第四章锁相放大器ppt课件.ppt

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1、微弱信号检测4锁相放大器4.1概述4.1.1特点锁相放大器相当于高Q值带通滤波器，采用一种特殊的方法，利用低通滤波器代替带通滤波器，使“实际的”带通滤波器的Q值提高到107左右，而且实现了一种特殊的带通滤波器，能够自动地将中心频率跟踪和保持在测量频率上。14锁相放大器4.1概述4.1.2原理24.2理论基础4.2.1相关检测原理(1)自相关检测3延迟τLPF4锁相放大器4xi(t)与ni(t)相互独立，则互不相关，因而为零。当xi(t)为白噪声、且τ足够大时，Rx(τ)→0。当ni(t)为振幅等于1的正弦信号，4锁相放大器4.2理论基础4.

2、2.1相关检测原理(1)自相关检测5延迟τLPFxi(t)与ni(t)相互独立，则互不相关，因而为零。4锁相放大器4.2理论基础4.2.1相关检测原理(2)互相关检测64锁相放大器4.2理论基础4.2.1相关检测原理(3)τ的选择对于互相关检测，设被检测信号为正弦波取τ=0,Rn(τ)具有最大值。4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)(1)乘法器型相敏检测器PhaseSensitiveDemodulator相位灵敏调解器／相敏检测LPF①正弦波信号、正弦波参考4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘

3、法器型相敏检测器①正弦波信号、正弦波参考Ⅰ幅频特性LPF为一阶RC低通滤波器幅频／相频特性4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器①正弦波信号、正弦波参考Ⅰ幅频特性LPF为一阶RC低通滤波器Δω＝ω－ω0ω0

4、H(ω)

5、ω0.707ω0-ω=1/RC4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器①正弦波信号、正弦波参考Ⅰ幅频特性LPF为一阶RC低通滤波器-3dB带宽（半边带）-6dB带宽（半边带）4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器①正弦波信号、正弦波参

6、考Ⅱ相频特性4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器②正弦波信号、方波参考LPF滤出≥2ω0的交流成分后和频差频4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器③正弦波信号＋单频等幅噪声、正弦波参考和频差频4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器④正弦波信号＋窄带白噪声、正弦波参考4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器④正弦波信号＋窄带白噪声、正弦波参考主要噪声项4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检

7、测器⑤信噪改善(正弦波信号＋窄带白噪声、正弦波参考)输入噪声功率输入信号功率输出噪声功率输出信号功率等效噪声带宽4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器⑤信噪改善(正弦波信号＋窄带白噪声、正弦波参考)若LPF为一阶RC回路（A0＝1）4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(1)乘法器型相敏检测器⑥正弦波信号＋窄带白噪声、方波参考加入输入带通滤波器4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(构成框图)(同乘法型PSD间的区别)变压器倒相加模拟开关运算放大器倒相

8、加模拟开关方波参考Vr=14锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(波形图)方波参考Vr=14锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路)①差分输出放大器②单刀双掷模拟开关HC4053三单刀双掷模拟开关4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路)③差分输出放大器＋单刀双掷模拟开关组合电路(乘法)方波参考4锁相放大器4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)(2)

9、开关型相敏检测器(基本器件与电路)④IGFET＋单端输出集成运放组合电路(乘法)方波参考4锁相放大器4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成(1)信号通道①交流放大器(低噪前置＋AC放大)②带通滤波器4锁相放大器4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成(1)信号通道①交流放大器②带通滤波器(LPF＋HPF原理图)4锁相放大器4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成(1)信号通道①交流放大器②带通滤波器(LPF＋HPF特性曲线)4锁相放大器4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成(1)信号通道(2)参考通道(过零单稳触发Ui＋移相Uo＋方波形

10、成)移相器4锁相放大器4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成(1)信号通道移相器及其时序(2)参考通道Ra>Rb，则Ib>Ia4锁相放大器4.3锁定放大器的组成4.3.2正交矢