ： y=1.664+0.0705x
RC=1s ： y= 1.637 +0.0711x
RC=10s ： y=1.676 +0.0703x
根据公式211K RC ω-=
，其中传输系数K 为以上各图的斜率，算出 分别为 RC=0.1s ： 2
2
1
1110.0705141.4910.1K Hz RC ω--=
== RC=1s ： 2
2
1
11
10.071114.0291K Hz RC ω--=
==
RC=10s ： 2
21
1110.0703 1.41910
K Hz RC
ω--=
==
（3） 干扰信号为672mV 时，分别作出时间常数RC 分别为0.1s 、1s 、10s 的输入-输出电压散点
图，并线性拟合：
20406080
Ui mV 2
4
6
8
Uo V
拟合函数分别为：
RC=0.1s ： y=2.610 +0.0644x RC=1s ： y=2.625+0.0639x RC=10s ： y=2.589+0.0641x
根据公式2
11K RC ω-=
，其中传输系数K 为以上各图的斜率，算出 分别为 RC=0.1s ： 2
2
1
11
10.0644154.9570.1K Hz RC ω--=
==
RC=1s ： 2
21
1110.063915.6161K Hz RC ω--=
==
RC=10s ： 2
2
1
11
10.0641 1.55710
K Hz RC
ω--=
==
数据处理结果如下表： 干扰信
号(mV) RC=0.1s RC=1s
RC=10s
K
ω（Hz ）
K
ω（Hz ）
K ω（Hz ） 124.3 0.0777 128.331 0.0786 12.683 0.0763 1.307 353 0.0705 141.491 0.0711 14.029 0.0703 1.419 672
0.0644 154.975 0.0639 15.616
0.0641
1.557
六、实验结果陈述与总结
在本实验中，我们测量了锁相放大输入电压与输出电压，并通过数据处理，得到传输系数和圆频率。
实验结果发现，时间常数RC一定时，干扰信号电压越大，传输系数K越小；干扰信号电压一定时，时间常数RC越大，传输系数K越小。
实验过程中也发现，时间常数RC越大，输出电压越稳定，对噪声的抑制能力越强，所以时间常数较小时测得的数据误差会比较大。
通过本实验，我们了解了相关检测原理和锁相放大器的基本组成以及锁相放大器的工作特性和主要参数测定。
掌握了锁相放大器的正确使用和锁相放大器的应用，了解了微弱信号测量系统的参数设计要点与系统组成，搭建相关检测系统，分析测量数据，判定系统参数。
七、思考题
1.锁相放大器为什么能检测微弱信号？
答：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f0与待测信号频率相同，从而对噪声进行抑制，锁相放大器可以通过将待测信号、参考信号以及噪声信号进行相乘并尝试将积分，消除噪声信号的影响，通过观察不同参考信号和待测信号的积分结果，确定参考信号的相位及频率，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，从而提取出待测信号。
2.输入锁相放大器的待测信号和参考信号间的相位关系对检测结果有何影响？怎样调节两信号之间的相差？
答：在不改变输入信号的幅值情况下质量电压Vo和相位差ψ成余弦关系，而在ψ=0°或180°时，输出V最大。
当相位差ψ=90°或270°时，V=0.将信号分出两条道，一个作为待测信号，另一个与相移器连接，经相移器后输出，通过调节相移器，调节两信号间的相位差。
3.滤波器时间常数的选择对检测有什么影响？
答：滤波器时间常数越大，对噪声的抑制能力越强，输出电压越稳定
指导教师批阅意见：
成绩评定：。