精华内容
下载资源
问答
  • 锁定放大器

    2014-03-28 10:56:20
    为什么需要锁定放大器锁定放大器有什么优势,怎么抗干扰噪声,在这篇文章中讲的很详细
  • 针对锁定放大器的Multisim仿真,可运行。
  • 锁定放大器原理实验

    2014-11-20 15:26:39
    锁定放大器原理实验,
  • 基于AD630设计的锁定放大器,包含仿真文件和报告,可以参考,包含移相电路、比较器、滤波电路、乘法器等结构
  • 基于相关检测理论,利用开关电容的开关实现锁定放大器中乘法器的功能,提出开关电容和积分器相结合以实现相关检测的方法,并设计出一种锁定放大器。该锁定放大器将微弱信号转化为与之相关的方波,通过后续电路得到...
  • 基于相关检测理论,利用开关电容的开关实现锁定放大器中乘法器的功能,提出开关电容和积分器相结合以实现相关检测的方法,并设计出一种锁定放大器。该锁定放大器将微弱信号转化为与之相关的方波,通过后续电路得到...
  • 锁定放大器的设计

    2015-05-20 08:19:08
    为了克服电力线上的强电磁干扰以及信号的严重衰减,设计了适用于的可变中心频率锁定放大器 采用集成模拟乘法器、高阶窄带开关电容滤波器构成的平衡调制解.
  • 2014江苏省Ti杯锁定放大器
  • 本文利用开关电容和积分器相结合实现了锁定放大器的功能。该电路结构简单,线性度和稳定性较好。不但可以降低噪声,而且将微弱信号放大很多倍,并变成与其对应的直流信号,以便采集和显示。对于皮安级电流,采用本...
  • 基于单片机的锁定放大器设计.pdf
  • 基于相关检测理论,利用开关电容的开关实现锁定放大器中乘法器的功能,提出开关电容和积分器相结合以实现相关检测的方法,并设计出一种锁定放大器。该锁定放大器将微弱信号转化为与之相关的方波,通过后续电路得到...
  • 从原理讲述了锁定放大器的优势,有图有真相,已于初学者理解
  • 基于Matlab的锁定放大器性能仿真系统.rar
  • 基于Matlab的锁定放大器性能仿真系统.pdf
  • 摘 要:对锁定放大器(LIA)的功能特性及在激光烟雾测试系统中的应用方法进行了探讨和研究,给出了应用系统框图并对锁定放大器在该系统中应用的注意事项给予了说明。 关键词:锁定放大器;激光;烟雾测试;光电检测...
  • 摘要 探讨了用DSP(数字信号处理器)和采样ADC(模数转换器)实现数字锁定放大器的一种方法。在整数个周期内对被测信号进行采样得到信号序列,由数学运算得到参考序列,通过计算信号序列和参考序列的互相关函数就可...
  • 探讨了用DSP(数字信号处理器)和采样ADC(模数转换器)实现数字锁定放大器的一种方法。在整数个周期内对被测信号进行采样得到信号序列,由数学运算得到参考序列,通过计算信号序列和参考序列的互相关函数就可实现...
  • 提出了一种基于Simplorer7.0实现正交矢量型锁定放大器的仿真分析方法,并探讨了正交矢量型锁定放大器在芯片电泳非接触电导检测方面的应用,重点分析了相关参数,如激励信号频率,待测信号幅度、频率等,对芯片电泳谱...
  • 基于LabVIEW的锁定放大器的设计,殷停,王英, 随着电子技术,计算机技术的飞速发展,测试仪器的种类繁多,对硬件的要求越来越高。传统仪器体积庞大,给使用者使用、携带、维��
  • 电赛知识点总结13:锁定放大器

    千次阅读 2021-03-30 21:50:45
    电赛知识点总结13:锁定放大器锁定放大器1 基本原理1.1 基本思想1.2 双相位法1.3 方波参考信号1.4 工作模式2 设计2.1 常用芯片2.1.1 AD6302.1.2 ADA22002.2 2012年A题2.2.1 信号的产生 锁定放大器 作用:提取广谱...

