微弱信号检测.doc

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1、微弱信号检测实验报告微弱信号检测电路实验报告课程名称：微弱信号检测电路专业名称：电子与通信工程＿＿＿年级：＿＿＿＿＿＿＿学生姓名：＿＿＿＿＿＿学号：＿＿＿＿＿任课教师：＿＿＿＿＿＿＿16微弱信号检测实验报告微弱信号检测装置摘要：本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下，识别出已知频率的微弱正弦波信号，并将其放大。该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路组成。其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路完成微小信号的检测。本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4066，最后通过低

2、通滤波器输出直流信号检测出微弱信号。经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。关键词：微弱信号检测锁相放大器相敏检测强噪声16微弱信号检测实验报告1　系统设计1.1设计要求设计并制作一套微弱信号检测装置，用以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。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。正弦波信号源微弱信号检测电路噪声源VSVNVCVo

3、纯电阻分压网络输出加法器ViABCDE图1微弱信号检测装置示意（1）基本要求①　噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V±0.1V；加法器的输出VC=VS+VN，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。②　微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1MW。③　当输入正弦波信号VS的频率为1kHz、幅度峰峰值在200mV~2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。（2）发挥部分①　当输入正弦波信号VS的幅度峰峰值在20mV~2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。②　扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz~2kHz

4、范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。③　进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。④　其它（例如，进一步降低VS的幅度等）。16微弱信号检测实验报告1.2方案比较与选择方案一：采用滤波电路检测微小信号，通过滤波电路将微小信号从强噪声中检测出来，但滤波电路中心频率是固定的，而信号的频率是可变的，无法达到要求，所以该方案不可行。方案二：采用取样积分电路检测小信号，利用取样技术，在重复信号出现的期间取样，并重复N次，则测量结果的信噪比可改善倍，但这种方法取样效率低，不利于重复频率的信号恢复。方案三：采用锁相放大器检测小信号，锁相放大器由信号通道、参考通道、和相

5、敏检波器等组成，其中相敏检波器（PSD）是锁相放大器的核心，PSD把从信号通道输出的被测交流信号进行相敏检波转换成直流，只有当同频同相时，输出电流最大，具有很好的检波特性。由于该测试信号的频率是指定的且噪声强、信号弱，正好适合于锁相放大器的工作情况，故选择方案三。1　电路设计1.加法电路一、交流放大与噪声的施加微弱信号通常被大幅值的噪声信号淹没，本项目中模拟产生一个微弱信号，并将其与噪声叠加，图1采用了同相加法电路，芯片选用OPA227P。噪声源采用虚拟仪器——Agilent函数发生器产生。设置将Agilent函数发生器的噪声峰峰值设为4V，信号源设为200mV，频率设为1k

6、Hz。示波器测量加法器的输出，其输出信号如图2所示。16微弱信号检测实验报告图1同相加法电路图2信号与噪声叠加输出波形1.纯电阻衰减电路本项目是微弱信号的检测，所以需要将上述叠加有噪声的信号用纯电阻分压衰减，衰减后的输出信号，才是本项目要检测的微弱信号。纯电阻衰减倍数为=2/（200+2）=101，电路如图3所示。16微弱信号检测实验报告图3纯电阻衰减电路1.INA128p放大电路INA128是低功耗高精度的通用仪表放大器。用于纯电阻衰减后的第一级，微弱信号检测电路中，多级放大中的第一级放大倍数要高，而且必须为低噪声运放。这样放大电路产生的噪声才低。本设计中放大倍数设计的是，

7、当Rg=250Ω时，放大201倍，电路如图4所示。图4INA128放大电路2.带通滤波电路Mutism13.1软件自带有带通电路设计功能，在带通滤波电路中，由一个二阶低通滤波器和一个二阶高通滤波器级联构成，有源带通滤波器选择契比雪夫滤波器，低通截止频率为200Hz，高通截止频率7.5KHz，即带宽为200-7.5kHz。16微弱信号检测实验报告生成电路如图5所示。用波特仪观察幅频特性在1KHz处放大1倍，在200Hz和7.5Khz处衰减到0.707倍，衰减3dB。使用虚拟仪器波特测试仪幅频特性如下图6所