2014年TI杯大学生电子设计竞赛题
C题：锁定放大器的设计
1．任务
设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器（LIA）。锁定放大器基本组成框图见图1。
信号
参考 触发 R(t) 整形 移相器 方波 驱动 图1 锁定放大器基本组成结构框图
S(t) 参考通道 r(t) 信号通道 交流 放大器 带通 滤波器 x(t) 相敏 检波器 低通 滤波器 直流 放大器 输出 显示 2．要求
（1）外接信号源提供频率为1kHz的正弦波信号，幅度自定，输入至参考信
号R(t)端。R(t)通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S(t)端，S(t)幅度有效值为 10μV~1mV。（5分）
（2）参考通道的输出r(t)为方波信号，r(t)的相位相对参考信号R(t)可连续或
步进移相180度，步进间距小于10度。（20分）
（3）信号通道的3dB频带范围为900Hz~1100Hz。误差小于20%。（10分） （4）在锁定放大器输出端，设计一个能测量显示被测信号S(t)幅度有效值的
电路。测量显示值与S(t)有效值的误差小于10%。（15分）
（5）在锁定放大器信号S(t)输入端增加一个运放构成的加法器电路，实现S(t)
与干扰信号n(t)的1:1叠加，如图2所示。（5分）
图2 锁定放大器叠加噪声电路图
S(t) n(t)
信号 加法器 S(t)+n(t) 交流放大器 带通滤波器 锁定放大器 x(t) （6）用另一信号源产生一个频率为1050~2100Hz的正弦波信号，作为n(t)叠
加在锁定放大器的输入端，信号幅度等于S(t)。n(t)亦可由与获得S(t)同样结构的电阻分压网络得到。锁定放大器应尽量降低n(t)对S(t)信号有效值测量的影响，测量误差小于10%。（20分）
（7）增加n(t)幅度，使之等于10S(t)，锁定放大器对S(t)信号有效值的测量误
差小于10%。（20分） （8）其他自主发挥。（5分） （9）设计报告。（20分）
项 目 系统方案 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 总体方案设计 锁定放大器各部分指标分析与计算 总体电路图,程序设计 测试数据完整性,测试结果分析 总分 主要内容 满分 4 6 4 4 2 20 设计报告结构及规范性 摘要,设计报告正文的结构、图表的规范性
3．说明
（1）各信号输入、输出端子必须预留测量端子，以便于测量。
（2）要求（1）和（6）中的电阻分压网络的分压比例自定。由于μV级信号
常规仪器难以测量，可通过适合加大输入信号幅度的方法，测量并标定其分压比。
（2）关于锁定放大器的原理可参考《微弱信号检测》。高晋占编著，清华大
学出版社2004年。
2014年TI杯大学生电子设计竞C题-锁定放大器的设计
