浙江省电赛D题锁定放大器讨论

貌似祸害

浙江省电赛D题锁定放大器讨论 [复制链接]

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。

信号通道

信号

交流

带通

x(t)

相敏

低通

直流

输出

显

放大器

滤波器

检波器

滤波器

放大器

示

S(t)

参考

参考通道

r(t)

触发

移相器

方波

R(t)

整形

驱动

图 1 锁定放大器基本组成结构框图

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）

共 2 页，C‐1 file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image017.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image019.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image021.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.png

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image029.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image031.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image033.jpg

file:///C:/Users/ADMINI~1.KTW/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.jpg

（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）

锁定放大器

S(t)

加法器

信号

交流放大器

带通滤波器

x(t)

n(t)

S(t)+n(t)

图 2 锁定放大器叠加噪声电路图

（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）

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。

 

buer1209

图看不到 楼主该重新编辑一下了

 

貌似祸害

问一下，输出用什么adc会比较好？第一次参加。。练了也才半个月==各种烦

 

vavsz002

有两人在讨论学历。一个说：我硕士后。另一个说：我博士后。这时有个声音响起：我90后。两个人都不说话了，可能心里再想，还是年轻好啊。这时又有一个声音响起：我脸皮厚。 你笑了么，笑了就顶一下VAV导轨厂家分享。

 

鬼眼刀道

adc只不过最后用来检测输出的直流信号而已，对采样率也没有什么要求，推荐的话可以采用∑-Δ的ad拥有较高的直流精度分辨率一般可达到14位以上，例如今年在推荐栏的ads1118就不错。但总的来说 这个题目前面的硬件工作才是最重要的......

 

貌似祸害

鬼眼刀道 发表于 2014-8-13 09:28
adc只不过最后用来检测输出的直流信号而已，对采样率也没有什么要求，推荐的话可以采用∑-Δ的ad拥有较高的 ...

卡在带通滤波器这里了，感觉好难==求调教

吓于侠义

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。
这个条件是什么意思，分压比是固定的吗？
还是说可调的？？

貌似祸害

吓于侠义 发表于 2014-8-14 02:03
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。
这个条件是 ...

我们是按照分压比可调来搞的

鬼眼刀道

貌似祸害 发表于 2014-8-13 20:47
卡在带通滤波器这里了，感觉好难==求调教

带通滤波器？这个好像不是难点，难点在PSD和哪儿吧，带通的话就用高通低通滤波器组合一下就成了，ti也有专门的滤波器设计软件(FiljiuterPro)，根据要求输入参数就可以得到结果。不放心的话可以用一下仿真软件仿真一下，不过由于这个属于小信号的题目还是要注意一下要选择精密运放

貌似祸害

鬼眼刀道 发表于 2014-8-14 09:55
带通滤波器？这个好像不是难点，难点在PSD和哪儿吧，带通的话就用高通低通滤波器组合一下就成了，ti也有 ...

高通低通组合起来通频带瞬间超大==FiljiuterPro试过，没有passband的设计==