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1、微弱信號(hào)檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告微弱信號(hào)檢測電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱:微弱信號(hào)檢測電路專業(yè)名稱:電子與通信工程___年級(jí):_______學(xué)生姓名:______學(xué)號(hào):_____任課教師:_______16微弱信號(hào)檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告微弱信號(hào)檢測裝置摘要:本系統(tǒng)是基于鎖相放大器的微弱信號(hào)檢測裝置,用來檢測在強(qiáng)噪聲背景下,識(shí)別出已知頻率的微弱正弦波信號(hào),并將其放大。該系統(tǒng)由加法器、純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、微弱信號(hào)檢測電路組成。其中加法器和純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)生成微小信號(hào),微弱信號(hào)檢測電路完成微小信號(hào)的檢測。本系統(tǒng)是以相敏檢波器為核心,將參考信號(hào)經(jīng)過移相器后,接著通過比較器產(chǎn)生方波去驅(qū)動(dòng)開關(guān)乘法器CD4066,最后通過低
2、通濾波器輸出直流信號(hào)檢測出微弱信號(hào)。經(jīng)最終的測試,本系統(tǒng)能較好地完成微小信號(hào)的檢測。關(guān)鍵詞:微弱信號(hào)檢測鎖相放大器相敏檢測強(qiáng)噪聲16微弱信號(hào)檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一套微弱信號(hào)檢測裝置,用以檢測在強(qiáng)噪聲背景下已知頻率的微弱正弦波信號(hào)的幅度值。整個(gè)系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。正弦波信號(hào)源可以由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器來代替。噪聲源采用給定的標(biāo)準(zhǔn)噪聲(wav文件)來產(chǎn)生,通過PC機(jī)的音頻播放器或MP3播放噪聲文件,從音頻輸出端口獲得噪聲源,噪聲幅度通過調(diào)節(jié)播放器的音量來進(jìn)行控制。圖中A、B、C、D和E分別為五個(gè)測試端點(diǎn)。正弦波信號(hào)源微弱信號(hào)檢測電路噪聲源VSVNVCVo
3、純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出加法器ViABCDE圖1微弱信號(hào)檢測裝置示意(1)基本要求① 噪聲源輸出VN的均方根電壓值固定為1V±0.1V;加法器的輸出VC=VS+VN,帶寬大于1MHz;純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)不低于100。② 微弱信號(hào)檢測電路的輸入阻抗Ri≥1MW。③ 當(dāng)輸入正弦波信號(hào)VS的頻率為1kHz、幅度峰峰值在200mV~2V范圍內(nèi)時(shí),檢測并顯示正弦波信號(hào)的幅度值,要求誤差不超過5%。(2)發(fā)揮部分① 當(dāng)輸入正弦波信號(hào)VS的幅度峰峰值在20mV~2V范圍內(nèi)時(shí),檢測并顯示正弦波信號(hào)的幅度值,要求誤差不超過5%。② 擴(kuò)展被測信號(hào)VS的頻率范圍,當(dāng)信號(hào)的頻率在500Hz~2kHz
4、范圍內(nèi),檢測并顯示正弦波信號(hào)的幅度值,要求誤差不超過5%。③ 進(jìn)一步提高檢測精度,使檢測誤差不超過2%。④ 其它(例如,進(jìn)一步降低VS的幅度等)。16微弱信號(hào)檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.2方案比較與選擇方案一:采用濾波電路檢測微小信號(hào),通過濾波電路將微小信號(hào)從強(qiáng)噪聲中檢測出來,但濾波電路中心頻率是固定的,而信號(hào)的頻率是可變的,無法達(dá)到要求,所以該方案不可行。方案二:采用取樣積分電路檢測小信號(hào),利用取樣技術(shù),在重復(fù)信號(hào)出現(xiàn)的期間取樣,并重復(fù)N次,則測量結(jié)果的信噪比可改善倍,但這種方法取樣效率低,不利于重復(fù)頻率的信號(hào)恢復(fù)。方案三:采用鎖相放大器檢測小信號(hào),鎖相放大器由信號(hào)通道、參考通道、和相
5、敏檢波器等組成,其中相敏檢波器(PSD)是鎖相放大器的核心,PSD把從信號(hào)通道輸出的被測交流信號(hào)進(jìn)行相敏檢波轉(zhuǎn)換成直流,只有當(dāng)同頻同相時(shí),輸出電流最大,具有很好的檢波特性。由于該測試信號(hào)的頻率是指定的且噪聲強(qiáng)、信號(hào)弱,正好適合于鎖相放大器的工作情況,故選擇方案三。1 電路設(shè)計(jì)1.加法電路一、交流放大與噪聲的施加微弱信號(hào)通常被大幅值的噪聲信號(hào)淹沒,本項(xiàng)目中模擬產(chǎn)生一個(gè)微弱信號(hào),并將其與噪聲疊加,圖1采用了同相加法電路,芯片選用OPA227P。噪聲源采用虛擬儀器——Agilent函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。設(shè)置將Agilent函數(shù)發(fā)生器的噪聲峰峰值設(shè)為4V,信號(hào)源設(shè)為200mV,頻率設(shè)為1k
6、Hz。示波器測量加法器的輸出,其輸出信號(hào)如圖2所示。16微弱信號(hào)檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖1同相加法電路圖2信號(hào)與噪聲疊加輸出波形1.純電阻衰減電路本項(xiàng)目是微弱信號(hào)的檢測,所以需要將上述疊加有噪聲的信號(hào)用純電阻分壓衰減,衰減后的輸出信號(hào),才是本項(xiàng)目要檢測的微弱信號(hào)。純電阻衰減倍數(shù)為=2/(200+2)=101,電路如圖3所示。16微弱信號(hào)檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖3純電阻衰減電路1.INA128p放大電路INA128是低功耗高精度的通用儀表放大器。用于純電阻衰減后的第一級(jí),微弱信號(hào)檢測電路中,多級(jí)放大中的第一級(jí)放大倍數(shù)要高,而且必須為低噪聲運(yùn)放。這樣放大電路產(chǎn)生的噪聲才低。本設(shè)計(jì)中放大倍數(shù)設(shè)計(jì)的是,
7、當(dāng)Rg=250Ω時(shí),放大201倍,電路如圖4所示。圖4INA128放大電路2.帶通濾波電路Mutism13.1軟件自帶有帶通電路設(shè)計(jì)功能,在帶通濾波電路中,由一個(gè)二階低通濾波器和一個(gè)二階高通濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成,有源帶通濾波器選擇契比雪夫?yàn)V波器,低通截止頻率為200Hz,高通截止頻率7.5KHz,即帶寬為200-7.5kHz。16微弱信號(hào)檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告生成電路如圖5所示。用波特儀觀察幅頻特性在1KHz處放大1倍,在200Hz和7.5Khz處衰減到0.707倍,衰減3dB。使用虛擬儀器波特測試儀幅頻特性如下圖6所