鎖相放大實(shí)驗(yàn)1

鎖相放大實(shí)驗(yàn)摘要 本實(shí)驗(yàn)對(duì)鎖相放大的實(shí)驗(yàn)原理、微小信號(hào)的獲取和減小噪聲的方法一系列的介紹，了解鎖相放大器的使用和實(shí)驗(yàn)方法，使我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)有更深的理解。關(guān)鍵詞 鎖相放大 減小噪聲 放大微小信號(hào)引言 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在許多領(lǐng)域需要測(cè)量微小變化的物理量。特別是測(cè)量深埋在噪聲中的微弱信號(hào)。這些微小量的測(cè)量通?？梢赞D(zhuǎn)換為對(duì)相應(yīng)電信號(hào)的測(cè)量，這里我們可以通過(guò)對(duì)這些微小電信號(hào)進(jìn)行放大再進(jìn)行測(cè)量，但是這些信號(hào)發(fā)大的同時(shí)，噪聲和干擾也會(huì)隨之放大，所以單純放大無(wú)法對(duì)這些微小量進(jìn)行檢測(cè)。鎖相放大器是一種高性能的通用測(cè)量?jī)x器，它能精確地測(cè)量被掩埋在噪聲中的微弱信號(hào)。鎖相放大器的最基本原理是相關(guān)接收原理，在相關(guān)接收中，可以把兩個(gè)信號(hào)的函數(shù)和的相關(guān)函數(shù)為： 它是度量一個(gè)隨機(jī)過(guò)程在時(shí)間和兩時(shí)刻線性相關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如果和完全沒(méi)有關(guān)系，則相關(guān)函數(shù)將是一個(gè)常數(shù)。 下面我們?cè)O(shè)有兩個(gè)信號(hào)、為： 其中、為噪聲，為待測(cè)信號(hào)，為參考信號(hào)。則相關(guān)函數(shù)為：展開(kāi)得： 因?yàn)樾盘?hào)和噪聲不相關(guān)，且噪聲的平均值為零，所以都為零。 故。這樣我們可以看到，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)相乘和積分處理后就可以把噪聲抑制，鎖相放大器的核心就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的，見(jiàn)下圖：乘法器乘法器積分器乘法器乘法器積分器 當(dāng)參考信號(hào)為方波時(shí)，方波可以傅里葉展開(kāi)成余弦函數(shù)：則： 這樣，我們可以知道，輸出信號(hào)只跟待測(cè)信號(hào)的幅度和相位差有關(guān)。就可以通過(guò)輸出信號(hào)來(lái)測(cè)量輸入信號(hào)了。當(dāng)頻率不相等時(shí)，設(shè)，則 即保持不變，則，當(dāng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)儀器DN-501型微弱信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)綜合裝置實(shí)驗(yàn)步驟接通電源，預(yù)熱儀器二分鐘。調(diào)節(jié)多功能信號(hào)源，使輸出頻率在1KHz左右。調(diào)節(jié)幅度旋鈕，使輸出100mV直流電壓。將相關(guān)器直流放大倍數(shù)×10，直流放大倍數(shù)×1，用示波器觀察PSD輸出波形。將相關(guān)低通濾波器時(shí)間常數(shù)為1S。觀察PSD輸出波形，測(cè)量相關(guān)器輸出直流電壓與輸出信號(hào)對(duì)參考信號(hào)間相位差。把寬帶相移器輸入信號(hào)輸出送給多功能信號(hào)源，功能的“選擇”置分頻。改變n的值，測(cè)量相關(guān)器輸出直流電壓。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理相位與電壓的關(guān)系圖像相位電壓0°-0.945v30°-0.869v60°-0.566v90°-0.020v120°0.359v150°0.728v180°0.902v210°0.825v240°0.525v270°0.021v300°-0.396v330°-0.768v360°-0.943v電壓與n的關(guān)系n12345678電壓-4.950-1.690-1.040-0.760n9101112131415電壓-0.610-0.510-0.430-0.39實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)實(shí)驗(yàn)作圖驗(yàn)證了與成線性關(guān)系，與的關(guān)系為：當(dāng)為偶數(shù)時(shí)，為零，當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，變?yōu)樵瓉?lái)的。同時(shí)可以觀察到波形毛刺較多，可能是噪聲干擾過(guò)大，對(duì)