一种简易锁相放大器设计
本文中的锁相放大器就是利用了信号的频率特性以及信号的相位特点，即“锁定”了被测信号的信号的相位，它的等效噪声带宽非常窄，一般可以做到1mHz,远比选频放大器的带宽窄，因此基于锁相放大器所具有的输出稳定性，强有力滤除噪声的能力以及将深埋在噪声中的微弱信号提取出来并加以放大的优良特性，应当选用锁相放大器
课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
课题研究：一种简易锁相放大器设计
 
主要研究内容：一种简易锁相放大器的工作原理及电路设计
 
要解决的问题：
（1）了解锁相放大器设计研究现状。
（2）理解锁相放大器的工作原理
（3）对组成锁相放大器的各部分进行电路设计
（4）用画图软件画出设计的电路图并进行综合
（5）对设计的电路进行修改和方针
（6）进行仿真结果分析与讨论。
 
研究步骤：调研现状→电路设计→电路仿真→版图设计→验证和测试。

目   录

第一章 绪论 1

1.1 锁相放大器课题的背景与意义 1

1.2 锁相放大器的选题依据 2

1.3 锁相放大器课题研究的内容 3

第二章 锁相放大器的工作原理 5

2.1锁相放大器的工作原理 5

2.2 锁相放大器的基本组成 8

2.3 锁相放大器的特征 9

第三章 研究与分析 11

3.1参考信号产生的方法比较与选择 11

3.2前端放大器的设计 11

3.3移相方法比较与选择 11

3.4相敏检波器的方法比较与选择 11

第四章 系统设计 12

4.1 总体设计 12

4.2 硬件设计 12

4.2.1 前置放大器的设计 12

4.2.2 移相电路的设计 13

4.2.3 相敏检波器的设计 13

4.2.4 低通滤波器的设计 14

4.3软件设计 14

第五章 锁相放大器的应用 15

5.1 用锁相放大器构成的检测器件 15

5.2 用锁相放大器构成的温度传感器校准系统 15

5.3 用数字放大器进行谐波测试 15

5.4 用锁相放大器构成的蓄电池内阻检测 15

5.5 用锁相放大器构成的Labview 16

5.6 锁相放大器的其他应用 16

第六章 小结 17

致谢 18

参考文献 20

附录 21

软件设计 21

流程图 30

 

 

第一章绪论

1.1 锁相放大器课题的背景与意义

1962年，世界上第一台锁相放大器—Lock-in Amplifier（简称LIA)，在美国EG & G PARC公司诞生，它的出现使得微弱信号检测技术步入了一个新的台阶，促进了基础科学与工程技术的发展。目前，随着微弱信号检测技术不断的完善和仪器不断的更新，使得锁相放大器越来越多的被应用到物理、化学、生物、医学、地震、海洋等行业的科学和技术领域中，不断完善发展测量技术的同时也对在一些极端条件下测量微弱信号的检测技术提出了更高的要求。 

最初的锁相放大器（简称LIA）由模拟电路来实现的，之后又出现了由模拟电路与数字电路相混合的锁相放大器，这种只是在信号输入通道，参考信号通道以及输出通道采用了数字滤波器来抑制噪声的混合锁相放大器，又或者是在模拟锁相放大器（简称ALIA）的基础上增加了一些模数转换（ADC）、数模转换（DAC）以及各种通用的数字接口功能，因此能够实现由计算机控制、监视及显示等辅助功能，但仍然采用模拟电子技术来实现其核心相敏检波器(PSD)或解调器，从本质上来说也算是模拟锁相放大器。但模拟锁相放大器具有不是闭环系统、没有反馈调节、信号失真程度较大、系统升级能力差和成本较高等缺点，导致了它在应用中受到了限制。一直到数字锁相放大器（简称DLIA）的出现，就是使相敏检波器或解调器用数字信号处理方式来实现，以商品形式出现的DLIA（如SIGNAL RECOVERY公司的多种产品），是先将模拟信号转换成数字信号在进行相关运算处理，因此具有抗干扰能力很强、信噪比较高、动态范围大等优点。数字锁相放大器与模拟锁相放大器相比较，数字锁相放大器有很多较突出的优点而备受青睐，成为现在微弱信号检测技术中研究的热点。但是，在一些特殊的应用中模拟锁相放大器仍旧具有数字锁相放大器不可替代的作用，如在对信号的相位比较敏感的系统中以及高频系统中的应用等等。

由于数字信号处理的硬件技术和软件算法的发展，使得锁相放大器取得了更进一步的发展，数字锁相放大器对超低频信号检测能力超过模拟锁相放大器，设计了一个数字锁相放大器设计出所特有的功能，即便是在同一个硬件平台上，也可以通过软件算法的升级使整个系统的性能得以提高，这种数字化硬件平台更容易模块化，它还可以嵌入到其他系统中，在未来数字锁相放大器能够与计算机相结合，不仅可以使数字锁相放大器成为虚拟仪器，也可以被软件化为软件锁相放大器。不论是数字锁相放大器还是模拟锁相放大器都将有十分活跃的发展领域。

参考文献

[1]曾庆勇.微弱信号检测原理.[M]浙江大学出版社.1986
[2]陈佳圭.微弱信号检测[M].北京：中央广播电视大学出版社.1987.1
[3] 高晋占.微弱信号检测[M].北京：清华大学出版社.2004
[4]刘俊.张斌珍等. 微弱信号检测技术.电子工业出版社，2005
[5]江国舟.江超等. 微弱信号检测技术的基本原理与方法研究.学院报
[6]张利华.相关检测及其在锁相放大器中的应用物理，1998
[7]Sergio.Franco.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计.刘树棠译.西安：西安交通大学出版社，2004
[8]马忠梅.等.单片机C语言Windows环境编程宝典
[9]吴援明.等.模拟电路分析与基础
[10]张厥盛.等.锁相技术.西安：西安交通大学出版社
[11]刘红丽.等.一种测量微弱信号的锁定放大电路设计.武汉理工大学出版社.2006.1
[12]张冬玲.等.基于DSP的微弱信号检测采集系统设计微计算机信息[M].北京：科学技术出版社.2004.4