锁定放大器的设计最终讲述

《锁定放大器的设计最终讲述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2014年天津市大学生电子设计大赛【本科组】锁定放大器的设计报告第33页/共35页摘要锁定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，锁定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。本次设计是基于锁定放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。该次设计是由加法器、纯电阻分压网络、参考信号输入电路、微弱信号检测电路和显示电路组成。其

2、中微弱信号检测电路由前置放大、带通滤波、鉴相器、移相器、比较器、低通滤波、放大器构成。同相放大电路构成的加法器将噪声信号加到待测信号中，使信号淹没在噪声中，然后经过衰减器衰减100倍以上，送到微弱信号检测电路中。微弱信号检测以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相电路和比较器输出方波驱动开关管乘法器，输出直流信号经单片机ADC转换，最终在液晶显示屏上显示出来。关键字：锁定放大器；微弱信号检测；相敏检测第33页/共35页目录摘要21系统方案设计31.1方案选择与论证31.2设计思路与原理框图42锁定放大器硬件设计42.2加法器的设计52.3交流放大器的设计72.4带通滤波器的设计

3、82.5移相器的设计102.6方波驱动电路的设计132.6相敏检波器的设计142.7低通滤波器的设计172.8直流放大器的设计182.9显示模块设计193锁定放大器软件设计224系统统调结果234.1测试仪器234.2测试方案23附录1：电路原理图24附录2:元器件清单26附录3：参考文献26第33页/共35页1系统方案设计1.1方案选择与论证常用的微弱信号的检测方法有：直接滤波，积分取样，锁相放大等。方案1：直接滤波由于检测的微弱信号混在噪声之中，如果直接使用滤波的方法，因为噪声肯定含有和被测信号相同的频率，所以容易导致被测信号衰弱或者滤掉的结果，当检测的微弱信号混在噪声中

4、时,噪声含有和被测信号相同的频率，如果直接使用滤波的方法，容易导致被测信号衰弱或者滤掉，从而无法进行正常的检测。所以，直接滤波的检测方法实际效果不甚理想，不宜采用。方案2：取样积分取样积分是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，因为信号提取是经过多次重复的，而噪声多次重复的统计平均值为零，所以可以很好的提高信噪比，被噪声淹没的信号波形可以很好的显现出来。但是取样积分器测一个波形需要花很长的时间，时间效率低。另外它要求信号必须与触发脉冲同步。综上所述，此法要求较多，实现起来比较复杂，故不采用此法。方案3：锁相放大锁相放大器是一种

5、对交变信号进行相敏检波的放大器。它有三个特点：1、用调制器将直流或渐变信号调制，进行交流放大，可以避免噪声的不利影响；2、利用相敏检测器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声与信号同频又同相的概率很小；3、利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做的较窄，而且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也大大地提高。本次设计采用此法。1.2设计思路与原理框图微弱信号检测是一门新兴的技术学科。它利用电子学、信息论和物理学的方法，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，检测被噪声淹没的有用的微弱信号。第33页/共35页本设计采用模拟方法实现微弱信号的检测。通过

6、加法器将被测的微弱正弦信号和噪声相叠加，模拟出微弱信号被淹没在噪声的现象，进而进行微弱信号的检测。通过分压电阻网络减小噪声幅值，有利于后续电路的处理。接着通过微弱信号检测电路，通过处理最后输出直流量并进入到单片机进行处理。通过芯片内部的A/D转换模块，同时编写显示程序，最终将被测微弱信号显示到LCD显示屏上。锁定放大器基本组成结构框图如下图1：图1-1锁定放大器基本组成框图2锁定放大器硬件设计2.1电阻分压模块电阻分压网络有串联分压和型网络，型网络性能较好，适合在高频的条件下工作，而本题目要求的电压范围较小，故本设计采用电阻串联来作为分压网络。由于需要进行精确的进行分压，普通

7、电阻阻值误差较大，大约为5%，精密电阻的误差仅仅为0.01%，因此采用精密电阻和电位器接成电阻分压网络，确保精确的分压系数。第33页/共35页图2-1纯电阻分压网络电阻采用无感电阻，是为了防止电阻的产生的高斯白噪声对后级电路产生影响。纯电阻分压网络衰减系数A，A= (Rv14+R21) /R21。测试后电阻Rv2= 200K,Rv3=2K，A=1012.2加法器的设计2.2.1加法器电路设计本设计加法器由INA2134搭建设计电路图如图3：第33页/共35页图2-2加法器电路2.2.2加法器的测试结果经