内容发布更新时间 : 2024/6/26 21:55:54星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验 锁相放大器基本使用

1实验目的

通过本实验加深对相关检测原理以及锁相放大器基本组成的认识，掌握锁相放大器的正确使用方法和在检波上的应用。

2 实验原理

2.1 锁相放大器的基本结构

锁相放大器的基本结构如图：

图1 锁相放大器结构图

相关器前置放大信号输入BPF整形移相PSDLPF直流输出参考信号输入

2.2 锁相放大器信号处理过程

调制过程对信号频谱进行迁移，到?0处；然后选频放大，放大信号的同时不放大1/f噪声和低频漂移；相敏检波器(PSD)将频谱迁移到直流(ω=0)；用LPF滤波。

S（?调制S（?PSD0?0?0?0?图2 调制示意图和PSD示意图

锁相放大器基本原理框图如下所示：

信号输入

x(t)信号通道 相敏检测up(t)低通滤波uo(t)参考输入参考通道r(t)图3 锁相放大器基本原理框图

其中，各名词释义如下：

信号通道：调制信号交流放大，输入阻抗与输出阻抗匹配；

参考通道：对参考输入放大或衰减，满足PSD的需要；对参考输入进行移相，使不同相移信号的检测结果最佳；

相敏检测：实现频谱迁移，鉴幅鉴相； 低通滤波：保证系统具有较大的SNIR。

3 实验器材

双通道信号发生器、可编程滤波器、锁相放大器、示波器、光纤陀螺

4 实验步骤

4.1微弱信号检测实验

（1）运用双通道信号发生器产生信号和噪声并合成，其中信号为正弦波，频率40kHz，幅度为50mV；噪声为白噪声，幅度为10V。用示波器观察信号，看能否分辨正弦信号。

（2）运用带通、低通滤波器提高该信号的信噪比，并用示波器观察滤波后的信号能否分辨出正弦信号。

（3）运用锁相放大器对微弱正弦信号进行检测，从信号发生器输出与正弦信号同频同相的方波作为锁相放大器的参考信号，从而检测正弦信号的幅度。 4.2 陀螺仪微弱信号检测实验

（1）将光纤陀螺产生微弱信号，即转速信号，作为输入信号。

（2）运用锁相放大器对微弱信号进行检测，从光纤陀螺输出与信号同频同相的方波作为锁相放大器的参考信号，从而检测信号的幅度。观察光纤陀螺仪静止时、以及手动转动光纤陀螺仪时示波器上波形的变化。

5 实验结果与分析

对于实验1，如图4所示，将信号发生器的CH1通道设置为正弦波，幅值为250mv，频率为600KHz。

图4 信号发生器CH1通道设置情况

如图5所示，将CH2通道设置为随机噪声（无特定频率），幅值为9V。

图5 信号发生器CH2通道设置情况

如图6所示，用示波器观察CH1与CH2整合输出波形，此时无法提取出信号的有用信息。