小信号测试方法
§4-4 小信号分析法
小信号分析法
根据KVL：
Rs i (t ) + u(t ) = Us + us (t ) 当 us (t ) = 0 时：Rs i(t ) + u(t ) = Us i 非线性电阻的VCR为： = g(u)
us(t) + R
Rs
+ i + u(t) -
Us
Rs IQ + UQ = Us
-
IQ = g(UQ )
2
此时非线性电阻的动态电阻为：
du Rd = = ( i + 1) I = 1.285Ω Q di I Q
1 2 1 U Q = I Q + I Q = ×0.285 2 + 0.285 = 0.33 V 2 2
X
解（续）
(3)作出小信号等效电路如图(c)所示。则：
us ( t ) cos t i (t ) = = = 0.047costA Req + Rd 20 + 1.285 u' (t ) = Rd i ' (t ) = 1.285×0.047cost = 0.06costV
i
+
u
_
R2 U oc = Us R1 + R2 20 = ×12 = 6V 20 + 20
R1 + _
Us
R3 a 。
IQ
+ _
UQ
R2 。 b
20 ×20 Req = R3 + R1 // R2 = 10 + = 20Ω 20 + 20
(a)
X
解（续）
图(a)所示电路等效为图(b)。 (2)对图(b)所示电路，根据KVL有：
微弱信号的检测方法
微弱信号的检测方法
微弱信号的检测方法包括以下几种：
1. 前置放大：使用低噪声、高放大倍数的前置放大器来放大微弱信号，以增加信号的幅度。
2. 滤波：使用滤波器来去除噪声和其他干扰信号，从而提取出微弱信号。
3. 增益控制：根据信号的强度调整放大倍数，在信号强度较弱时增大放大倍数，以增加信噪比；在信号强度较强时降低放大倍数，以避免过载。
4. 信号平均：通过多次采样并取平均值来降低噪声的影响，提高信噪比。
5. 相位锁定环路：通过引入参考信号与微弱信号进行比较，调整参考信号的相位和频率，使其与微弱信号同步，以提高微弱信号的检测灵敏度。
6. 自适应滤波：根据输入信号的特性和统计特性，自动调整滤波参数，以适应不同条件下的信号检测。
7. 比较检测：将微弱信号与一个已知的参考信号进行比较，通过比较结果来确定和检测微弱信号。
需要根据具体的应用场景和信号特性选择适合的检测方法。
此外，还可以采用多种方法的组合，以提高微弱信号的检测能力。
示波器测量小信号方法
如何用示波器测量小信号
饶志华肖静刘滨
东华理工大学
用数字示波器测量小信号时，由于信号幅度较小，极容易受噪声干扰。
经总结，用数字示波器测小信号可以按照如下步骤进行：
1、将信号好输入示波器（这里以p-p value=5mv，f=1KHz的余弦信号为例）
2、按”auto set”按钮获取波形，见图1
图1按”auto set”获取波形
3、按触发菜单按钮”trig menu”，在显示屏幕上弹出触发菜单，见按菜单旁边对应的按钮，
选取图示的触发方式，见图2
图2按触发菜单按钮选取合适触发方式
4、调节相应的幅度旋钮”scale”,将波形的幅度展宽（图中信号是从第一路输出），见图3。
图3调节幅度旋钮将波形的幅度展宽
5、调节相应的频率旋钮”scale”,将波形在时域上展开，仅在屏幕上仅显示1-3个周期（待补
图）
6、如果这时后的波形看不到余弦信号的样子，则可能是示波器抓取波形失败，则重复以上
步骤。
7、这时候示波器上显示的波形由于受噪声影响，重影非常明显，这时可以按捕获按
钮”acquire”，选取“取平均次数，即用多次采样的次来作为测量值，故可以中和掉噪声，这时候可以看到细小清晰的波形。
（待补图）
---------------
注：实际信号发生器输出的波形噪声没有那么严重，大部分噪声是来自周围环境的噪声和信号发生器和示波器的接入方式，当采取同轴电缆将信号发生器和示波器直接连接起来的时候，不用求平均值的方式也可以得到较好的信号，这也从一方面说明了当用放大器放大小信号时，示波器上的输出信号不像输入信号般有非常大的噪声。
按下测量按钮，则可以得到测量波形的各项参数值。
（待补图）。
小信号实验报告
一、实验目的1. 了解小信号放大器的基本原理和组成。
2. 掌握小信号放大器的性能指标及其测试方法。
3. 学会使用示波器、信号发生器等实验仪器进行实验操作。
4. 培养动手能力和实验技能。
二、实验原理小信号放大器是一种将输入信号进行放大，同时保持放大前后信号波形不失真的电子电路。
其主要组成部分包括放大管、偏置电路、耦合电容、负载电阻等。
实验中，我们将对单调谐放大器和双调谐放大器进行性能测试。
1. 单调谐放大器：单调谐放大器由一个放大管、偏置电路、耦合电容和负载电阻组成。
其工作原理是利用放大管放大输入信号，通过耦合电容将放大后的信号传递到负载电阻，实现信号的放大。
2. 双调谐放大器：双调谐放大器由两个单调谐放大器级联而成，具有更高的选择性。