    锁定放大器

    作用:提取广谱噪声中特定频率的信号。

    1 基本原理

    1.1 基本思想

    基本思想如下图所示,使用一个与被测信号同频、同相位的信号与被测信号相乘,再使用低通滤波器只保留直流项,即可测量得到被测信号的幅度。
    基本思想示意图

    1.2 双相位法

    目的:为了解决保持参考信号与待测信号同相位很困难这一问题
    方法:制作两个参考信号,同频且存在90°的相移,分别与待测信号相乘后的结果如下图所示:
    双相位法示意图
    得到的两个直流量平方相加再开根号,消去相位的影响,可以很容易的求出被测量的幅值:

    U O = U O A 2 + U O B 2 = 0.5 A m 1 A m 2 sin ⁡ 2 ( φ 1 A − φ 2 ) + cos ⁡ 2 ( φ 1 A − φ 2 ) = 0.5 A m 1 A m 2 U_{O}=\sqrt{U_{O A}^{2}+U_{O B}^{2}}=0.5 A_{m 1} A_{m 2} \sqrt{\sin ^{2}\left(\varphi_{1 A}-\varphi_{2}\right)+\cos ^{2}\left(\varphi_{1 A}-\varphi_{2}\right)}=0.5 A_{m 1} A_{m 2} UO=UOA2+UOB2 =0.5Am1Am2sin2(φ1Aφ2)+cos2(φ1Aφ2) =0.5Am1Am2
    被测信号相位也可以通过分析两个直流量的大小得到:
    φ 1 A − φ 2 = tan ⁡ − 1 U O B U O A \varphi_{1 A}-\varphi_{2}=\tan ^{-1} \frac{U_{O B}}{U_{O A}} φ1Aφ2=tan1UOAUOB

    1.3 方波参考信号

    目的:避免使用减法器,控制更加方便
    使用同频方波作为参考信号,分析输出的直流量同样也可以发现其大小可以通过方波的相位、幅值以及被测信号的幅值测量出来。比如:
    在这里插入图片描述
    相乘后产生的波形通过低通滤波器后的直流量的大小可以通过积分计算得到:
    U O = 1 π ∫ φ 1 φ 1 + π A m 1 × A m 2 sin ⁡ ω t d ω t ≈ 0.6366 A m 1 × A m 2 cos ⁡ φ 1 U_{O}=\frac{1}{\pi} \int_{\varphi_{1}}^{\varphi_{1}+\pi} A_{m 1} \times A_{m 2} \sin \omega t d \omega t\approx 0.6366 A_{m 1} \times A_{m 2} \cos \varphi_{1} UO=π1φ1φ1+πAm1×Am2sinωtdωt0.6366Am1×Am2cosφ1
    方波信号与被测信号相乘可以通过模拟开关与反相器来实现,结构图如下图:
    在这里插入图片描述
    而方波可以通过数字电路产生。

    1.4 工作模式

    由于保持参考信号与待测信号同频是有困难的,因此 实际使用时,锁定放大器的工作模式如下图所示:
    锁定放大器工作模式
    方波模拟信号一方面控制模拟开关的同时,另一方面转换后输入到待测网络中,这样就保证了待测信号与参考信号频率相同,继而准确的测定待测网络中的一些参数。

    2 设计

    2.1 常用芯片

    2.1.1 AD630

    AD630组成的锁定放大器
    比较器高电平期间,电路2倍放大;低电平期间-2倍放大。A点输入400Hz的正弦信号,衰减、加入噪声得到B点的被测信号,同时与调制波进行比较得到控制信号。电路没有使用双相位法,这是因为A到B全部由电阻组成,不会由相位移动。

    为了更好的研究、理解AD630这块芯片,下面对其进行具体分析。AD630这块芯片实现的功能是调制与解调,其内部结构如下图所示。其实下面两张图展示的更清楚:
    在这里插入图片描述
    上面的两张图同时也是调制模式所接的电路,调制的信号会被2倍放大。底下的比较器外接方波载波,其作用在于切换开关的状态。当下半部分的电路被导通的时候,等效的电路为:
    在这里插入图片描述
    运用虚短虚断可以很快分析出此时电路实现的是2倍增益。当方波翻转,使用上面的运放的时候,此时等效电路为:

    在这里插入图片描述

    )同样的,运用虚短虚断可以很快的分析出,此时电路实现的是-2倍增益。因此,随着方波的不断翻转,输出也会不断翻转。最终电路以及输出的结果如下图:
    在这里插入图片描述
    这样就实现了调制的功能。仿真过程中记得把方波信号的占空比改为100%,不然会报错

