锁相放大器为什么可以检测微弱信号

锁相放大器实验

锁相放大器实验（Lock-in amplifier）,简称LIA。它是一个以相关器为核心的检测微弱信号仪器，它能在强噪声情况下检测微弱正弦的幅度和相位。学习本实验的目的是使同学了解锁相放大器的基本组成,掌握锁相放大器的正确使用方法。

一、锁相放大器的基本组成

结构框图如图1所示。它有四个主要部分组成:信号通道、参考通道、相关器（即相关检测器）和直流放大器。

x(t) 前放 滤波 放大 乘法 低通 自流放大器 U0 r(t) 放大 移相 方波 图1 锁相放大器的基本结构框架

1. 信号通道

信号通道包括:低噪音前置放大器、带通滤波器及可变增益交流放大器。

前置放大器用于对微弱信号的放大，主要指标是低噪音及一定的增益（100～1000倍）。 可变增益放大器是信号放大的主要部件，它必须有很宽的增益调节范围，以适应不同的信号的需要。例如，当输入信号幅度为10nV，而输出电表的满刻度为10V时，则仪器

93

总增益为10V/10nV =10若直流放大器增益为10倍，前置放增益为10，则交流放大器的

5

增益达10。

带通滤波器是任何一个锁相放大器中必须设置的部件，它的作用是对混在信号中的噪音进行滤波，尽量排除带外噪音。这样不仅可以避免

摘要

关键词：差动放大、低通滤波、共模抑止比、信噪比、输入电阻 电路的设计：

根据本次设计的要求，是放大倍数为1000倍，所以用3级放大，由第一级放大的是小信号，所以将第一级放大定为5倍，第二次放大倍数为20倍，第三级放大倍数为10倍。由输入

阻抗为10M?，所以第一级放大采用同相放大。考虑到共模抑止比的关系所以第二级放大采用差动放大。由于本次设计的是小信号为了保证信号的纯真度和频率响应范

围所以最后设计一个100HZ的有源低通滤波器，并设计放大倍数为10倍。系统框图如下： 无源低通滤波器 同相放大 差动放大 有源低通滤波

无源低通滤波器：

由f?R116kΩ0C2100nFR216kΩ31，取C=0.1uf得R=16k 2?RC1C1100nF

同向放大器：

根据Av1?1?R1得到同相放大器放大倍数，根据同相端放大5倍。取R1=10K，则Rr=2K,Rr/2因为考虑到放大倍数可调的目的所以将Rr修改为滑动变阻器，并取值5K。

7315U1624R55kΩ50%Key=A2R35NE5534P10kΩ4R410kΩ7362415U26NE5534P

差动放大器：

Av2??R4得到差动放大器的放大倍数，根据差动放大级放大20倍。取R3=10

锁相放大器

（仅供参考对比）

日期：今年最新 指导教师：aunt 王

【摘要】本实验利用ND-501型微弱信号检测实验综合装置，对锁相放大器的参考信号通道，相敏检波器的特性进行了研究，并且测量和观察了相关器对谐波的响应、对不相关信号和噪声的抑制，由测量得到的数据计算出输入和输出信噪比，以及信噪比改善。 关键词：锁相放大器 相敏检波器 相关器 谐波 噪声 信噪比

一、引言

锁相放大器（LIA）常用来检测淹没在噪声中的微弱信号，它利用待测信号和参考信号的相关性，采用互相关检测原理实现信号的窄带化处理，能有效地抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。自1962年第一台锁相放大器问世以来，几十年的发展，目前的锁相放大器已经能够从强噪声背景中检测出几纳伏（nV）的交流信号，成为了广泛应用于物理、化学、生物、电信、医学等现代科学技术领域必不可少的常用仪器。虽然它不能像光子计数器那样测量极微弱的光信号，但是它能测量宽范围内的光信号，而且不限于测量光信号。

二、实验原理

1、相关接收

被测信号和参考信号在时间上具有前后相关性是微弱信号检测的基础，相关即两个函数间存在一定关系，按照概念可分为自相关和互相关，检测微弱信号一般采用抗干扰能力较强的互相关检测。线性相关常采

东 北 石 油 大 学

课 程 设 计

课 程 高频电子线路 题 目 小信号谐振放大器设计

院 系 电子科学学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师

2011年 3月 4日

东北石油大学课程设计任务书

课程 高频电子线路 题目 小信号谐振放大器设计 专业

电子信息工程 姓名 学号

主要内容、基本要求、主要参考资料等 1、主要内容

根据高频电子线路课程所学内容，设计一个小信号谐振放大器。通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，掌握小信号谐振放大器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。 2、基本要求

设计一个小信号谐振放大器，主要技术指标为： (1) 谐振频率f0?6.5MHz；

心电信号放大器设计

心电信号放大器设计

一、

设计用于检测人体心电信号的放大器，要求如下：

1、 输入阻抗≥10MΩ。 2、 共模抑制比≥80dB。 3、 电压放大倍数1000倍。 4、 频带宽度为0.5Hz~100Hz。

5、 放大器的等效输入噪声（包括50Hz交流干扰）≤200μV。

二、

设计方案分析

1、 心电信号的特点及检测

人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低 频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。

