微弱信号检测课后习题讲解
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微弱信号检测-1
干扰源电压
干扰噪声及其抑制技术 在干扰频率1MHz，干扰源电压5V， 在干扰频率1MHz，干扰源电压5V，寄生电容 1MHz 5V 0.01pF的情况下 干扰输入电压为31.4mV 的情况下， 31.4mV。 0.01pF的情况下，干扰输入电压为31.4mV。 3.14V 100倍 100倍
电场耦合 对放大器的干扰
干扰噪声及其抑制技术 4、磁场耦合干扰的抑制
（a）双绞线相邻结产生的感应电动势相互抵消 ）
（b）利用大面积的地线减少互感 ）
（c）减小干扰源 di /dt ）
干扰噪声及其抑制技术 高导磁材料
图11 利用铁磁物质屏蔽抑制磁场干扰 (a)屏蔽干扰源； 屏蔽干扰源； (b)屏蔽敏感电路 屏蔽干扰源 屏蔽敏感电路
d v = - ∫ B.dA dt A
干扰噪声及其抑制技术 3、经互感耦合
电磁耦合 示意图 等效电路图
互感 干扰电压
干扰源电流
U nc = j ω MI n
干扰噪声及其抑制技术 互感耦合对交流电桥的干扰
在干扰频率10kHz， 在干扰频率10kHz， 10kHz 干扰源电流10mA 10mA， 干扰源电流10mA，互 0.1µH的情况下， 感0.1 H的情况下， 干扰电压为62.8 62.8µV 干扰电压为62.8 V。
干扰噪声及其抑制技术
第一讲 干扰噪声及其抑制技术
工业现场干扰会造成检测电路失去测量精度甚至测量结 果失常。本章讨论常见的干扰类型、干扰传输途径以及干扰 果失常。本章讨论常见的干扰类型、干扰传输途径以及干扰 干扰类型 以及 抑制方法。 抑制方法。 把那些不需要的电压和电流， 把那些不需要的电压和电流，并在一定条件下形成危害电 路正常工作的电量信号（干扰电压和干扰电流），称为“噪声” ），称为 路正常工作的电量信号（干扰电压和干扰电流），称为“噪声”， 或者“干扰” 或者“干扰”。 通常，以干扰电量为对象进行研究时，多使用“噪声” 通常，以干扰电量为对象进行研究时，多使用“噪声”这 个词；以干扰电量所造成的危害作用为对象进行研究时， 个词；以干扰电量所造成的危害作用为对象进行研究时，多使用 干扰”这个词。 “干扰”这个词。 我们把设备或系统中除去有用信号以外的所有电磁信号称 为电磁噪声（简称噪声）。由电磁噪声引发不期望得到的结果， ）。由电磁噪声引发不期望得到的结果 为电磁噪声（简称噪声）。由电磁噪声引发不期望得到的结果， 称为电磁干扰（简称干扰）。 称为电磁干扰（简称干扰）。 噪声是原因，干扰是后果。 噪声是原因，干扰是后果。
干扰噪声及其抑制技术 在干扰频率1MHz，干扰源电压5V， 在干扰频率1MHz，干扰源电压5V，寄生电容 1MHz 5V 0.01pF的情况下 干扰输入电压为31.4mV 的情况下， 31.4mV。 0.01pF的情况下，干扰输入电压为31.4mV。 3.14V 100倍 100倍
电场耦合 对放大器的干扰
干扰噪声及其抑制技术 4、磁场耦合干扰的抑制
（a）双绞线相邻结产生的感应电动势相互抵消 ）
（b）利用大面积的地线减少互感 ）
（c）减小干扰源 di /dt ）
干扰噪声及其抑制技术 高导磁材料
图11 利用铁磁物质屏蔽抑制磁场干扰 (a)屏蔽干扰源； 屏蔽干扰源； (b)屏蔽敏感电路 屏蔽干扰源 屏蔽敏感电路
d v = - ∫ B.dA dt A
干扰噪声及其抑制技术 3、经互感耦合
电磁耦合 示意图 等效电路图
互感 干扰电压
干扰源电流
U nc = j ω MI n
干扰噪声及其抑制技术 互感耦合对交流电桥的干扰
在干扰频率10kHz， 在干扰频率10kHz， 10kHz 干扰源电流10mA 10mA， 干扰源电流10mA，互 0.1µH的情况下， 感0.1 H的情况下， 干扰电压为62.8 62.8µV 干扰电压为62.8 V。
干扰噪声及其抑制技术
第一讲 干扰噪声及其抑制技术
工业现场干扰会造成检测电路失去测量精度甚至测量结 果失常。本章讨论常见的干扰类型、干扰传输途径以及干扰 果失常。本章讨论常见的干扰类型、干扰传输途径以及干扰 干扰类型 以及 抑制方法。 抑制方法。 把那些不需要的电压和电流， 把那些不需要的电压和电流，并在一定条件下形成危害电 路正常工作的电量信号（干扰电压和干扰电流），称为“噪声” ），称为 路正常工作的电量信号（干扰电压和干扰电流），称为“噪声”， 或者“干扰” 或者“干扰”。 通常，以干扰电量为对象进行研究时，多使用“噪声” 通常，以干扰电量为对象进行研究时，多使用“噪声”这 个词；以干扰电量所造成的危害作用为对象进行研究时， 个词；以干扰电量所造成的危害作用为对象进行研究时，多使用 干扰”这个词。 “干扰”这个词。 我们把设备或系统中除去有用信号以外的所有电磁信号称 为电磁噪声（简称噪声）。由电磁噪声引发不期望得到的结果， ）。由电磁噪声引发不期望得到的结果 为电磁噪声（简称噪声）。由电磁噪声引发不期望得到的结果， 称为电磁干扰（简称干扰）。 称为电磁干扰（简称干扰）。 噪声是原因，干扰是后果。 噪声是原因，干扰是后果。
微弱信号检测技术第四讲锁定放大技术
移相器使q＝0，输出电压的幅度值最大，实
现监频监相。
• 2、 x(t)为正弦波，r(t)为方波
x(t)=Vscos(w0t+q)
r(t)
4Vr
(1)n1
n1 2n 1
cos[(2n
1)w0t]
• PSD输出为：
u p (t)
2VsVr
n1
(1)n1 2n 1
cos[(2n
为q＋ 90°
• 正交矢量型锁定放大器的同相输出：
I Vs cosq
• 正交输出：
Q Vs sin q
• 被测信号的幅度和相位：
Vs I 2 Q2
q arctan(Q / I )
4.3.3 外差式锁定放大器
• 利用频率变换器将输入信号的频率变换到 一个固定频率上，然后进行带通滤波和相 敏检测，以便带通滤波器和相敏检测器的 最佳设计，以及避免带通滤波器的调节。
• 信号通道：交流放大输入信号，以满足推 动PSD；滤除带外噪声和干扰； 与信号源进行噪声匹配。
• 参考通道：调理参考信号和调整相位。
• 相敏检测器：对输入信号和参考信号完成乘 法运算，得到二者的和频与差频 的谐波信号。
• 低通滤波器：滤掉高次谐波和高频信号成 分，提取深埋在噪声中的微弱信号。
4.2 相敏检测
• x(t)与r(t)相乘，结果为： up(t)=x(t). r(t)
