相关器的研究及其主要参数测量(v2.0)
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实验9-3 相关器的研究及其主要参数测量
微弱信号检测是利用电子学、信息论、计算机、物理学的方法从噪声中提取出有用信号的一门技术学科。“微弱信号”并不是单纯的信号幅度很小，而主要是指信号被噪声淹没，“微弱”是相对于噪声而言的。因此，微弱信号检测是专门与噪声作斗争的技术，其主要任务是提高信噪比。为此，就需要研究噪声的来源和性质，分析噪声产生的原因和规律，噪声的传播路径，有针对性地采取有效措施抑制噪声。研究被测信号和噪声的特性及其差别，以寻找出从噪声中检测出有用信号的理论和方法。
微弱信号检测基本原理：频域的窄带化、时域信号的平均处理、离散量的计数统计、并行检测、自适应噪声抵消等。
微弱信号检测常见技术：相关检测、锁定放大、取样积分(多点平均)、光学多道分析仪、光子计数、自适应噪声抵消等。
【实验目的】 1、了解相关器的原理 2、测量相关器的输出特性
3、测量相关器的抑制干扰能力和抑制白噪声能力
【实验仪器】
1、 ND-501C型微弱信号检测实验综合装置
包括：相关器实验盒、宽频带相移器实验盒、同步积分器实验盒、多点信号平均器实验盒、选频放大器实验盒、多功能信号源实验盒、有源高通-低通滤波器实验盒、低噪声前置放大器实验盒、交流-直流-噪声电压表实验盒、频率计实验盒、跟踪滤波器实验盒、相位计实验盒、双相相关器实验盒、PA级电流前置放大器实验盒、电压源-电流源实验盒、VX，VY→VK，Vφ运算电路实验盒。 2、数字存储示波器
【实验原理】
相关器是锁定(相)放大器的核心部件。相关器就是实现求参考信号和被测信号两者互相关函数的电子线路。由相关函数的数学表达式可知，需要一个乘法器和积分器实现这一数学运算。从理论上讲用一个模拟乘法器和一个积分时间为无穷长的积分器，就可以把深埋在任意大噪声中的微弱信号检测出来。
通常在锁定放大器中不采用模拟乘法器，也不采用积分时间为无穷长的积分器。因为模拟乘法器要保证动态范围大，线性好将是困难的。由于被测信号
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是正弦波或方波，乘法器就可以采用动态范围大、线性好、电路简单的开关乘法器。国内外大部分的锁定放大器都是采用这种乘法器，本实验只讨论采用这种乘法器的相关器。
3.1 相关器的数学解
锁定放大器中常采用的相关器原理方框图如图1-1所示。被测信号VA和参考信号VB在乘法器中相乘，两者之积V1为乘法器的输出信号。同时也是低通滤波器的输入信号。低通滤波器是采用运算放大器的有源滤波器，电阻R1、R0、C0为图中所示，Vo为低通滤波器的输出信号。图中的乘法器用开关来实现，可以等效成被测输入信号与单位幅度的方波相乘的乘法器。若参考信号为占空比1：1的对称方波，VB就能用单位幅度的对称方波函数表示(或称单位幅度开关函数记为XK)。因此有：
(1-1)
式中ωR为参考信号的角频率。
图1-1、相关器原理图
设输入被测信号，ω为信号角频率，为相位差，UA为正弦波的振幅。乘法器的输出为V1，可以表示为：
对于低通滤波器，输入电压V1，输出电压V0满足大家熟知的微分方程。用运放虚地点：
有
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