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微弱信号检测装置（A题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一 二、要求 1. 基本要求 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1 M(。 （3）当输入正弦波信号的频率1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围信号 2. 发挥部分 信号VS 的0mV ~ 2V范围信号 （2）扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率00Hz ~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号 （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。 锁相放大器的原理 锁相放大器L队(Lock．in Amplifier，简称L队)就是利用互相关的原理设计的一种同步相干检测仪。它是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子设备。在测量中，噪声是一种不希望的扰乱信号，它是限制和影响测量仪器的灵敏度的白噪声和1／f噪声的低频噪声。这些噪声是无法用屏蔽等措施消除的。为了减少噪声对有用信号的影响，常用窄带滤波器滤除带外噪声，以提高信号的信噪比。但是，由于一般滤波器的中心频率不稳，而且带宽和中心频率以及滤波器的Q值有关等原因，使它不满足更高的滤除噪声之要求。根据相关原理，通过乘法器和积分器串联，进行相关运算，除去噪声干扰，实现相敏检波，锁相放大器采用互相关接受技术使仪器抑制噪声的性能提高了好几个数量级。另外，还可以用斩波技术，把低频以至直流信号变成高频交流信号后进行处理，从而避开了低频噪声的影响。锁相放大器抑制噪声的性能如下： 国内外生产的锁相放大器的等效噪声带宽厶在103Hz数量级，少数的可以达到4×104Hz，信号带宽2．55×106Hz，可见，仪器具有非常窄的信号和噪声带宽，通常带通滤波器由于Q值的定义，常规滤波器很难达到一些性能。而锁相放大器被测信号和参考信号是同步的，它不存在频率稳定性问题，所以可以把它看成为一个“跟踪滤波器。它的等效Q值由低通滤波器的积分时间常数决定，所以对元件和环境的稳定性要求不高。研究表明，锁相放大器使信噪比提高一万多倍即信噪比提高了80dB以上。这足以表明，采用相关技术设计的锁相放大器具有很强的抑制噪声能力。 目前锁相放大器有如下特点：极高的放大倍数，若有辅助前置放大器，增益可达101l(即220dB)，能检测极微弱信号交流输入、直流输出，其直流输出电压正比于输入信号幅度及被测信号与参考信号相位差，满刻度灵敏度达pV、nV甚至于pV量级。 由此可见，锁相放大器具有极强的抗噪声性能。它和一般的带通放大器不同，输出信号并不是输入信号的放大，而是把交流信号放大并变成相应的直流信号。因此，这实际上不符合常规放大器的功能。在国外常把这类仪器称为锁相放大器。可理解为把待测信号中与参考信号同步的信号放大并检测出来。因此，将锁相放大器称为“锁定检测仪或“同步检测仪或许更为确切。但目前国内都称为“锁相放大器或“锁定放大器。 锁相放大器通常分为模拟锁相放大器和数字锁相放大器，而两种类型的L队各有优缺点。常用的模拟锁相放大器虽然速度快，但是参数稳定性和灵活性差，且在与微处理器通讯的时候需要转换电路；传统数字锁相放大器一般使用高速ADC对信号进行高速采样，然后使用比较复杂的算法进行锁相运算，这对微处理器的速度要求很高。 为了大幅度提高检测下限和测量灵敏度，不仅要减少测量系统的噪声，而且要能从噪声中提取信号，故采用的新思路，进行相干检测。其基本思想是： 1)首先使测量系统的主要部分，避开噪声功率密度大的地方，从而使输入噪声较小。已知在低频区，闪烁噪声可以比自噪声高出数倍、数十倍、甚至数百倍。因此，要设法使信号不失真的从低频区移出(1／F角以外)。 2)对不同的频率信号，应该设法将其移频至固定中心频率，这样就可以使用固定中心频率，固定频带的BPF。 3)从信号与噪声的特征对比可以看出，信号与多数噪声有频率和相位两个方面的不同。BPF只是利用频率特征的识别。因此，如果再利用相位特征的识别，将可把同频率、不同相位的噪声大量排除。在光学中，对频率和相位都进行区分的方法称为相干法，故这种检测方法叫相干检测，在电子学中，这种检测方法称为锁定相位。 把上述三种设想加以实施，而完成频域信号相干检测的系统，称为锁相放大器(Lock．illAmplifier，简写LIA)。其框图见图2-1所示。各部件的功能是：信号通道把输入信号选频放大(初步滤除噪声)后，输入给相关器：参考通道在触发信号的同步下，输出相位可调节的、与输入信号同频率的参考波形；相关器对两路信号进行运算，然后对结果处理并输出. 图2-1 锁相放大器原理框图 1、加法器： 利用加法器是输入有用信号和噪声信号相加。 纯电阻分压网络： 采用T型纯电阻分压网络：3.1 微弱信号检测电路模块设计 4.1 总体设计 输入微弱