锁定放大器c题完整版本

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1、C题：锁定放大器的设计摘要：此设计用于检测微弱信号。分析了微弱信号检测的原理，并给出了实现方案。系统分为两路通道，一路为信号通道对混入的噪声和干扰频率进行交流放大和带通滤波；另一路为参考信号通道，采用同频率待测信号进行相位调整。使其参考信号与微弱信号产生相位差，再将两路信号送入相敏检波器，低通滤波后提取需要的信号。本次设计以STM32做成的单片机实现按键步进移相，从而产生参考信号与待测信号之间的相位差，以AD630进行相敏检波去实现微弱信号的处理，再以巴特沃兹低通滤波达到信号从噪声背景中提取出来的功能。关键词：微弱信号，锁定放大器，相敏检波，STM32，滤波引言：

2、微弱信号是指深埋在背景噪声中的极其微弱的有用信号。随着科学技术的不断发展，被噪声掩盖的各种微弱信号的检测(如、弱光、微温差、微振动、弱磁、微电流等)愈来愈受到人们的重视。而对于众多的微弱量一般都通过各种传感器、放大器作非电量转换的，使检测对象变换成可测的电量。但微弱检测本身的涨落，以及传感器的优劣与检测系统的噪声影响，从而影响总的检测效果。目前，相干检测技术是使信噪比改善最大，恢复信号原形最佳的技术，同时也是众多检测技术中成熟的技术。ii目录一、方案论证与比较11.1交流放大器的方法与比较11.2带通滤波器的设计11.3触发整形电路的选择11.4移相方法比较与选择

3、11.5相敏检波器的比较与选择21.6低通滤波器类型选择2二、理论分析与参数的计算22.1信号通道分析22.2参考通道分析32.3相敏检波电路分析3三、电路设计与分析43.1交流放大电路43.2带通设计电路53.3触发整形设计电路53.4移相电路设计原理53.5相敏检波电路63.6低通滤波电路6四、测试方法和数据74.1元器件与测试仪器74.2测试数据74.3测试波形8五、结果分析与总结9ii一、方案论证与比较1.1交流放大器的方法与比较方案一：使用可编程运放PGA202,PGA203通过增益的不同组合实现对输入信号范围10uV～1mV的选择性放大，但是编程比较复

4、杂。法案二：使用LM324进行运放，因为LM324属于通用型，成本相对低，但是它检测微弱信号的能力相对较弱，温度漂移也比较高。方案三：使用AD620进行电路放大，它的外围电路更简单，输入阻抗高，输出阻抗低，增益高且抗干扰能力强，是一款专门为小信号设计的芯片。比较三者方案为了得到微弱信号放大所以使用方案三，AD620只需一个电阻就能实现控制放大，可以更好的提高增益，减少噪音。1.2带通滤波器的设计方案一：使用切比雪夫进行带通滤波，其幅频特性在通带或者阻带有等波纹特性。方案二：使用椭圆滤波，其通带和阻带内均呈现等波纹幅频特性，且相位特性的非线性也严重。方案三：使用巴特

5、沃兹进行带通滤波，优点在于它是单调上升函数，通带、阻带均无波动，而且结构简单。比较三种方案，最终选择方案三以巴特沃兹进行带通滤波，主要考虑其单调下降特性。1.3触发整形电路的选择方案一：采用LM393进行过能比较实现触发整形，它失调电压低，专为获得电压范围、单电源供电而设计，且具有单电源供电。方案二：采用6N137实现光耦隔离实现触发整形，是一款用于单通道的高速光耦合器，具有电流、电压补偿功能。比较两者方案，发现LM393设计的过能比较器对前一级影响较大，所以采用方案二。1.4移相方法比较与选择方案一：采用RC延迟，此种方案容易失真，且不好数控。方案二：采用两片S

6、TM32芯片，组成单片机移向，由于频率高，正确率大，且能够实现按键控制。对比两种方式，方案二可以实现键控的特点且相对方便，而且与串口屏连接可实现提前设定移相角度，所以选择方案二。9/91.5相敏检波器的比较与选择方案一：采用由变压器和二极管桥组成的相敏检波，这种电路结构简单，但由于需要两个变压器，使得体积大、成本高，稳定性差，不适应现代技术的要求。方案二：采用AD630芯片的乘法形式的相敏检波。由于它是近似的正弦波（参考信号）去乘检波信号所以不但排除偶次谐波而且也排除奇次谐波的影响。两者比较起来，由于AD630为主的乘法器具有无需调试检测方便，且被广泛的应用在电测

7、技术中，所以本设计采用方案二AD630组成的开关乘法器。1.6低通滤波器类型选择方案一：贝塞尔低通滤波器，具有最大平坦的群延迟线性过滤器，因而保持了过滤信号的波形。方案二：切比雪夫低通滤波器，其过度带衰减快，切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间误差最小。方案三：巴特沃斯低通滤波器，它的通频带频率响应没有起伏，比较平坦，振幅也随角频率的增加而减少。比较三者方案，发现贝塞尔低通滤波器的选择性比同阶滤波器要差，而且切比雪夫低通滤波频率响应幅度不够平坦，所以选择方案三。一、理论分析与参数的计算根据赛题要求的任务，信号通道，参考信号，相敏检波和低通滤波组成了锁定放大

8、器以下分别