    在锁定放大器中,实际上使用到的是AD630的解调功能。数据手册中给出的一个典型的应用如下图所示:
    在这里插入图片描述
    这个电路的结构是这样的,一个干净的1V的信号一方面输入到比较器的一端,另一方面通过电阻,给信号上带上了噪声,同时通过衰减器进入到AD630的输入端,待AD630从噪声中提取出信号。如果再关注一下AD630的内部的话,可以得到解调模式下电路是如何工作的。
    在这里插入图片描述
    上图为解调模式下的连接示意图。连接上有两点微小的差别。第一,就是12与13口连在了一起。这个倒是无足轻重,就是接上了补偿电容,提高了压摆率。主要的区别就是将原始信号(而非方波、或者是加了噪声的信号)输入到了比较器。其它的部分是一致的,当比较器A工作时,放大倍数为-2倍;当比较器B工作时,放大倍数为2倍。由于输入到比较器的信号和输入到放大器的信号的需要提取的部分频率和相位是一致的,这样子的结构可以保证需要提取的正弦信号保持在正值,就像乘上了一个相位、频率相同的方波一样。测量得到滤波后的直流分量的值后,可以通过之前得到的公式反解出待提取信号的幅值。
    下图展示了所搭建的电路以及最终的结果,这里输入放大器和比较器的信号都是同样的正弦波,并没有加入噪声信号,因为这只是单纯的演示一下解调的功能并验证。
    在这里插入图片描述
    输出的直流分量为252mV:在这里插入图片描述
    前文中提到,直流分量的计算公式为:
    U O ≈ 0.6366 A m 1 × A m 2 cos ⁡ φ 1 U_{O}\approx 0.6366 A_{m 1} \times A_{m 2} \cos \varphi_{1} UO0.6366Am1×Am2cosφ1
    这里的 A m 1 A_{m1} Am1为2, c o s φ 1 cos\varphi _1 cosφ1为1,则可以反解出:
    A m 2 = 0.252 ÷ 0.636 ÷ 2 = 0.198 V A_{m 2} =0.252\div 0.636\div 2=0.198V Am2=0.252÷0.636÷2=0.198V
    实际输入的信号为0.2V,这说明用这个方法测量的结果是准确的。

    在这里插入图片描述
    数据手册中给出了一个使用AD630搭建锁定放大器的参考示意图,基本的原理仍然是与之前的解调模式是一致的,只不过的端口发生了变化而已。下面要做的只是确定一下这个电路的增益,从而准确的推导出待测信号的幅值。
    在这里插入图片描述
    画出实际的电路图以后,可以发现,其实与之前的解调模式的电路是一样的,放大倍数在2倍到-2倍两个值之间切换。

    2.1.2 ADA2200

    在这里插入图片描述
    特点:内部具有可编程滤波器,所有滤波器由时钟控制。ADA2200组成的锁定放大器如上图所示:核心时钟来自外部,64分频后从RCLK端提供参考信号,加载到待测传感器上。SEC为可选可不选的方波/正弦波转换器。传感器的输出经AD8227仪表放大后进入ADA2200,输出经外部低通滤波器进入ADC(AD7170)。

    2.2 2012年A题

    题目:设计并制作一套微弱信号检测装置,用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值,并数字显示出该幅度值。
    在这里插入图片描述
    基本要求:

    1. 噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V±0.1V;加法器的输出VC =VS+VN,带宽大于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阻抗Ri≥1 M。
    3. 当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时,检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过5%。

    拓展要求:

    1. 当输入正弦波信号VS 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时, 检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过5%。
    2. 扩展被测信号VS的频率范围,当信号的频率在500Hz ~ 2kHz范围内,检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过5%。
    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 的幅度等)。

    2.2.1 信号的产生

    噪声源:
    Multisim中的噪声源器件为:
    在这里插入图片描述
    产生的噪声电压的有效值为:
    V r m s = N o i s e F a c o t r × 4 k T R B V_{rms}= Noise Facotr\times \sqrt{4kTRB} Vrms=NoiseFacotr×4kTRB
    这里的k为玻尔兹曼常数,值为 1.38 × 1 0 − 23 1.38\times 10^{-23} 1.38×1023,T为开氏温标,根据题目要求要产生1V有效值的噪声,电阻阻值可以设置为 6 × 1 0 13 6\times 10^{13} 6×1013,结果如下图所示,可以看出,这样设置是满足要求的。

