锁定放大器实验分析报告.doc

A6 ：潘美方、于溪、石汶奇 锁定放大器的设计（C题） 摘 要 本系统是基于锁定放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声的影响下微弱正弦波的幅值。本系统由纯电阻分压网络、加法器、交流放大器、带通滤波器、滞回比较器、相敏检波器、低通滤波器和直流放大电路组成。本系统是以相敏检波器为核心，参考信号经过移相后，通过滞回比较器触发整形产生方波。移相电路用于调整方波与正弦波相位一致性，开关乘法器CD4053在方波的驱动下对正弦波进行全波整流，最后通过低通滤波器和直流放大器检测出微弱信号，并通过MCU采样，在液晶屏上显示微弱信号的幅度。经最终的测试，系统能较好的完成微弱信号的检测。 Abstract This system is a device for weak signal detection based on Lock-in amplifier,which can be used to detect the weak amplitude sine wave under the influence of strong noise.The system consists of a purely resistive divider network,adders,AC amplifier,a bandpass filter,hysteresis comparator,phrase sensitive detector,a low-pass filter and a DC amplifier circuit.The phrase shifter is for adjusting the phase of the square wave and sine wave consistency,with switch multiplier CD4053 driving under the square wave full-wave rectified sine wave.Finally, after go through the low-pass filter and a DC amplifier,we detect the weak signal with sampling by MCU, and display the amplitude of the weak signal on the LCD screen.After the final test, the system can complete the detection of weak signals well. 1 系统方案 1.1 方案比较与选择 1.1.1 触发整形电路 方案一：采用单限比较器。电路简单，但是当输入电压在阈值电压附近的任何微小变化都会引起输出电压的跃变，抗干扰能力差，因此不选用此方案。 方案二：采用滞回比较器。它具有滞回特性，有惯性，电路有很高的抗干扰能力，且较稳定，因此选用方案二。 1.1.2 移相电路 方案一：采用MSP430单片机进行移相。利用捕获矩形波信号的上升沿，检测矩形波的周期，并把矩形波转变为方波，通过定时器延时输出高低电平的起始时间，按键选择延时大小，根据延时便可计算出相移的大小，此方案准确度高，但易受环境噪声的影响 ,且软件工作量大，因此不选用此方案。 方案二：采用低通滤波电路作为移相电路，利用RC电路，可以连续调节相位接近180度，设计两阶RC电路可使相位调整到360度，电路比较简单，性能较稳定，且减小了软件的工作量，因此选用方案二。 1.1.3 带通滤波器电路 方案一：采用椭圆带通滤波器，理论上椭圆滤波器可以实现窄带滤波，但通带和阻带内有起伏，对器件参数的灵敏度较高，参数调节较困难。因此不选用此方案。 方案二：利用多阶低通滤波器和高通滤波器串联，得到带通滤波器，通带比较平坦，且电路设计较简单。但该方案需要使用运放较多，器件较多，整体参数不易控制。故不选用此方案。 方案三：采用双放大器带通（DABP）滤波器，结构对于要求高Q和高频的设计十分有用。其元件灵敏度低，原件扩散度低。这种电路的一个有用特性是，其Q和谐振频率可在一定程度上独立调节。而且电路结构典型模块化，便于使用。因此选用方案三。 1.2 方案描述 系统总体框图如图1所示。系统由纯电阻分压网络、加法器、交流四级放大器、触发整形电路、移相电路、相敏检波器、低通滤波器和直流放大电路组成。利用同相加法器在原始信号中加入噪声，经过四级放大电路获得信号x1(t)，x1(t)经过带通滤波器获得信号x(t)，参考信号R(t)经过移相