在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面

南京信息工程大学滨江学院

高频电子线路实验报告

作者 徐飞 学号 20092334925 系部 电子工程系 专业班级 通信三班

实验一 高频小信号放大器实验

一、实验原理

高频小信号放大器的作用就是放大无线电设备中的高频小信号， 以便作进一步变换或处 理。所谓“小信号” ，主要是强调放大器应工作在线性范围。高频与低频小信号放大器的基 本构成相同，都包括有源器件（晶体管、集成放大器等）和负载电路，但有源器件的性能及负载电路的形式有很大差异。 高频小信号放大器的基本类型是以各种选频网络作负载的频带 放大器，在某些场合，也采用无选频作用的负载电路，构成宽带放大器。

频带放大器最典型的单元电路如图所示， 由单调谐回路做法在构成晶体管调谐放大器。 图电路中，晶体管直流偏置电路与低频放大器电路相同，由于工作频率高，旁路电 容Cb.、Ce可远小于低频放大器中旁路电容值。调谐回路的作用主要有两个：

晶体管单调谐回路调谐放大器

第一、选频作用，选择放大f f0的信号频率，抑制其它频率信号。 第二、提供晶

辽宁工业大学

辽 宁 工 业 大 学

高频电子线路课程设计（论文）

题目： 双调谐高频小信号放大器

院（系）：电子与信息工程学院 专业班级：___电子081班 学 号： 080304003 学生姓名： 钟源 指导教师 杨恭威 教师职称： 起止时间：2010.7.3—2010.7.10

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辽宁工业大学

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：信息科学与工程学院 教研室：通信教研室 学 号 课程设计（论文）题目 080304003 学生姓名 钟源 专业班级 电子081班 双调谐高频小信号放大器 设计内容：1．用EWB仿真，能够观察输入输出波形。 2．针对所设计的电路进行分析，并计算放大倍数。 3．采用双调谐做为负载。 课程设计（论文）任务4．采用三极管作为放大器 设计参数：输入信号频率10000HZ，电压100mV左右 放大倍数10左右。 设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思

高频小信号放大器练习题

一、选择题

1、小信号谐振放大器的主要技术指标不包含（ B ）

A、谐振电压增益 B、失真系数 C、通频带 D、选择性 2、高频小信号调谐放大器主要工作在 （ A ）

A．甲类 B．乙类 C．甲乙类 D．丙类 3、在高频放大器中，多用调谐回路作为负载，其作用不包括A．选出有用频率4、下列不属于单调谐放大器主要技术指标的是A．谐振电压增益5、放大器的噪声系数 A．输入端的信噪比 C．输入端的噪声功率6、如图所示调谐放大器，接入电阻 A．提高回路的7、放大器的通频带是指其电压增益下降到谐振时的（表 示。

A、1/2 8、多级单调谐放大器，可以提高放大器的增益并改善矩形系数，但通频带（A、变窄 9、随着级数的增加，多级单调谐放大器（各级的参数相同）的通频带变 。 A、大、好 10、高频电子电路中常采用（A、X （ D ）

B．滤除谐波成分 C．阻抗匹配 D D．产生新的频率成分 ( D )

高频小信号放大器练习题

一、选择题

1、小信号谐振放大器的主要技术指标不包含（ B ）

A、谐振电压增益 B、失真系数 C、通频带 D、选择性 2、高频小信号调谐放大器主要工作在 （ A ）

A．甲类 B．乙类 C．甲乙类 D．丙类 3、在高频放大器中，多用调谐回路作为负载，其作用不包括A．选出有用频率4、下列不属于单调谐放大器主要技术指标的是A．谐振电压增益5、放大器的噪声系数 A．输入端的信噪比 C．输入端的噪声功率6、如图所示调谐放大器，接入电阻 A．提高回路的7、放大器的通频带是指其电压增益下降到谐振时的（表 示。

A、1/2 8、多级单调谐放大器，可以提高放大器的增益并改善矩形系数，但通频带（A、变窄 9、随着级数的增加，多级单调谐放大器（各级的参数相同）的通频带变 。 A、大、好 10、高频电子电路中常采用（A、X （ D ）

B．滤除谐波成分 C．阻抗匹配 D D．产生新的频率成分 ( D )

南京信息工程大学滨江学院

高频电子线路实验报告

作者 徐飞 学号 20092334925 系部 电子工程系 专业班级 通信三班

实验一 高频小信号放大器实验

一、实验原理

高频小信号放大器的作用就是放大无线电设备中的高频小信号， 以便作进一步变换或处 理。所谓“小信号” ，主要是强调放大器应工作在线性范围。高频与低频小信号放大器的基 本构成相同，都包括有源器件（晶体管、集成放大器等）和负载电路，但有源器件的性能及负载电路的形式有很大差异。 高频小信号放大器的基本类型是以各种选频网络作负载的频带 放大器，在某些场合，也采用无选频作用的负载电路，构成宽带放大器。

频带放大器最典型的单元电路如图所示， 由单调谐回路做法在构成晶体管调谐放大器。 图电路中，晶体管直流偏置电路与低频放大器电路相同，由于工作频率高，旁路电 容Cb.、Ce可远小于低频放大器中旁路电容值。调谐回路的作用主要有两个：

晶体管单调谐回路调谐放大器

第一、选频作用，选择放大f f0的信号频率，抑制其它频率信号。 第二、提供晶