其工作原理是第一个单调谐放大器对输入信号进行初步放大，第二个单调谐放大器对放大后的信号进行选择性放大。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：高频电子线路综合实验箱2. 示波器3. 信号发生器4. 双踪示波器5. 频率测试仪四、实验步骤1. 连接实验电路：根据实验要求，将单调谐放大器和双调谐放大器的电路连接到实验箱上。
2. 测试单调谐放大器性能：（1）测量静态工作点：调整偏置电路，使放大管工作在最佳状态。
（2）观察输入输出信号：使用示波器观察输入输出信号的幅度和相位关系，计算放大倍数。
（3）测试幅频特性：使用频率测试仪观察幅频特性曲线，测量3dB带宽和通频带。
（4）测试相频特性：使用频率测试仪观察相频特性曲线，测量相位变化。
3. 测试双调谐放大器性能：（1）测量静态工作点：调整偏置电路，使放大管工作在最佳状态。
（2）观察输入输出信号：使用示波器观察输入输出信号的幅度和相位关系，计算放大倍数。
（3）测试幅频特性：使用频率测试仪观察幅频特性曲线，测量3dB带宽和通频带。
（4）测试相频特性：使用频率测试仪观察相频特性曲线，测量相位变化。
4. 分析实验数据：对实验数据进行整理和分析，得出单调谐放大器和双调谐放大器的性能指标。
第十一章-微弱信号检测技术
锁相放大器的工作过程
I 随时间缓变的信号
经过调制
λ(t)
I
信号恢复
输出信号 （与信号幅度成 λ(t) 正比，与相对相 位有关）
ωm
送入锁相放大器
信号输入
Lock-in
参考信号
ωm
互相关函数
两个具有确定频率和相位的周期性信号，它们的相关特
性可以用互相关函数来表达：
lim R12 ( ) T
1 2T
模拟锁相放大器
数字锁相放大器
锁相放大器
2. 锁定放大器抑制噪声的基本出发点
( 1 )用调制器将直流或慢变信号的频谱迁移到调制频率处,再进行放 大, 以避开1/f 噪声的不利影响； ( 2 )利用相关器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声
与信号同频又同相的概率很小； （3）利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做的较窄，
1.锁相放大器概述
自从1962年，美国EG&G PARC公司制作了第一台锁相放大器(LIA)的 后，微弱信号检测技术得到了突破性的发展。后来又出现了模拟锁相放 大器(ALIA) 和数字锁相放大器(DLIA) 。对于数字锁相放大器而言，又 出现基于单片机的DLIA 和基于专用DSP的DLIA 。还有基于PC的系统级 模块化DLIA ，这种锁相的算法是采用C，C++等语言实现的。由于整个 系统运行在PC平台上，所以可以使用各种仿真软件对算法进行研究。
通常把由于材料或器件的物理原因产生的扰动称为噪 声。
把来自外部的原因的扰动称为干扰，有一定的规律性， 可以减少或消除。
锁相放大器要解决的就是如何在很强的外部干扰环境 中检测弱信号。
通常干扰是可以减少或消除的外部扰动，而由于材料 或器件的物理原因产生的噪声则很难消除。
高频小信号选频放大器的测试与分析
高频小信号选频放大器的测试与分析Q值）的影响。
图1-2 单调谐回路谐振放大器【实验内容】1．用万用表测量晶体管各点（对地）电压VB、VE、VC，并计算放大器静态工作点。
2．采用点测法测量单调谐放大器的幅频特性。
3．用示波器观察静态工作点、集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。
4．用示波器观察放大器输入、输出波形。
3、学会连接电路的方法。
4、按《实验报告》的要求做好记录。
【实验步骤】1. 在实验箱上插上实验板1。
接通实验箱上电源开关，此时电源指示灯点亮。
2. 把实验板1左上方单元（单调谐放大器单元）的电源开关（K7）拨到ON位置，就接通了+12V电源（相应指示灯亮），即可开始实验。
3．单调谐回路谐振放大器静态工作点测量①取射极电阻R4=1kΩ（接通K4，断开K5、K6），集电极电阻R3=10kΩ（接通K1，断开K2、K3），用万用表测量各点（对地）电压VB、VE、VC，并填入表1.1内。
表1.1射极偏置电阻实测(V) 计算(V,mA)晶体管工作于放大区? 理由V B V E V C V BE V CE I C是否R4=1kΩ 3.41 2.76 11.80 0.65 9.04 2.76 是V BE在0.6-0.7V间R4=510Ω 3.37 2.71 11.79 0.66 9.08 5.31 是V BE在0.6-0.7V间R4=2kΩ 3.45 2.81 11.80 0.64 8.99 1.41 是V BE在0.6-0.7V间②当R4分别取510Ω（接通K5，断开K4、K6）和2kΩ（接通K6，断开K4、K5）时，重复上述过程，将结果填入表1.1，并进行比较和分析。
小信号模型分析法(微变等效电路法)
ic hoe vce
β = hfe
rce= 1/hoe