= 0.5Vscosq Vscos(2w0t+q) +0.5Vncos[(wn+w0) t+a] +0.5Vncos[(wn-w0) t+a]
• 4、 x(t)和r(t)均为方波
现监频监相。
• 2、 x(t)为正弦波，r(t)为方波
x(t)=Vscos(w0t+q)
r(t)
4Vr
(1)n1
n1 2n 1
cos[(2n
1)w0t]
• PSD输出为：
u p (t)
2VsVr
n1
(1)n1 2n 1
cos[(2n
为q＋ 90°
• 正交矢量型锁定放大器的同相输出：
I Vs cosq
• 正交输出：
Q Vs sin q
• 被测信号的幅度和相位：
Vs I 2 Q2
q arctan(Q / I )
4.3.3 外差式锁定放大器
• 利用频率变换器将输入信号的频率变换到 一个固定频率上，然后进行带通滤波和相 敏检测，以便带通滤波器和相敏检测器的 最佳设计，以及避免带通滤波器的调节。
• 信号通道：交流放大输入信号，以满足推 动PSD；滤除带外噪声和干扰； 与信号源进行噪声匹配。
• 参考通道：调理参考信号和调整相位。
• 相敏检测器：对输入信号和参考信号完成乘 法运算，得到二者的和频与差频 的谐波信号。
• 低通滤波器：滤掉高次谐波和高频信号成 分，提取深埋在噪声中的微弱信号。
4.2 相敏检测
• x(t)与r(t)相乘，结果为： up(t)=x(t). r(t)
= 0.5Vscosq Vscos(2w0t+q) +0.5Vncos[(wn+w0) t+a] +0.5Vncos[(wn-w0) t+a]
• 4、 x(t)和r(t)均为方波
哈工大课件-微弱信号检测-1
采用高导磁材料作屏蔽层，以便让低频干扰磁力线从
磁阻很小的磁屏蔽层中通过，使内部电路免受低频磁
场耦合干扰的影响。
干扰噪声及其抑制技术
为了有效地进行低频磁屏蔽，屏蔽层材料要选
用诸如坡莫合金之类对低磁通密度有高导磁率的铁
磁材料，同时要有一定的厚度以减小磁阻。
由铁氧体压制成的罐形磁芯可作为磁屏蔽使用，
并可以把它和电磁屏蔽导体一同使用。为提高屏蔽
VN
V1 1 R SC2 g 1 SC12 R 1 SC2 g
1 R SC2 g 1 R SC2 g
当
R
1 j (C12 C2 g )
时，
当
N R
1 C12 RV V j 1 j (C12 C2 g )
时，
V1 RSC12 RS (C12 C2 g ) 1
干扰噪声及其抑制技术
第一讲
干扰噪声及其抑制技术
工业现场干扰会造成检测电路失去测量精度甚至测量结
果失常。将讨论常见的干扰类型、干扰传输途径以及干扰抑 制方法。 把那些不需要的电压和电流，并在一定条件下形成危害电 路正常工作的电量信号（干扰电压和干扰电流），称为“噪声”， 或者“干扰”。 通常，以干扰电量为对象进行研究时，多使用“噪声”这 个词；以干扰电量所造成的危害作用为对象进行研究时，多使用 “干扰”这个词。 我们把设备或系统中除去有用信号以外的所有电磁信号称 为电磁噪声（简称噪声）。由电磁噪声引发不期望得到的结果， 称为电磁干扰（简称干扰）。 噪声是原因，干扰是后果。
干扰噪声及其抑制技术 2、公共阻抗耦合
共阻抗耦合 等效电路
用合适的接地措施可以有效地 电源内阻引起的共阻抗干扰 克服公共阻抗耦合噪声。
微弱信号检测技术 第五讲取样积分与数字式平均
则在t时刻的积分平均结果为：
V0
(t)
1 Tg
t
tT g Vm exp( jwt')dt'
Vm
exp( jwt jwTg
)
[1
exp(
jwTg
)]
xi (t)
jwTg
[1
c os (wTg
)
j sin(wTg )]
xi
(t)
exp(
jwTg
/
2)
sin(wTg wTg /
/ 2) 2
• 取样积分的频率响应为：
sn0 =(Nsn2)1/2
• 输出信噪比为
SNR0=Ns/ sn0=N1/2SNRi
• 信噪改善比 SNIR＝√N
这就是√N法则。
• (2)噪声n(t)为高斯分布有色噪声
5.6.3 数字式平均的频域描述
• 将数字式累加平均输出等效为取样脉冲与输 入信号的卷积，即：
A(t)
1
N 1
[x(t) (t iT )]
• 信号通道输出为A，标准通道输出为B，在功
能模块进行A和B的数学运算：A/B、A-B、 A●B、lg(A/B)等。
5.4.3 多点取样积分系统
• 对于单点取样系统，每个信号周期内 只对信号取样一次，取样效率很低。如果 信号周期很长(频率很低)，会引入一系列 的问题，给测量结果造成误差。
• 如果在每个信号周期内取样多点，经 过不太多个信号周期就可得到测量结果。 这就是多点取样积分器，电路结构相对复 杂一些，但取样效率提高。
噪声的均值为0，使得输出的信噪比为无穷 大。因此，
SNIR →∞。
也就是说，只要N足够大，就可得到期望的
SNIR。
V0
(t)
1 Tg
t
tT g Vm exp( jwt')dt'
Vm
exp( jwt jwTg
)
[1
exp(
jwTg
)]
xi (t)
jwTg
[1
c os (wTg
)
j sin(wTg )]
xi
(t)
exp(
jwTg
/
2)
sin(wTg wTg /
/ 2) 2
• 取样积分的频率响应为：
sn0 =(Nsn2)1/2
• 输出信噪比为
SNR0=Ns/ sn0=N1/2SNRi
• 信噪改善比 SNIR＝√N
这就是√N法则。
• (2)噪声n(t)为高斯分布有色噪声
5.6.3 数字式平均的频域描述
• 将数字式累加平均输出等效为取样脉冲与输 入信号的卷积，即：
A(t)
1
N 1
[x(t) (t iT )]
• 信号通道输出为A，标准通道输出为B，在功
能模块进行A和B的数学运算：A/B、A-B、 A●B、lg(A/B)等。
5.4.3 多点取样积分系统
• 对于单点取样系统，每个信号周期内 只对信号取样一次，取样效率很低。如果 信号周期很长(频率很低)，会引入一系列 的问题，给测量结果造成误差。
• 如果在每个信号周期内取样多点，经 过不太多个信号周期就可得到测量结果。 这就是多点取样积分器，电路结构相对复 杂一些，但取样效率提高。
噪声的均值为0，使得输出的信噪比为无穷 大。因此，
SNIR →∞。
也就是说，只要N足够大，就可得到期望的
SNIR。
微弱信号检测作业
H( j)
R1C1
1 R1C1 2 1 R2C2 2
当ω=0 时，电路的增益 A0=1
2
等效噪声带宽 Be 0 1
R1C1
R1C12 1
R2C2 2
d
1