    在这里插入图片描述
    加法器:
    使用一个加法器把噪声与待测信号加起来。为了保证不影响测量且满足题目要求,应保证选择的运算放大器具有较低的偏置电压,同时由足够宽的带宽。经过考虑,选择ADA4898-1构成加法器,由于输出为两者直接相加,因此可以使用一个反相加法器,电阻均为1KΩ。搭建的电路如下图:
    在这里插入图片描述
    仿真的结果如图:
    在这里插入图片描述
    注意一下,仿真的时候有可能报错,这好像是multisim里设置的误差容许度的原因?总之点击下自动修复,修复完成后就可以成功仿真了。

    在这里插入图片描述
    注意:这里只是提供了产生噪声的一个方法,但实际上,这个方法会导致仿真经常报错,因此后面我就没有继续用这种方法产生噪声了!
    因为只是一个验证性质的,所以噪声就通过不同信号的叠加模拟出来,这里选取了不同幅值与频率的信号,使用加法器进行叠加,输出波形与电路图如下:
    在这里插入图片描述
    这样子的信号固然与实际的噪声信号不一致,但是可以用来验证锁定放大器是否有效。

    纯电阻分压网络:
    电阻选取的时候不能太大也不能太小,因此可以使用9.9K和100的电阻实现一个100倍的衰减。

    2.2.2信号的检测

    宽带通滤波器:
    为了消除频率过高或者过低的噪声,在噪声信号后加上一个带通滤波器。输入信号频率在500Hz ~ 2kHz,想在噪声信号和正弦波信号进入AD630之前进行部分滤除。可以将带通滤波器上限截止频率定为10KHz,下限截止频率为200Hz,选巴特沃斯型Q=0.707,两个SK型四元件的低通滤波器和高通滤波器串联。

    先设计低通滤波器:由于是巴特沃斯型,所以有: f o = f c = 10000 K H z f_{o}=f_{c}=10000 \mathrm{KHz} fo=fc=10000KHz,根据下表可以选择滤波器的容值:
    在这里插入图片描述
    故选择电容C1为2nF,电容C2由约束条件 C 2 ≤ 1 4 Q 2 C 1 C_{2} \leq \frac{1}{4 Q^{2}} C_{1} C24Q21C1,可得C2<1.0003nF,选择C2为1nF。电阻的选择直接使用书上的公式即可:
    R 1 = 1 Q + 1 Q 2 − 4 C 2 C 1 4 π f 0 C 2 = 11.451 K Ω R_{1}=\frac{\frac{1}{Q}+\sqrt{\frac{1}{Q^{2}}-4 \frac{C_{2}}{C_{1}}}}{4 \pi f_{0} C_{2}}=11.451K\Omega R1=4πf0C2Q1+Q214C1C2 =11.451KΩ
    R 2 = 1 Q − 1 Q 2 − 4 C 2 C 1 4 π f 0 C 2 = 11.06 K Ω R_{2}=\frac{\frac{1}{Q}-\sqrt{\frac{1}{Q^{2}}-4 \frac{C_{2}}{C_{1}}}}{4 \pi f_{0} C_{2}}=11.06K\Omega R2=4πf0C2Q1Q214C1C2 =11.06KΩ
    电路图及仿真结果如下:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    这与我们推导出的结果是一致的。

