锁定放大器的设计

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赛区统一队号：HLJ-C-069 学校名称：哈尔滨工程大学 队长姓名： 队员姓名： 指导教师姓名： 2014年8月18号

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摘要

本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，由信号通道电路，参考通道电路，相敏检波器，输出显示部分组成。其号经电阻分压网络生成微小信号，再经过放大和参考通道的方波输入到AD630,AD630再输出直流量给单片机采样显示。经测试，本系统能准确测量出强噪声背景下围为10uf-1mV的微弱信号，并在液晶准确显示，基本完成了题目要求。本系统分压网络由精密电阻搭建的π型分压网络，简单快捷，稳定性高，移相运用了有源移相网络，实现了0到360度连续调节。检测显示模块利用高性能MSP430单片机和高精度模数转换器ADS1118进行采样并经12864显示，美观大方。 关键词 微弱信号 相敏检波器 MSP430

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目录

1. 设计任务 .......................................................................................................... 1

1.1任务 ................................................................................................................... 1 1.2基本要求............................................................................................................ 1

2. 方案论证.............................................................................................................. 2

2.1交流放大器 ........................................................................................................ 2 2.2带通滤波器 ........................................................................................................ 2 2.3相敏检波器 ........................................................................................................ 2 2.4移相器 ............................................................................................................... 2 2.5软件方案选取 .................................................................................................... 3 2.6系统整体方案 .................................................................................................... 3 2.7系统总体框图 .................................................................................................... 3

3. 理论分析计算 ........................................................................................................ 3

3.1硬件电路的设计原理 ............................................................................................. 3 3.1.1信号通道电路的设计 ...................................................................................... 3 3.1.2参考通道触发整形电路的设计........................................................................ 4 3.1.3相敏检波器的设计 .......................................................................................... 5 3.1.4低通滤波器的设计 .......................................................................................... 6 3.2单片机控制与系统任务的设计与选取 ................................................................... 6

4. 测试结果与误差分析 ............................................................................................ 7

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4.1测试仪器： ....................................................................................................... 7 4.2测试分析 .......................................................................................................... 7 4.2.1 衰减器测试 .................................................................................................... 7 4.2.2 移相器测试 .................................................................................................... 7 4.2.3带宽测试 ........................................................................................................ 7 4.2.4 微弱信号的测量 ............................................................................................. 7 4.2.5 结论与误差分析 ............................................................................................. 8

5. 结论、心得体会 .................................................................................................. 8 6. 参考文献 ........................................................................................................... 8

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1 设计任务

1．1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一。

信号 信号通道 交流 放大器 S(t) 参考通道 参考 触发 R(t) 整形 移相器 带通 滤波器 x(t) 相敏 检波器 1 低通 滤波器 直流 放大器 输出 显示 2 ) r(t3 方波驱动 4 图一: 锁定放大器基本组成结构框图

4.1

1．2基本要求

（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)可连续调

节或步进移相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

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