1
C2 R2 C1R1
2
1 4C2 R2
1
1 (RC)2
当ω=0 时，电路的直流增益 A0=1 等效噪声带宽
Be
0
1
2 d
(rad / s )
1 (RC)2
2RC
令幅频响应函数 H ()
1 2
计算出电路的-3dB
带宽
B0
1 RC
(rad
/
s)
(5)求二阶带通滤波器的噪声带宽，其中 R1C1>R2C2。
RY
( )
N0 4RC
e
RC
由式
Px
1 2
Sx
( )d
得
y
的功率
PY
1 2
SY
( )d
N0 4
1
1 ( RC)
2
d
令
RC
N0 4 RC
1
1
2
d
N0 4 RC
已知电路的幅频响应函数为
H ( j)
T0
T0
E( A2 ) 1
T0
T0 2 cos 2 t
T0 2
T0
第一部份 微弱信号检测-基础PPT课件
微弱信号检测—基础
实例一、深空探测
微弱信号检测—基础
实例二、生命探测仪
生命探测仪是借着感应人体 所发出超低频电波产生之电场(由 心脏产生)来找到"活人"的位置。 配备特殊电波过滤器可将其它动 物，诸如狗、猫、牛、马、猪等 不同于人类的频率加以过滤去除， 使生命探测仪只会感应到人类所 发出的频率产生之电场。
微弱信号检测—基础
第1节 微弱信号检测绪论
1.1 微弱信号检测概述 1.2 课程内容安排及要求 1.3 常规小信号检测方法 1.4 微弱信号检测的基本方法 1.5 微弱信号检测的应用成效
微弱信号检测—基础
1.1 微弱信号检测方法概述
(1) 当今科学技术的进步对测量技术提出了更高的要求。 极端条件下的测量，是当今科学技术的前沿课题。
微弱信号检测—基础
1.1 微弱信号检测方法概述
(5) “微弱信号”的含义 2
0
y(t) 2Asin(t ) n(t) -2 0
SNRV S / N A /
5
A 1
0
0.1 SNRV 10
-5
0
1.0 SNRV 1
50
10 SNRV 0.1
0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
微弱信号检测—基础
1.2 课程内容安排及要求
（1）课程内容和学时分配
微弱信号检测 （36学时）
课堂讲授 （24学时）
实验 （9学时）
研讨课 （3学时）
基础理论 （12学时）
检测方法 （9学时）
案例教学 （3学时）
CH15微弱信号检测含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第15章微弱信号检测一、单项选择题1、噪声是一种（）A、离散型随机变量B、连续型随机变量C、离散型确定变量D、连续型确定变量2、锁相放大器具有极强的抑制噪声的能力。
锁相放大器是一种利用( )设计的同步相干检测仪A、互相关原理B、自相关原理C、弱相关原理D、强相关原理二、多项选择题1、微弱信号检测的目的是（）A、从噪声中提取出有用信号B、提取小信号C、用一些新技术和新方法来提高检测系统输入输出信号的信噪比D、发现噪声2、以下说法正确的是（）A、电子线路的噪声大都是一种平稳随机过程；B、互相关与几个噪声同时形成干扰有关；C、自相关是随机平稳过程的一个重要特征；D、绝大多数噪声是相互独立的。
3、相关检测分为（）两种情形A、自相关检测B、互相关检测C、弱相关检测D、强相关检测4、以下利用了同步积累法制作的是（）A、同步积分器B、取样积分器C、数字多点平均器D、锁相放大器三、填空题1、微弱信号是相对背景噪声而言，其的一类信号。
2、微弱信号检测的任务是采用电子学、信息论、计算机及物理学、数学的方法，分析，研究被测信号的特点与相关性，对被噪声淹没的微弱有用信号进行。
3、所谓相关检测就是利用的特点，通过的计算，达到从噪声中检测出微弱信号目的的一种技术。
4、同步积累法利用了信号的和噪声的。
四、简答题1、简述自相关检测的原理。
2、简述互相关检测的原理。
3、简述相干检测的原理。
4、什么是微弱信号检测？5、微弱信号检测的目的是什么？6、什么是噪声？7、简述锁相放大器的组成与工作原理。
8、同步积分器、取样积分器、数字多点平均器各自适用的条件是什么？第15章 微弱信号检测一、单项选择题二、多项选择题三、填空题四、简答题1、答：实现自相关检测的原理如图A.8所示。
图A.8 自相关检测原理框图设输入信号()x t 由被测信号()s t 和噪声()n t 组成，即：()()()x t s t n t =+。
()x t 同时输入到相关接收机的两个通道，其中一个通过延时器使其延迟一段时间τ。
微弱信号检测原理
狭义噪声是指来自于被测对象、传感器、比较测定系统内 部的广义噪声。其特点 ：不可能彻底排除，只能设法减少， 这些噪声是随机的。如果最终测量是电信息，自然，主要噪声 也是电噪声，常称这类噪声为电子噪声（如常见的：热噪声、 暗电流噪声、散粒噪声和低频噪声）。
（2）电子噪声
由前面所知，电子噪声主要有热噪声、暗电流噪声、散粒噪声
最常见的是市电的干扰和附近的有强电的外部器件。从理 论上讲，干扰是属于理想上可排除的噪声。值得注意是：在弱 信号检测时，电源干扰必须引起足够的重视。常见的电源干扰 有：①供电线路中的严重超载引起的电压降低，②大负载切断 时造成的超压，③非线性功率因子负载，引起的正弦波失真， ④电源频率与相位漂移，⑤配电盘后的其它用电设备引入的共 模干扰，⑥配电盘前的输电线受外界的影响带入的常模噪声， ⑦瞬变尖峰干扰。
1）有效噪声水平
对于一个稳定的信号，噪声使测量值在信号值上、下起伏，
即噪声有正、有负。并且大量的起伏值集中在一定的范围内。为
此，通常噪声用其均方值来度量，此值称为有效噪声水平。对于
一电压测量系统，其有效噪声电压是：
V~N
VNi 2
12
m
12
VNi2 / m
i1
（5.7）
式中
V
i N
——表示第
第5章 微弱信号检测原理
▪5.1 微弱信号检测的基本概念 ▪5.2 频域的窄带化检测原理 ▪5.3 时频的取样平均检测原理——取样积分器 ▪5.4 微弱信号检测仪器——低噪声放大器
第5章 微弱信号检测原理
5.1 微弱信号检测的基本概念
5.1.1 何谓微弱信号检测 目前，除少数基本“量”的测量方法（如时间、长度、质量），
可以用“原器”或“准原器”与被测对象作比较而得到。大量的 物理、化学、工程技术参量的测量，是利用相关的物理现象做成 的传感器，来进行测量的。如温度的测量，可用最简单的热胀冷 缩现象作的温度计，将温度的变化转换成长度变化进行。由于当 前电学及电子学技术的发展，大量的参数测量被转换成电信号的 测量。 无论是电传感器或者是其它传感器，在作信息转换时或转换后作 信息测量时，都不可避免的会带进些“噪声”。这些噪声包括： 传感器本身的噪声、测量仪表系统的噪声以及其它随机偶然误差。 此外，被测对象本身，在测量时间内的起伏也应作测量中的噪声。
