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、

相关检测、三重相关匹配、随机共振、混沌振子、小波变换等方法。能在背景噪声中检测有用信号的微弱信号检测仪器，为现代科学技术和工农业生产提供了强有力的测试手段，应用范围遍及几乎所有的科学领域，已成为现代科技必备的常用仪器。

微弱信号检测技术的首要任务是提高信噪比，这就要采用电子学、信息论、计算机和物理学的方法，以便从强噪声中检测出有用的微弱信号，从而满足现代科学研究和技术发展的需要。微弱信号检测技术不同于一般的检测技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理、相应的信号转换电路和仪表实现方法，而是如何抑制噪声和提高信噪比，因此可以说，微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术.对于各种微弱的被测量，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，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅度达到预期被测量的大小。但是，由于被测量的信号微弱，传感器、放大电路和测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声往往比有用信号的幅度大的多，放大被测信号的同时也放大了噪声，而且必然会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和各种外部干扰的影响，因此只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度，才能提取出有用的信号。为了达到这样的目的，必须研究微弱信号检测理论、方法和设备。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，或用一些新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比。对微弱信号检测理论的研究，探索新的微弱信号检测方法，研制新的微弱信号检测设备是目前检测技术领域的一个热点。

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。所以针对微小信号测量，我们很有必要针对锁相放大器进行研究和设计.

1.3本文主要工作

微弱信号检测是随着工程应用而不断发展的一门学科。对于强噪声背景环境下微弱信号检测方法的研究是信号处理技术中的综合技术和尖端领域，随着社会及科技的发展，微弱信号检测己经在物理、化学、天文、生物、医学以及