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《基于相關(guān)檢測(cè)的微弱信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、基于相關(guān)檢測(cè)的鎖定放大器的設(shè)計(jì)顏濤（509100318）吳明贊（南京理工大學(xué)江蘇南京210094）摘要：相干檢測(cè)技術(shù)是利用參考信號(hào)與有用信號(hào)具有相關(guān)性，而與噪聲互不相關(guān)的性質(zhì)，從而通過(guò)互相關(guān)系運(yùn)算來(lái)削弱噪聲，達(dá)到提高信噪比的1種微弱信息檢測(cè)技術(shù)。相干檢測(cè)技術(shù)是眾多微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)中能夠使信噪比改善最大，恢復(fù)信號(hào)原形的最佳技術(shù)。關(guān)鍵詞：微弱信號(hào)，相干檢測(cè)，鎖定放大Correlation-baseddetectionofthedesignoflock-inamplifierYanTaoWuMingzan(SchoolofAutomation
2、,NUST,Nanjing210094,China)Abstract:Thecoherentdetectiontechnologyistheuseofthereferencesignalandtheusefulsignalhascorrelationwiththenatureofthenoiseunrelatedtotherelationshipamongtheoperationstoweakenthroughthenoise,toimprovethesignaltonoiseratioof1kindsofweakinformation
3、detectiontechnology.Coherentdetectiontechnologyisthelargenumberofweaksignaldetectiontechnologythatcanmakethegreatestsignaltonoiseratiotoimproveandrestorethesignalprototypeofthebesttechnology.Keywords:weaksignal,coherentdetection,Lock-inAmplifier1引言微弱信號(hào)是指深埋在背景噪聲中的極其微弱的有用信
4、號(hào)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，被噪聲掩蓋的各種微弱信號(hào)的檢測(cè)(如、弱光、微溫差、微振動(dòng)、弱磁、微電流等)愈來(lái)愈受到人們的重視。而對(duì)于眾多的微弱量一般都通過(guò)各種傳感器、放大器作非電量轉(zhuǎn)換的，使檢測(cè)對(duì)象變換成可測(cè)的電量。但微弱檢測(cè)本身的漲落，以及傳感器的優(yōu)劣與檢測(cè)系統(tǒng)的噪聲影響，從而影響總的檢測(cè)效果。目前，相干檢測(cè)技術(shù)是使信噪比改善最大，恢復(fù)信號(hào)原形最佳的技術(shù)，同時(shí)也是眾多檢測(cè)技術(shù)中最成熟的技術(shù)。鎖相放大器是在50年代發(fā)展起來(lái)的相敏檢波器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型微弱光電信號(hào)檢測(cè)儀器，它用于測(cè)量深埋在噪聲或直流漂移中極其微弱的光電信號(hào)，在科學(xué)研究
5、和工業(yè)生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文在分析鎖相放大器的電路構(gòu)成、工作原理和設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，本著精確、實(shí)用、穩(wěn)定、節(jié)約開(kāi)支的原則，提出鎖相放大器各部分的設(shè)計(jì)思路，并由此研制了一款便于自制的鎖相放大器。2鎖定放大原理鎖相放大器采用的是外差式振蕩技術(shù)，它把被測(cè)量的信號(hào)通過(guò)頻率變換的方式轉(zhuǎn)變成為直流。即利用鎖相放大器中的信號(hào)相關(guān)原理，對(duì)兩個(gè)混有噪聲的周期信號(hào)進(jìn)行相乘和積分處理后,將信號(hào)從噪聲中檢測(cè)出來(lái)，并達(dá)到通過(guò)互相關(guān)運(yùn)算削弱噪聲影響的目的。設(shè)是伴有噪聲的周期信號(hào),即:X(t)=S(t)+N(t)=其中，N(t)為隨機(jī)噪聲，S(t)為有用信
6、號(hào)，A為其幅值，角頻率為ω，初相角為φ。參考正弦信號(hào)為:Y(t)=其中，B為其幅值，τ是時(shí)間位移，為隨機(jī)噪聲。則兩者的相關(guān)函數(shù)為：由于在被測(cè)量的信號(hào)里所包含的各種信號(hào)分量中,參考信號(hào)Y(t)的頻率只與輸入的有用信號(hào)頻率相關(guān)，與隨機(jī)噪聲N(t)的頻率不相關(guān)，且有用信號(hào)S(t)與隨機(jī)噪聲之間及噪聲與噪聲之間的頻率也均相互獨(dú)立，所以它們的相關(guān)函數(shù)為零，即=0。于是，就有。從而,令鎖相放大器實(shí)現(xiàn)了從噪聲中提取有用信號(hào)的目的。理論上已證明，當(dāng)信號(hào)的頻率和相位已知，采用相干檢測(cè)技術(shù)能使輸出信噪比達(dá)到最大。3鎖相放大器結(jié)構(gòu)分析鎖定放大器一種利用相關(guān)檢
7、測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)檢測(cè)的儀器，它能精確測(cè)量被掩埋在噪聲中的微弱信號(hào)。鎖相放大器的輸入為正弦波或方波交流信號(hào)，其輸出為正比于輸入波形幅值的直流信號(hào)。鎖定放大器的基本組成如圖（1），包括信號(hào)通道、參考通道、相敏檢測(cè)器（PSD）和低通濾波器（LPF）等。信號(hào)輸入前置放大及濾波處理相敏檢波低通濾波參考信號(hào)輸入移相直流放大信號(hào)輸出圖（1）鎖定放大電路的工作原理（1）信號(hào)通道對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行交流放大，將微弱信號(hào)放大到足以推動(dòng)相敏檢測(cè)器工作的電平，并且要濾除部分干擾和噪聲，以提高相敏檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍。（2）參考通道的功能是為相敏檢測(cè)器提供與被測(cè)信號(hào)相干的
8、控制信號(hào)，故參考輸入必須是與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的同頻信號(hào)。參考通道的輸出r(t)可以是正弦波，也可以是方波，但為了防止r(t)的幅度漂移影響鎖定放大器的輸出精度，r(t)最好采用采用占空比為50%的方波開(kāi)關(guān)信號(hào)，