（2）电子噪声
由前面所知，电子噪声主要有热噪声、暗电流噪声、散粒噪声
最常见的是市电的干扰和附近的有强电的外部器件。从理 论上讲，干扰是属于理想上可排除的噪声。值得注意是：在弱 信号检测时，电源干扰必须引起足够的重视。常见的电源干扰 有：①供电线路中的严重超载引起的电压降低，②大负载切断 时造成的超压，③非线性功率因子负载，引起的正弦波失真， ④电源频率与相位漂移，⑤配电盘后的其它用电设备引入的共 模干扰，⑥配电盘前的输电线受外界的影响带入的常模噪声， ⑦瞬变尖峰干扰。
1）有效噪声水平
对于一个稳定的信号，噪声使测量值在信号值上、下起伏，
即噪声有正、有负。并且大量的起伏值集中在一定的范围内。为
此，通常噪声用其均方值来度量，此值称为有效噪声水平。对于
一电压测量系统，其有效噪声电压是：
V~N
VNi 2
12
m
12
VNi2 / m
i1
（5.7）
式中
V
i N
——表示第
第5章 微弱信号检测原理
▪5.1 微弱信号检测的基本概念 ▪5.2 频域的窄带化检测原理 ▪5.3 时频的取样平均检测原理——取样积分器 ▪5.4 微弱信号检测仪器——低噪声放大器
第5章 微弱信号检测原理
5.1 微弱信号检测的基本概念
5.1.1 何谓微弱信号检测 目前，除少数基本“量”的测量方法（如时间、长度、质量），
可以用“原器”或“准原器”与被测对象作比较而得到。大量的 物理、化学、工程技术参量的测量，是利用相关的物理现象做成 的传感器，来进行测量的。如温度的测量，可用最简单的热胀冷 缩现象作的温度计，将温度的变化转换成长度变化进行。由于当 前电学及电子学技术的发展，大量的参数测量被转换成电信号的 测量。 无论是电传感器或者是其它传感器，在作信息转换时或转换后作 信息测量时，都不可避免的会带进些“噪声”。这些噪声包括： 传感器本身的噪声、测量仪表系统的噪声以及其它随机偶然误差。 此外，被测对象本身，在测量时间内的起伏也应作测量中的噪声。
《传感器与检测技术(第2版)》参考答案第15章 微弱信号检测
第15章 微弱信号检测一、单项选择题二、多项选择题三、填空题四、简答题1、答：实现自相关检测的原理如图A.8所示。
()ss τ图A.8 自相关检测原理框图设输入信号()x t 由被测信号()s t 和噪声()n t 组成，即：()()()x t s t n t =+。
()x t 同时输入到相关接收机的两个通道，其中一个通过延时器使其延迟一段时间τ。
经过延迟的()x t τ-和没有经过延迟的()x t 均送入乘法器中，乘法器输出的乘积经积分器积分后输出平均值，从而得到相关函数曲线上一点的相关值。
如果改变延迟时间τ，重复前述计算就能得到相关函数()R τ与τ的关系曲线，即得到自相关输出为：()()()()()()()1lim2Txx sssnnsnnTT R x t x t dt R R R R Tττττττ-→∞=-=+++⎰根据互相关函数的性质，信号()s t 与噪声()n t 不相关，且噪声的平均值应为0，于是有：()0sn R τ=，()0ns R τ=。
且随着τ的增大，()0nn R τ→，即对于足够大的τ，可得()()xx ss R R ττ=。
这样，就得到了信号()s t 的自相关函数()xx R τ，它包含着()s t 的信息，从而可检测出有用信号。
知识点：相关检测法2、答：实现互相关检测的原理如图A.9所示。
()xy τ图A.9 互相关检测原理框图输入信号为两路：()()()x t s t n t =+为被检测信号()s t 中混入了观察噪声()n t ，()y t 为已知参考信号，要求与被测信号相关（如同频），而与噪声无相关性。
输入经延时、相乘、积分及平均运算后，得到互相关输出为：()()()()()1lim2Txy synyTT R x t y t dt R R Tττττ-→∞=-=+⎰由于参考信号()y t 与信号()s t 有某种相关性，而()y t 与噪声()n t 没有相关性，且噪声的平均值为0，只要T 足够长，一定有()0ny R τ=，则：()()xy sy R R ττ=()xy R τ中包含了信号()s t 的信息，这样，就可实现对待测信号()s t 的检测。
南开大学 近物实验9-9 微弱信号检测
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实验原理
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实验原理
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实验原理
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实验原理
（5）多点信号平均器 其可以根据时域的取样 平均来改善信噪比，浮现信 号波形。适用于低频电信号 的波形复现。其把每个周期 的许多取样信号一一对应相
微弱信号检测和 锁相放大器
目录 CONTENTS
1 2 3 4
实验原理 实验装置 实验方案 实验结果
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实验原理
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实验原理
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实验原理
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实验原理
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加求平均，改善了信噪比。
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实验原理
（6）锁相放大器 锁相放大器是利用互相关的原理设计的一种同步相干检测仪， 是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子仪器。其采用互 相接收技术，锁定了信号的频率和相位，而噪声因其频率和相位是 随机量而被衰减，将仪器一直噪声的性能提高了几个数量级。 下图为美国生产的7265DSP锁相放大器的原理图。