• ur很小，一般为10-3∼10-4 ， 很小，一般为10 • rce很大，约为100kΩ。故 很大，约为100kΩ 100k 一般可忽略它们的影响， 一般可忽略它们的影响， 得到简化电路 BJT的 BJT的H参数模型为
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
2
β 一般用测试仪测出； 一般用测试仪测出；
H参数的确定 H参数的确定
rbe 与Q点有关，可用图示 点有关，
仪测出。 仪测出。 也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ β ) re
rb为基区电阻，约为200Ω 为基区电阻，约为200 200Ω
VT (m ) V 26(m ) V re = = IEQ(m ) IEQ(m ) A A
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
二
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管 当放大电路的输入信号电压很小时， 小范围内的特性曲线近似地用直线来代替， 小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三 极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。 极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。
dvBE = ∂vBE ∂iB
VCE ⋅ di + B
ic ib + vbe – b e c + vce –
∂iC d iC = ∂iB
∂iC VCE ⋅ diB + ∂vCE
∂vBE ∂vCE
IB
⋅ dvCE
IB
⋅ dvCE
下页 返回
上页
模拟电子技术基础
vbe = hieib + hrevce ic = hfe ib + hoevce
通信中的小信号检测技术
通信中的小信号检测技术随着通信技术的快速发展，人们对通信中信号的传输速度、可靠性以及抗干扰能力等要求也越来越高。
为了满足这些需求，通信技术不断推陈出新。
在通信中，小信号检测技术是其中的一个重要组成部分。
一、小信号检测技术概述小信号检测技术指的是在弱信号情况下，对信号进行有效检测和提取的技术手段。
在通信中，小信号往往是指低噪声信号，其信号强度十分微弱，很容易被其他干扰信号所淹没。
因此，对小信号进行可靠的检测和提取，是提高通信系统性能的核心关键之一。
二、小信号检测技术的应用领域小信号检测技术具有广泛的应用领域，常见的应用领域包括：无线通信、雷达系统、卫星通信、声音处理、地震勘测等。
在无线通信中，小信号检测技术作为信号增强技术，可以有效提高接收机对弱信号的接收能力和鉴别信号的能力，从而提高通信的可靠性。
在雷达系统中，小信号检测技术的应用则主要体现在对雷达回波信号的检测和处理中。
在卫星通信领域，小信号检测技术则主要应用于卫星信号的检测和解调中。
在声音处理和地震勘测中，小信号检测技术则广泛应用于低信噪比环境下的检测和分析。
三、小信号检测技术的常用方法小信号检测技术具有多种实现方法，其中最常用的方法包括：平均法、信号放大法、滤波法和频谱分析法。
平均法指的是对多次采样结果进行平均处理，从而消除随机噪声的影响。
信号放大法则是将信号进行放大处理，从而使信号强度得到提升，以达到有效检测的目的。
滤波法则是采用不同的滤波器，将信号中的噪声滤除，从而得到纯净的信号。
频谱分析法指的是通过对信号进行频谱分析，从而提取信号频率和幅值等关键信息。
四、小信号检测技术的发展趋势随着通信技术的快速发展，小信号检测技术也得到了不断的完善和提高。
在未来，小信号检测技术的发展趋势将体现在以下几个方面。
首先，小信号检测技术将更加智能化和自适应化。
随着人工智能技术和机器学习技术的不断发展，小信号检测技术将能够更加智能地理解和识别不同类型的信号，从而实现更精准的信号检测和提取。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Vertical Scaling Can Limit Resolution
8 bit ADC • 28 = 256 Q levels • Vertical setting = 1 V/div • 8 divisions • Full scale = 8V Each waveform is only using 7 of the 8 ADC bits. Resulting Resolution • 31 mV (8V / 256 levels)
5.
6. 7.
Use high-resolution mode to reduce noise
Bandwidth limit to reduce noise Average when signals are repetitive
8.