    然后设计高通滤波器:同样的,由于是巴特沃斯型,所以有: f o = f c = 200   H z f_{o}=f_{c}=200 \mathrm{~Hz} fo=fc=200 Hz,再根据表格选择电容:
    在这里插入图片描述
    故有:C1=C2=100nF
    用公式也可以求解出:
    R 1 = 1 4 π f 0 C Q = 5.6278 K Ω R_{1}=\frac{1}{4 \pi f_{0} C Q}=5.6278K\Omega R1=4πf0CQ1=5.6278KΩ
    R 2 = 4 Q 2 1 4 π f 0 C Q = Q π f 0 C = 11.252 K Ω R_{2}=4 Q^{2} \frac{1}{4 \pi f_{0} C Q}=\frac{Q}{\pi f_{0} C}=11.252K\Omega R2=4Q24πf0CQ1=πf0CQ=11.252KΩ
    电路及仿真结果如下:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    滤波器中的运放应该满足:
    G B W > 100 × A m × f c × Q max ⁡ = 1 M H z \mathrm{GBW}>100 \times A_{m} \times f_{c} \times Q_{\max }=1MHz GBW>100×Am×fc×Qmax=1MHz
    因此选择OPA2227(GBW为8MHz)作为运放。低通与高通串联之后的电路和频率特性如下图:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    下图是加入噪声的信号经过滤波之后的波形:
    在这里插入图片描述
    信号放大器
    由于题目要求的1v作用的信号衰减100倍之后大小在10mV左右,这样小的信号容易受到直流偏置的影响,造成很大的误差,而且AD630也不接受特别小的小信号;此外,我还注意到,如果输入信号很小的话,AD630的滤波后的直流输出很久之后才达到稳定值(这有可能是由于电容引起的)。因此,信号滤波之前还要加上一个放大器。为什么不是之后呢?因为题目中有对于输入阻抗的要求,这通过放大器是比较容易实现的。

    放大器的增益为100倍,为了保证带宽以及直流性能,所以使用了两级放大,各放大10倍。接成同相比例放大是为了保证输入阻抗足够大。最终用ADA4528-1搭成如下的电路:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    输入阻抗为 1.45 M Ω 1.45M\Omega 1.45MΩ

    在这里插入图片描述
    最终:输入到AD630的信号被放大到100倍。

    展开全文
  • 采用常规的测量放大器或选频放大器进行微波天线方向图的高精度测量是困难的,本文设计了,利用锁定放大器精确测量微波天线方向图的电路,该方法是从信号和噪声本身的特性出发,针对信号的周期性和噪声的随机性的特点...
  • 2014年江苏省大学生电子设计竞赛C题锁定放大器的设计源代码
  • 通过使用Matlab仿真系统生成正弦信号、方波、产生高斯白噪声、并且使方波叠加高斯噪声、叠加信号与正弦信号想乘、将得到的信号通过巴特沃斯低通滤波器、计算出输入输出信号功率谱密度、求输入输出SNR和信噪比增益...
  • 将数字锁定放大器实现为通过虚拟 COM 端口运行的虚拟仪器 为与 Python 2 和 3 的交叉兼容而编写,尽管仅在 Python2 中进行过测试 实际硬件交互和实际测量仅适用于安装了 NI-DAQmx 和 NI_FGEN 驱动程序(均来自 ...
  • 锁定放大器设计方案

    2015-07-12 11:51:00
    锁定放大器基本原理 Vp*sinA*sinB=0.5*V*[cos(A-B)+cos(A+B)] 当A=B的时候,即两个信号(输入信号与参考信号频率相等,相位相等),这时输出最大为一个直流量+二次交流;通过LBP滤掉二次交流,得到的直流为0.5*...

    锁定放大器基本原理

                    Vp*sinA*sinB=0.5*V*[cos(A-B)+cos(A+B)]

          当A=B的时候,即两个信号(输入信号与参考信号频率相等,相位相等),这时输出最大为一个直流量+二次交流;通过LBP滤掉二次交流,得到的直流为0.5*Vp,反映了输入信号的大小,达到了信号检测的目的。

          另外假设输入信号频率为f,则乘法操作后得到频率为0(直流量)和频率2f分量,如果用低通频率为p的滤波器去取出直流,相当于将2f带宽变成p带宽,这就等效于用Q=2f/p的带通滤波器去直接滤出f频率,使用这个特性来实现超高Q值窄带通滤波器,这也是频谱仪用锁相放大器滤波的核心原理。

          锁相放大器简单的说就是乘法+低通,只是输入信号一般比较小,所以加上前置放大和带通滤波(改善下信噪比),基于这两点,大致方案如下:

    (1)

    转载于:https://www.cnblogs.com/rongfangliu/p/4640731.html

    展开全文
  • 提出了一种利用软件算法来自适应地实现数字锁定放大器的微弱正弦信号的检测,即利用稀疏分解的匹配追踪算法来实现这种检测方法。将稀疏分解中原子库的原子(即具有随机性的频率和初始相位的正弦波)作为参考信号,利用...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 14,904
精华内容 5,961
关键字:

锁定放大器