������（°） 105 120 135 150 165 180
V0 （V） -0.105 -0.377 -0.597 -0.793 -0.933 -1.001
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实验方案与结果
3、宽带相移器输入由1/n分频送给，将多功能信号源功能“选 择”置分频，置分频数为1至8，观察输出信号，测量输出直流电压。
大器出现过载。
微弱信号检测技术要求习题PPT精品文档53页
答：由于以下三个原因，在微弱信号近感检测装置 中进行动态范围压缩是必要的。
Hx特征：Hx的纵向特性的波形通常具有正、负峰各一 个。在高纬区（地磁Z较大，H较小）建造且在高纬 区航行的舰船，Hx＝0的点多出现在舰船中部附近 ，而Hx的两个峰值则多出现在首尾附近，但对于在 低纬区航行的舰船，在舰体中部附近既可能出现Hx ＝0，也可能出现Hx的峰值。
Hz的特性：在北半球高纬区并在该区航行的船只，Hz 在舰船下方的大部分区域都是正值，且峰值出现在 舰船中部。在低纬度建造和航行的船只，Hz的纵向 特性曲线的峰值位置随航向变化较大。但对于在北 半球且在北半球航行的舰船，在舰船下方都会出现 峰值。
ancos(ntt) bnsin(ntt)
n1
n1
n次谐波的幅值和相角：
An
an2bn2 bn
n4A，n
2
(n1,3,5,)
最后得傅立叶级数：
x(t) n4 n A co s(n 0 t 2)
(n 1 ,3 ,5 , )
4A
An 4A 4A
φn
3 5
…
ω
…ω
ω0
3ω0 5ω0
2
2、写出白噪声和限带白噪声的功率谱特征，并分别
画出其自相关函数和功率谱图。
答：白噪声： 限带白噪声：
SNN()
N0 2
SNN()PW WW 0 为其它值
RNN()(N20)() RNN()PsiW nW ()
R NN ()
SNN ()
N0 2
N0 2
0
0
白噪声
限带白噪声
3、已知离舰船中心200米处，带宽为100Hz 的舰 船
辐射噪声频带级为140dB，求舰船在中心频率50Hz 处的辐对射声声学中源心级1。m处： 解：
Hx特征：Hx的纵向特性的波形通常具有正、负峰各一 个。在高纬区（地磁Z较大，H较小）建造且在高纬 区航行的舰船，Hx＝0的点多出现在舰船中部附近 ，而Hx的两个峰值则多出现在首尾附近，但对于在 低纬区航行的舰船，在舰体中部附近既可能出现Hx ＝0，也可能出现Hx的峰值。
Hz的特性：在北半球高纬区并在该区航行的船只，Hz 在舰船下方的大部分区域都是正值，且峰值出现在 舰船中部。在低纬度建造和航行的船只，Hz的纵向 特性曲线的峰值位置随航向变化较大。但对于在北 半球且在北半球航行的舰船，在舰船下方都会出现 峰值。
ancos(ntt) bnsin(ntt)
n1
n1
n次谐波的幅值和相角：
An
an2bn2 bn
n4A，n
2
(n1,3,5,)
最后得傅立叶级数：
x(t) n4 n A co s(n 0 t 2)
(n 1 ,3 ,5 , )
4A
An 4A 4A
φn
3 5
…
ω
…ω
ω0
3ω0 5ω0
2
2、写出白噪声和限带白噪声的功率谱特征，并分别
画出其自相关函数和功率谱图。
答：白噪声： 限带白噪声：
SNN()
N0 2
SNN()PW WW 0 为其它值
RNN()(N20)() RNN()PsiW nW ()
R NN ()
SNN ()
N0 2
N0 2
0
0
白噪声
限带白噪声
3、已知离舰船中心200米处，带宽为100Hz 的舰 船
辐射噪声频带级为140dB，求舰船在中心频率50Hz 处的辐对射声声学中源心级1。m处： 解：
微弱信号检测技术第一章
国内外在信号处理领域中已有很多著作，其内 容包括信号判决、参数估计、谱估计、最佳滤波 等。这类著作强调理论严密性，但理论及方法过 于复杂，对被处理的信号及噪声性质有很多限制， 往往与实际情况有较大的差距，而且也很难在实 际中应用。所以这些方法最终停留在计算机仿真 阶段，很难形成有实用价值的仪器。
主要内容
2、 信号检测与估计理论 信号检测：噪声中信号判决（用于雷达） 信号参量估计：估计理论，噪声中估计信号某些参量。 如雷达测速。
第一章 绪论
本章主要内容 1-1 研究目的 1-2 信号与噪声 1-3 研究内容
1-1 研究目的 信息论的一个分支，噪声中提取信号 的方法，可靠的准确恢复信号。属信号处理 范畴。
1-2 信号与噪声 1、 信号：有用的信息 信息：传送有用的内容。如声音，图象等 确知信号：具有确定波形的信号
s(t ) = A sin(ωt + θ ) ， A 、 ω 、 θ 为常数
随机信号：具有随机参量的信号
s(t ) = A sin(ωt + θ ) ， A 或 ω 或 θ 为随机变量
2、 噪声：混于信号中间无用成分。 a. 外来干扰：如雷电干扰，汽车点火干扰， 工业干扰 特点：具有形状----脉冲，某一频率干扰， 仍有Байду номын сангаас机性 b. 元器件内部噪声：纯随机过程，波形没 有规律性。属本文重点研究内容
检测微弱量，如：弱光、小位移、微振动、微 温差、小电容、弱磁、弱声、微电导、微电流等。 检测方法应用在物理、化学、生物医学、地质、 磁学等领域。如：噪声中正弦信号振幅及相位检 测；噪声中周期脉冲信号波形恢复。 20世纪60年代出现第一台微弱信号检测仪器(锁 定放大器及取样积分器)，目前国内介绍此类图书 较少。
微弱信号检测课后习题讲解共17页文档
另：在匹配优先级上，优先保证频率，源电阻可以 另行进行匹配。
• 结合防护屏蔽的知识，了解一种高阻抗传 感器（例如：电容传感器，压电传感器等） 常用的电缆驱动原理，解决传感器长线传 输的问题。
上图说明 传输线上设双层屏蔽，内层屏蔽与芯线间以一个1:1放大器 耦合，外层屏蔽接地，信号最终输入一个运放。
• 噪声中恢复信号用相关法和用数字式平均 法相比较，有何相同之处，又有何区别？
相同处:
两者都可以提高SNR，基于的基本思想都是信号是确 定性的，噪声是随机的,且相加运算的次数越多，SNR越 大（SNR正比于）。
不同处: 1）适用信号特性不同； 2）提取信号的特征不同； 3）利用信号的特点不同。 4）取样的方法不同。