Use probes that have offset and required sensitivity
Need and Challenges
1. Start with a scope that has low noise.
– How do you characterize noise? – What different does noise make on precision signal viewing? – How do noise and ENOB compare? 2. Scale waveforms for maximum ADC resolution
ENOB between 8 and 9 bits (SNR between 50dB and 56dB) is typical for a 12-bit high-resolution digital oscilloscope
Unique ENOB value for each • Scope channel • V/div setting • Source frequency
3 Easy Steps 10 minutes total
1. Disconnect all inputs 2. Measure at each V/div setting 3. Measure Vrms AC on each channel
提示1：安捷伦9000H 250MHz~2GHz示波器同类产品中本底噪声最低 提示2：安捷伦90000X/Q 13GHz~63GHz磷化铟示波器同类产品中本底噪声最低 提示3: 安捷伦N2820A/21A探头量测精度业界最高，50uV 或 50uA
Oscilloscope Techniques for Precisely Measuring Small Signals
Teng Huang
Marketing Development Manager Agilent Technologies Greater China Oscilloscope Products Division Sep 5, 2013
Resulting Resolution • 16.5 mV (4V / 256 levels)
Associated Precision Signal Viewing Differences
提示1：安捷伦9000H 250MHz~2GHz示波器同类产品中本底噪声最低 提示2：安捷伦90000X/Q 13GHz~63GHz磷化铟示波器同类产品中本底噪声最低 提示3: 安捷伦N2820A/21A探头量测精度业界最高，50uV 或 50uA
提示2：安捷伦90000X/Q 13GHz~63GHz磷化铟示波器同类产品中ENOB最高
Need and Challenges
1. 2. Start with a scope that has low noise. Scale waveforms for maximum ADC resolution – Impact of scaling on precision signal viewing – Value of correct waveform positioning and multiple grids 3. Exploit the scope’s (off screen) dynamic range spec
Need and Challenges
Applications where needed
Need and Challenges
Challenges
Noise Impact on Precision Signal Viewing
Examples
Signal (DUT) Thick waveforms
Front-end Noise
Store each ADC output
Jagged waveforms
Scope display
Need and Challenges
1. 2. 3. 4. Start with a scope that has low noise. Scale waveforms for maximum ADC resolution Exploit the scope’s (off screen) dynamic range spec Use functions and duplicate waveforms to vertically zoom.
An ideal 8-bit ADC has an ENOB of 8 and a SNR of 50dB. Each additional effective bit improves the SNR by 6.02dB ENOB • varies with frequency, hence generally specified for a particular frequency. • good figure of merit when comparing oscilloscope technologies. • Result includes all noise and error sources in the oscilloscope including ADC quantization noise, ADC differential nonlinearity, ADC integral nonlinearity, thermal noise, shot noise, and input amplifier distortion. Expect an ENOB specification much lower than the number-of-bits specification due to these noise and error sources.
Compare of 2 Oscilloscopes with Equivalent Bandwidth
提示1：安捷伦9000H 250MHz~2GHz示波器同类产品中本底噪声最低 提示2：安捷伦90000X/Q 13GHz~63GHz磷化铟示波器同类产品中本底噪声最低 提示3: 安捷伦N2820A/21A探头量测精度业界最高，50uV 或 50uA
6.
7. 8.
Bandwidth limit to reduce noise
Average when signals are repetitive Use probes that have offset and required sensitivity
Characterizing Your Scope’s Noise
An Alternate Approach with Live Signal
1 Step 30 second noise approximation
With a low-noise signal 1. Turn on infinite persistence and measure the noise envelope Magnify function enables vertical zooming Caution: Is the noise from the scope or the DUT?
Need and Challenges
1. 2. 3. 4. Start with a scope that has low noise. Scale waveforms for maximum ADC resolution Exploit the scope’s (off screen) dynamic range spec Use functions and multiple windows to vertically zoom.
3.
Exploit the scope’s (off screen) dynamic range spec
4. 5.
Use functions and duplicate waveforms to vertically zoom. Use high-resolution mode to reduce noHale Waihona Puke se5.6. 7.
Use high-resolution mode to reduce noise
Bandwidth limit to reduce noise Average when signals are repetitive
8.
Use probes that have offset and required sensitivity
提示1：安捷伦9000H 250MHz~2GHz示波器同类产品中本底噪声最低 提示2：安捷伦90000X/Q 13GHz~63GHz磷化铟示波器同类产品中本底噪声最低 提示3: 安捷伦N2820A/21A探头量测精度业界最高，50uV 或 50uA
Resulting Noise Plot Characterization
4V
8V 4V
提示1：安捷伦9000H 250MHz~2GHz示波器是12比特的示波器 提示2：安捷伦9000A 和其它示波器是8比特的示波器