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1、得分教师签名批改日期深圳大学实验报告课程名称： 近代物理实验二课程编号：实验名称：锁相放大实验学院：物理科学与技术专业：应用物理班级：组号：第五组指导教师：张哲煌报告人：学号：实验地点科技楼316实验时间：2013年4月9日实验报告提交时间：locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,du
2、etomissedfatal,whennightcame实验目的1、了解相关检测基本原理；2、了解锁相放大器的基本组成,特性参数和应用；3、学习正确使用锁相放大器。实验原理1、相关检测及相关检测器相关：指两个函数间有一定的关系。相关包括自相关和互相关两种。1）.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(3.1.1)1．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（3.1.2）式中Rsr(
3、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（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。根据此原理设计的相关检测器见图（3.1.1）所示。它是锁相放大器的心脏。locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocus
4、edontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame图3.1.1相关检测器通常相关检测器由乘法器和积分器构成。乘法器有两种：一种是模拟式乘法器：另一种是开头式乘法器，常采用方波作参考信号，而积分通常由RC低通滤波器构成。现在令式（3.1.3）中两个信号均为正弦波：等测信号为Vs(t)=escosωt;参考信号为Vr(t-τ)=ercos[(ω
5、+Δω)t+φ].在式中r为两个信号的延迟时间。它们进入乘法器后变换输出为V(t)，即由原来以ω为中心频率的频谱变换成以Δω及和频2ω为中心的两个频谱，通过低通滤波器（简称LPF）后，和频信号被滤去，于是经LPF输出的信号为若两信号频率相同（这符合大多数实验条件），则Δω=0，上式变为（3.1.4）式中K是与低通滤波器的传输系数有关的常数。上式表明，若两个相关信号为同频正弦波时，经相关检测后，其相关函数与两信号幅度的乘积成正比，同时与它们之间位相差的余弦成正比，特别是当待测信号和参考信号同频同位相，即Δω=0，φ=0时，输出最大，即可见参考信号也参与了输出。为保证高质量的检测，参
6、考信号必须非常稳定。实际常用的参考信号Vr(t)是方波。对于Vr(t)是方波的情况，相应采用开关式乘法器，称为相敏检波器（简称PSD）。可将它等效为按输入信号Vs(t)的频率来改变极性的双刀掷开关（参见图10.2.2），此时可令locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomiss
7、edfatal,whennightcame当待测信号频率和参考信号基波相同时，即ωr=ωs，LPE的输出为,(3.1.5)式中k仍是与LPF传输系数有关的常数，式（3.1.5）表明，在Vr(t)为方波的情况，经相关检测后，其输出仅与待测信号的幅度es成正比，与两信号的相位差φ成正比。如图（3.1.2）中Vs(t)和Vr(t)同时改变极性，则两者相位差φ=0，则图3.1.2相敏检波器的等效开关电路V(t)为全部“正”或“负”的脉动，否则V(t)就是“正”或“负”交替的交流信号。信号