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
课后习题讲解
2019年12月
• 如何使放大器噪声特性最佳？
1）有源器件的选择，信号源输出电阻与放大器的最佳源电阻相等
时，电路的噪声系数最小，为 小的器件i N 并考虑工作频率；
Fmin
1eNiN 。所以放大器最好选择e 2k T
5）采用有源器件并联法，降低电路最佳源内阻，使电路与较小的 信号源内阻匹配，而不采用调整工作点法。
• 如何正确选用现成的集成放大器实现低噪 声放大？
要实现低噪声放大首先应选择eN、iN较小的集成 运放，以保证Fmin足够小；并根据输入信号的频 段和源电阻选择合适的型号，保证NF等值图中在 相应频率和源电阻下取到Fmin。
N
、
2）设置合理的偏置电路，减小偏置电路中的噪声；
3）选择合理的直流工作点，一般每个不同的信号源内阻 R s对应一 个 I C 值使噪声系数最小； 4）但是事实上，单独调整工作点不一定能使电路的噪声性能达到 最佳；对于一些源内阻很大或很小的器件，源内阻匹配就很困难。
• 结合防护屏蔽的知识，了解一种高阻抗传 感器（例如：电容传感器，压电传感器等） 常用的电缆驱动原理，解决传感器长线传 输的问题。
上图说明 传输线上设双层屏蔽，内层屏蔽与芯线间以一个1:1放大器 耦合，外层屏蔽接地，信号最终输入一个运放。
• 噪声中恢复信号用相关法和用数字式平均 法相比较，有何相同之处，又有何区别？
相同处:
两者都可以提高SNR，基于的基本思想都是信号是确 定性的，噪声是随机的,且相加运算的次数越多，SNR越 大（SNR正比于）。
不同处: 1）适用信号特性不同； 2）提取信号的特征不同； 3）利用信号的特点不同。 4）取样的方法不同。
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
课后习题讲解
2019年12月
• 如何使放大器噪声特性最佳？
1）有源器件的选择，信号源输出电阻与放大器的最佳源电阻相等
时，电路的噪声系数最小，为 小的器件i N 并考虑工作频率；
Fmin
1eNiN 。所以放大器最好选择e 2k T
5）采用有源器件并联法，降低电路最佳源内阻，使电路与较小的 信号源内阻匹配，而不采用调整工作点法。
• 如何正确选用现成的集成放大器实现低噪 声放大？
要实现低噪声放大首先应选择eN、iN较小的集成 运放，以保证Fmin足够小；并根据输入信号的频 段和源电阻选择合适的型号，保证NF等值图中在 相应频率和源电阻下取到Fmin。
N
、
2）设置合理的偏置电路，减小偏置电路中的噪声；
3）选择合理的直流工作点，一般每个不同的信号源内阻 R s对应一 个 I C 值使噪声系数最小； 4）但是事实上，单独调整工作点不一定能使电路的噪声性能达到 最佳；对于一些源内阻很大或很小的器件，源内阻匹配就很困难。
微弱信号检测技术 练习思考题
《微弱信号检测技术》练习题1、证明下列式子：（1）R xx(τ)=R xx(-τ)（2）∣ R xx(τ)∣≤R xx(0)（3）R xy(-τ)=R yx(τ)（4）| R xy(τ)|≤[R xx(0)R yy(0)]2、设x(t)是雷达的发射信号，遇目标后返回接收机的微弱信号是αx(t-τo)，其中α«1，τo 是信号返回的时间。
但实际接收机接收的全信号为y(t)= αx(t-τo)+n(t)。
（1）若x(t)和y(t)是联合平稳随机过程，求Rxy(τ)；（2）在（1）条件下，假设噪声分量n(t)的均值为零且与x(t)独立，求Rxy(τ)。
3、已知某一放大器的噪声模型如图所示，工作频率f o=10KHz，其中E n=1μV，I n=2nA，γ=0，源通过电容C与之耦合。
请问：（1）作为低噪声放大器，对源有何要求？（2）为达到低噪声目的，C为多少？4、如图所示，其中F1=2dB，K p1=12dB，F2=6dB，K p2=10dB，且K p1、K p2与频率无关，B=3KHz，工作在To=290K，求总噪声系数和总输出噪声功率。
5、已知某一LIA的FS=10nV，满刻度指示为1V，每小时的直流输出电平漂移为5⨯10-4FS；对白噪声信号和不相干信号的过载电平分别为100FS和1000FS。
若不考虑前置BPF的作用，分别求在对上述两种信号情况下的Ds、Do和Di。
6、下图是差分放大器的噪声等效模型，试分析总的输出噪声功率。
7、下图是结型场效应管的噪声等效电路，试分析它的En-In模型。
8、R1和R2为导线电阻，R s为信号源阻，R G为地线电阻，R i为放大器输入电阻，试分析干扰电压u G在放大器的输入端产生的噪声。
9、如图所示窄带测试系统，工作频率f o=10KHz，放大器噪声模型中的E n=μV，I n=2nA，γ=0，源阻抗中R s=50Ω，C s=5μF。
请设法进行噪声匹配。
微弱信号检测-第六讲
1）线性门积分电路如图5－3
❖ 图中，x(t)为被测信号，它包含有用信号s(t)和噪 声n(t)，s(t)是周期或似周期信号。r(t)是参考信号， 由它触发取样脉冲产生电路，在被测信号周期中 的指定部位产生宽度为tg的取样脉冲，在tg期间使 电子开关K闭合，以对被测信号取样。
2021/3/27
CHENLI
❖ 3、对于要恢复淹没在噪声中的脉冲波形测量， 使用取样积分与数字式平均的方法。
2021/3/27
CHENLI
2
应用简述：
❖ 取样积分在物理、化学、生物医学、核磁共振等 领域得到了广泛的应用，对于恢复淹没在噪声中 的周期或似周期脉冲波形卓有成效，例如，生物 医学中的血流、脑电或心电信号的波形测量，发 光物质受激后所发出的荧光波形测量，核磁共振 信号测量等，并研制出多种测量仪器。对于非周 期的慢变信号，常用调制或斩波的方式人为赋予 其一定的周期性，之后再进行取样积分或数字式 平均处理。随着集成电路技术和微型计算机技术 的发展，以微型计算机为核心的数字式信号平均 器应用得越来越广泛。
❖ 指数式门积分电路由普通的RC指数式积分器和 采样电子开关K串联而成，如图5－5(a)所示；图 5—5(b)指数式门积分器电路的阶跃响应曲线。
开关K始终闭合情况下的阶 跃响应曲线
2021/3/27
CHENLI
当开关K以周 期T、闭合时 间宽度Tg周期 性地通断时， 电路的阶跃响 应折线，这是 一种台阶式的 指数曲线，其 平均值用虚线 示出。
12
4）特点
