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u锁相放大器实验
学号姓名：汪礼锋
实验日期：2008年11月11日指导教师：何琛娟
摘要：本实验通过测量锁相放大器的工作参数和特性，理解相关检测原理并掌握锁相放大
器的参考信号通道和相敏检波器的特性。
关键词：锁相放大器、信号、参考信号、噪声
1、引言
锁相放大器是检测淹没在噪声中微弱信号的常用仪器。目前，它已经能够在强噪声背景
下检测出几纳伏（nV）的交流信号，并且能够测量宽范围的光强度。锁相放大器已成为现
代科学技术中不可缺少的常用仪器。
2、实验原理
2.1、相关接收
利用参考信号和被测信号具有相关性，而参考信号与噪声相互独立、互不相关的性质，
可以使之通过相关运算消弱噪声的影响，即对混有噪声的信号和参考信号进行相乘和积分处
理，从而检测出微弱信号。
2.2、相干检测的实现
相干检测器由乘法器(PSD)和积分器组成。原理如下：
设加在PSD上的被测信号为
（1）
加在PSD上的方波参考信号幅度为1，若用傅里叶级数展开，则方波表达式为：
（2）
于是PSD上的输出信号为：
（3）
由公式（3）可以看出，输出信号包含各种频率的分量。在正常工作情况下，参考信号
的基波频率与被测信号的频率相等的，即。这时PSD的输出信号中含有直流成
分：
（4）
将PSD的交流成分滤去后，只有直流成分的被输出，当相位时，输出信号最大：
（5）
进一步分析还可以知道，被测信号的奇次谐波成分在输出信号中也占有一定的比例。
2.3、锁相放大器的基本组成
锁相放大器是采用相干技术制成的微弱信号检测仪器，其基本构成由信号通道、参考通
道和相关器三部分组成。
3、实验仪器
ND-501型微弱信号检测实验综合装置
前置低通高调谐相敏低通直流输出
信号放大器通滤波放大器检波器滤波器放大器
输入器
信号通道相关器
触发器f，2f变移相器
参考换电路
输入
参考通道
图1.锁放大器原理图
4、实验内容
4.1、参考信号通道特性研究
接好电路，调节输入信号为正弦波，频率为1000Hz，幅度大小为100mV。当相位计显
示的相位差为8°时，输入信号和输出信号同相。调节参考信号和输入信号的相位差分别为
，，，，对比宽带移相器的输入输出信号的波形变化，如图2所示：
图2、不同相位下宽带移相器的输入输出信号的波形
改变信号幅值和频率，得到表1：
表1、输入、输出信号幅值与频率研究
幅值（格）频率（Hz）
输入信号10
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