微弱信號檢測.doc

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1、微弱信號檢測實驗報告微弱信號檢測電路實驗報告課程名稱：微弱信號檢測電路專業(yè)名稱：電子與通信工程＿＿＿年級：＿＿＿＿＿＿＿學(xué)生姓名：＿＿＿＿＿＿學(xué)號：＿＿＿＿＿任課教師：＿＿＿＿＿＿＿16微弱信號檢測實驗報告微弱信號檢測裝置摘要：本系統(tǒng)是基于鎖相放大器的微弱信號檢測裝置，用來檢測在強噪聲背景下，識別出已知頻率的微弱正弦波信號，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，微弱信號檢測電路完成微小信號的檢測。本系統(tǒng)是以相敏檢波器為核心，將參考信號經(jīng)過移相器后，接著通過比較器產(chǎn)生方波去驅(qū)動開關(guān)乘法器CD4066，最后通過低

2、通濾波器輸出直流信號檢測出微弱信號。經(jīng)最終的測試，本系統(tǒng)能較好地完成微小信號的檢測。關(guān)鍵詞：微弱信號檢測鎖相放大器相敏檢測強噪聲16微弱信號檢測實驗報告1　系統(tǒng)設(shè)計1.1設(shè)計要求設(shè)計并制作一套微弱信號檢測裝置，用以檢測在強噪聲背景下已知頻率的微弱正弦波信號的幅度值。整個系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。正弦波信號源可以由函數(shù)信號發(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分別為五個測試端點。正弦波信號源微弱信號檢測電路噪聲源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　微弱信號檢測電路的輸入阻抗Ri≥1MW。③　當(dāng)輸入正弦波信號VS的頻率為1kHz、幅度峰峰值在200mV~2V范圍內(nèi)時，檢測并顯示正弦波信號的幅度值，要求誤差不超過5%。（2）發(fā)揮部分①　當(dāng)輸入正弦波信號VS的幅度峰峰值在20mV~2V范圍內(nèi)時，檢測并顯示正弦波信號的幅度值，要求誤差不超過5%。②　擴展被測信號VS的頻率范圍，當(dāng)信號的頻率在500Hz~2kHz

4、范圍內(nèi)，檢測并顯示正弦波信號的幅度值，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微弱信號檢測實驗報告1.2方案比較與選擇方案一：采用濾波電路檢測微小信號，通過濾波電路將微小信號從強噪聲中檢測出來，但濾波電路中心頻率是固定的，而信號的頻率是可變的，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，利用取樣技術(shù)，在重復(fù)信號出現(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)頻率的信號恢復(fù)。方案三：采用鎖相放大器檢測小信號，鎖相放大器由信號通道、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把從信號通道輸出的被測交流信號進(jìn)行相敏檢波轉(zhuǎn)換成直流，只有當(dāng)同頻同相時，輸出電流最大，具有很好的檢波特性。由于該測試信號的頻率是指定的且噪聲強、信號弱，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1.加法電路一、交流放大與噪聲的施加微弱信號通常被大幅值的噪聲信號淹沒，本項目中模擬產(chǎn)生一個微弱信號，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，其輸出信號如圖2所示。16微弱信號檢測實驗報告圖1同相加法電路圖2信號與噪聲疊加輸出波形1.純電阻衰減電路本項目是微弱信號的檢測，所以需要將上述疊加有噪聲的信號用純電阻分壓衰減，衰減后的輸出信號，才是本項目要檢測的微弱信號。純電阻衰減倍數(shù)為=2/（200+2）=101，電路如圖3所示。16微弱信號檢測實驗報告圖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，微弱信號檢測電路中，多級放大中的第一級放大倍數(shù)要高，而且必須為低噪聲運放。這樣放大電路產(chǎn)生的噪聲才低。本設(shè)計中放大倍數(shù)設(shè)計的是，

7、當(dāng)Rg=250Ω時，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)計功能，在帶通濾波電路中，由一個二階低通濾波器和一個二階高通濾波器級聯(lián)構(gòu)成，有源帶通濾波器選擇契比雪夫濾波器，低通截止頻率為200Hz，高通截止頻率7.5KHz，即帶寬為200-7.5kHz。16微弱信號檢測實驗報告生成電路如圖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