❖ 由于线性门积分电路的输出幅度受到运算 放大器线性工作范围的限制，所以比较适 用于信号幅度较小的场合。如果信号幅度 较大，为数不多的若干次取样积分就有可 能使运算放大器进入非线性区，导致测量 误差，在这种情况下只能使用指数式门积 分器。
高等光学实验微弱信号检测综合实验讲解
微弱信号检测综合实验
LOGO 微弱信号检测综合实验
主要内容
1 微弱信号检测的原理
2 微弱信号检测的主要方式
3
实验设计原理
4
实验过程以及结果
5 实验过程中问题分析
微弱信号检测综合实验
微弱信号检测原理
概念解释
微弱信号
噪声
干扰
信号检测
两层含义：
信号本身非 常微弱
信号相对于 强背景噪声 而言微弱
材料，器件 的内部物理 原因所产生
自动跟踪滤波器
自动跟踪滤波器实验设计
多功能信号发生器 输出 噪声输出
宽带选相器 同相
信号输入
输出 正交
精密衰减器 A输入
一次输出 B输入
相位测量仪 信号输入 参考输入
自动跟踪数字滤波器 交流输出
信号输入 直流输出
参考输入
频率测量仪
电压测量仪 信号输入
示波器
X输入
实验设计原理
自动跟踪滤波器
自动跟踪滤波器是一种中心频率可跟随信号频率变化的带通滤波器。 其核心是开关电容滤波器。 一般有源滤波器由运放、电阻、电容组成,滤波器的中心频率与RC有 关。 开关电容滤波器是以开关电容代替滤波器中的电阻实现的。开关电容 的等效模拟电阻值受外部时钟频率控制,改变外部时钟频率就可改时间 常数,从而达到改变滤波器截止频率的目的。
参数运算及波形显示器
实验设计原理
同步积累原理
基于噪声的随机性和信号的稳定性
信号具有周 期的重复性
噪声是随机的
多次重复发 送接收
接收端接收 到不同的畸 变信号
在接收端将 重复信号叠 加
噪声相互抵 消，信号得 到提取
LOGO 微弱信号检测综合实验
主要内容
1 微弱信号检测的原理
2 微弱信号检测的主要方式
3
实验设计原理
4
实验过程以及结果
5 实验过程中问题分析
微弱信号检测综合实验
微弱信号检测原理
概念解释
微弱信号
噪声
干扰
信号检测
两层含义：
信号本身非 常微弱
信号相对于 强背景噪声 而言微弱
材料，器件 的内部物理 原因所产生
自动跟踪滤波器
自动跟踪滤波器实验设计
多功能信号发生器 输出 噪声输出
宽带选相器 同相
信号输入
输出 正交
精密衰减器 A输入
一次输出 B输入
相位测量仪 信号输入 参考输入
自动跟踪数字滤波器 交流输出
信号输入 直流输出
参考输入
频率测量仪
电压测量仪 信号输入
示波器
X输入
实验设计原理
自动跟踪滤波器
自动跟踪滤波器是一种中心频率可跟随信号频率变化的带通滤波器。 其核心是开关电容滤波器。 一般有源滤波器由运放、电阻、电容组成,滤波器的中心频率与RC有 关。 开关电容滤波器是以开关电容代替滤波器中的电阻实现的。开关电容 的等效模拟电阻值受外部时钟频率控制,改变外部时钟频率就可改时间 常数,从而达到改变滤波器截止频率的目的。
参数运算及波形显示器
实验设计原理
同步积累原理
基于噪声的随机性和信号的稳定性
信号具有周 期的重复性
噪声是随机的
多次重复发 送接收
接收端接收 到不同的畸 变信号
在接收端将 重复信号叠 加
噪声相互抵 消，信号得 到提取
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进一步结合指数门积分的信噪改善比进 行分析。
• 多点取样积分与数字式平均的区别是什么 ？
多点取样积分是模拟式的，采用模拟电路进 行积分，数字式平均则是数字式的，采用MPU或 DSP进行累加平均。
多点取样积分取样门可以做得很窄，但是电 容保持电压能力不强，适合测量高频信号。
数字式平均取样电路的ADC转换需要时间， 取样脉冲宽度不容易做窄，但是存储器的保存时 间长，适合低频信号。
因为这样回避了低频的1/f噪声和放大器缓 慢漂移混入信号，并防止了级间耦合导致的低 频噪声放大（低频信号不能进行电容耦合，慢 变噪声会被逐级放大）。
• 取样为什么要积分？积分的作用是什么？
积分可以提高信噪比。取样门积分器就 是带通滤波器，其通带宽度随RC值增加而 减少，而通带越窄，其抑制噪声能力越强， 对信噪比的改善能力越高。
F
F1
F2 1 K1
F3 1 K1K2
FM 1 K1K2 KM 1
根据弗里斯公式，对于多级放大器串联，越
是前级影响越大，所以最关键的是第一级。
• 如何使放大器噪声特性最佳？
1）有源器件的选择，信号源输出电阻与放大器的最佳源电阻相等
时，电路的噪声系数最小，为 小的器件iN并考虑工作频率；
Fm in
课后习题讲解
2012年12月
• 减小带宽可以提高信噪比
为了测量被噪声所掩埋的信号，应该将带 通滤波器的频带宽度变窄。如果将频带宽度缩 小 ，那么噪声就减小 ，而信号却不改变，其结 果是SNR（信噪比）将提高。
Px
Rx (0)
1
2
Байду номын сангаас
__
Sx ()d x2 E[x2(t)]
• 输入噪声的频带一般是远宽于有用的信号的，所 以减小带宽之后，输入噪声的带宽会减小，噪声 的功率和幅值也随之减少，而有用信号不受影响， 也就提高了信噪比。以白噪声为例，带宽减为原 带宽的 ，则噪声功率就减为 ，幅值减为 ， 有用信号不受影响（全部在减小后的带宽内）， 又因为信噪比定义为
• 噪声中恢复信号用相关法和用数字式平均 法相比较，有何相同之处，又有何区别？
相同处:
两者都可以提高SNR，基于的基本思想都是信号是确 定性的，噪声是随机的,且相加运算的次数越多，SNR越 大（SNR正比于）。
不同处: 1）适用信号特性不同； 2）提取信号的特征不同； 3）利用信号的特点不同。 4）取样的方法不同。
SNR S N
• 式中，是信号有效值，N是噪声的有效值，
• 所以信噪比增加 N 倍。
• 在低噪声放大器设计中有哪几个重要环节？
主要三个重要环节
1）有源器件的选择。 2）噪声匹配，源电阻匹配，达到当前频率下的最 小噪声系数。
3）偏置电路与直流工作点，选取合适的直流工作 点，保证直流工作点的稳定。
• 多级放大器串联关键是哪一级？
特点： 1）电缆驱动法的信号传输线由芯线与两层屏蔽层组成， 将芯线接一个跟随器再接到第一层屏蔽层，使第一层屏蔽 层的电压值等于芯线的电压值。由于芯线与第一层屏蔽层 无压差，不会发生容性耦合，因此芯线与第一层屏蔽层间 分布电容改变时不会影响信号， 2）第一层屏蔽层没有接地，所以信号也不会被分布电容 旁路。 3）第二层屏蔽层接地，耦合主要发生在第一层屏蔽层与 地二层屏蔽层间，不会影响到芯线上信号，由此消除了传 感器长线传输是芯线与屏蔽层间分布电容的干扰。
1
eN iN 2kT
。所以放大器最好选择eN
、
2）设置合理的偏置电路，减小偏置电路中的噪声；
3）选择合理的直流工作点，一般每个不同的信号源内阻 Rs对应一 个 I C 值使噪声系数最小； 4）但是事实上，单独调整工作点不一定能使电路的噪声性能达到 最佳；对于一些源内阻很大或很小的器件，源内阻匹配就很困难。
• 为什么说锁定放大器相当于高Q值带通滤波 器？
因为锁定放大器用相敏检测和低通滤波器实 现从高频载波中滤出低频信号，滤出的低频信号 带宽B可以很窄（LPF可以做到），而滤波发生的 频率是在高频w0附近，所以滤波的效果是相当于 带通滤波，且Q=w0/B会很高。
• 为什么频谱迁移后再放大，可以提高信噪 比？
此时可以采用输入变压器进行阻抗变换改变源电阻，从而便于源电 阻匹配，但是只适用于频率较高的交流信号。
5）采用有源器件并联法，降低电路最佳源内阻，使电路与较小的 信号源内阻匹配，而不采用调整工作点法。
• 如何正确选用现成的集成放大器实现低噪 声放大？
要实现低噪声放大首先应选择eN、iN较小的集成 运放，以保证Fmin足够小；并根据输入信号的频 段和源电阻选择合适的型号，保证NF等值图中在 相应频率和源电阻下取到Fmin。
另：在匹配优先级上，优先保证频率，源电阻可以 另行进行匹配。
• 结合防护屏蔽的知识，了解一种高阻抗传 感器（例如：电容传感器，压电传感器等） 常用的电缆驱动原理，解决传感器长线传 输的问题。
上图说明 传输线上设双层屏蔽，内层屏蔽与芯线间以一个1:1放大器 耦合，外层屏蔽接地，信号最终输入一个运放。
• 多点取样积分与数字式平均的区别是什么 ？
多点取样积分是模拟式的，采用模拟电路进 行积分，数字式平均则是数字式的，采用MPU或 DSP进行累加平均。
多点取样积分取样门可以做得很窄，但是电 容保持电压能力不强，适合测量高频信号。
数字式平均取样电路的ADC转换需要时间， 取样脉冲宽度不容易做窄，但是存储器的保存时 间长，适合低频信号。
因为这样回避了低频的1/f噪声和放大器缓 慢漂移混入信号，并防止了级间耦合导致的低 频噪声放大（低频信号不能进行电容耦合，慢 变噪声会被逐级放大）。
• 取样为什么要积分？积分的作用是什么？
积分可以提高信噪比。取样门积分器就 是带通滤波器，其通带宽度随RC值增加而 减少，而通带越窄，其抑制噪声能力越强， 对信噪比的改善能力越高。
F
F1
F2 1 K1
F3 1 K1K2
FM 1 K1K2 KM 1
根据弗里斯公式，对于多级放大器串联，越
是前级影响越大，所以最关键的是第一级。
• 如何使放大器噪声特性最佳？
1）有源器件的选择，信号源输出电阻与放大器的最佳源电阻相等
时，电路的噪声系数最小，为 小的器件iN并考虑工作频率；
Fm in
课后习题讲解
2012年12月
• 减小带宽可以提高信噪比
为了测量被噪声所掩埋的信号，应该将带 通滤波器的频带宽度变窄。如果将频带宽度缩 小 ，那么噪声就减小 ，而信号却不改变，其结 果是SNR（信噪比）将提高。
Px
Rx (0)
1
2
Байду номын сангаас
__
Sx ()d x2 E[x2(t)]
• 输入噪声的频带一般是远宽于有用的信号的，所 以减小带宽之后，输入噪声的带宽会减小，噪声 的功率和幅值也随之减少，而有用信号不受影响， 也就提高了信噪比。以白噪声为例，带宽减为原 带宽的 ，则噪声功率就减为 ，幅值减为 ， 有用信号不受影响（全部在减小后的带宽内）， 又因为信噪比定义为
• 噪声中恢复信号用相关法和用数字式平均 法相比较，有何相同之处，又有何区别？
相同处:
两者都可以提高SNR，基于的基本思想都是信号是确 定性的，噪声是随机的,且相加运算的次数越多，SNR越 大（SNR正比于）。
不同处: 1）适用信号特性不同； 2）提取信号的特征不同； 3）利用信号的特点不同。 4）取样的方法不同。
SNR S N
• 式中，是信号有效值，N是噪声的有效值，
• 所以信噪比增加 N 倍。
• 在低噪声放大器设计中有哪几个重要环节？
主要三个重要环节
1）有源器件的选择。 2）噪声匹配，源电阻匹配，达到当前频率下的最 小噪声系数。
3）偏置电路与直流工作点，选取合适的直流工作 点，保证直流工作点的稳定。
• 多级放大器串联关键是哪一级？
特点： 1）电缆驱动法的信号传输线由芯线与两层屏蔽层组成， 将芯线接一个跟随器再接到第一层屏蔽层，使第一层屏蔽 层的电压值等于芯线的电压值。由于芯线与第一层屏蔽层 无压差，不会发生容性耦合，因此芯线与第一层屏蔽层间 分布电容改变时不会影响信号， 2）第一层屏蔽层没有接地，所以信号也不会被分布电容 旁路。 3）第二层屏蔽层接地，耦合主要发生在第一层屏蔽层与 地二层屏蔽层间，不会影响到芯线上信号，由此消除了传 感器长线传输是芯线与屏蔽层间分布电容的干扰。
1
eN iN 2kT
。所以放大器最好选择eN
、
2）设置合理的偏置电路，减小偏置电路中的噪声；
3）选择合理的直流工作点，一般每个不同的信号源内阻 Rs对应一 个 I C 值使噪声系数最小； 4）但是事实上，单独调整工作点不一定能使电路的噪声性能达到 最佳；对于一些源内阻很大或很小的器件，源内阻匹配就很困难。
• 为什么说锁定放大器相当于高Q值带通滤波 器？
因为锁定放大器用相敏检测和低通滤波器实 现从高频载波中滤出低频信号，滤出的低频信号 带宽B可以很窄（LPF可以做到），而滤波发生的 频率是在高频w0附近，所以滤波的效果是相当于 带通滤波，且Q=w0/B会很高。
• 为什么频谱迁移后再放大，可以提高信噪 比？
此时可以采用输入变压器进行阻抗变换改变源电阻，从而便于源电 阻匹配，但是只适用于频率较高的交流信号。
5）采用有源器件并联法，降低电路最佳源内阻，使电路与较小的 信号源内阻匹配，而不采用调整工作点法。
• 如何正确选用现成的集成放大器实现低噪 声放大？
要实现低噪声放大首先应选择eN、iN较小的集成 运放，以保证Fmin足够小；并根据输入信号的频 段和源电阻选择合适的型号，保证NF等值图中在 相应频率和源电阻下取到Fmin。
另：在匹配优先级上，优先保证频率，源电阻可以 另行进行匹配。
• 结合防护屏蔽的知识，了解一种高阻抗传 感器（例如：电容传感器，压电传感器等） 常用的电缆驱动原理，解决传感器长线传 输的问题。
上图说明 传输线上设双层屏蔽，内层屏蔽与芯线间以一个1:1放大器 耦合，外层屏蔽接地，信号最终输入一个运放。