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对数放大器的原理与应用
信号压缩
在现实世界中，一些信号往往具有很宽的动态范围。比如雷达、声
纳等无线电系统中，接收机前端信号动态范围可达 120dB 以上；光纤
接收器前端的电流也可从“pA”级到“mA”级。宽动态范围往往给
应用设计带来很多问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态
范围。另一方面， DA 变换中，在保证分辨率的情况下，模数转换器的
位数会随动态范围的增大而增大。因此，在处理宽动态范围的信号时，常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。如果一个系统中阻抗
是线性的，信号的功率与电压的平方成正比，信号的动态范围既可
以用电压表示也可以用功率来表示。
在工程应用中，动态范围的压缩分为“线性压缩”和“非线性压缩”。线性压缩是指放大器的增益与信号的大小无关，输出基本保持
恒定。线性压缩的特点使谐波失真小，其本质是一种“压控放大器”
（V CA ）。非线性压缩方面最好的例子就是对数放大器。它是输入输出信号成对数关系的器件，它对信号动态范围的压缩不需要像 AGC
系统那样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号的大小成反比，在通信、雷达、电子对抗、电子测量中有着广泛的应用。
对数放大器的实质
多年来，人们对对数放大器本质的认识有一些模糊。通常人们把
它看作是一种放大器，反而淡化了其非线性的特性，把它们看作特殊
类型的放大器更是不对。尽管这些电路提供一些放大功能，如在RF 和IF 放大器中，它对小信号呈现出高增益等等，但它们真正的用途
是实现精确的对数变换，严格地说，这些电路应该叫做“对数变换器”。但多年来人们已经习惯了“对数放大器”的叫法。IC 厂商也不愿因为改名而使用户对他们的产品性质和用途造成误解。因此，本文也将沿用“对数放大器”这一名称。
对数放大器的分类
在许多文献中，对数放大器的分类也是相当混乱的，根据实现对数函数依据的不同 ,有的将其分为二极管、三极管对数放大器和级联对数放大器，有的将其分为真对数放大器和似对数放大器等等。但几十年来，随着半导体理论、工艺和模拟集成电路的发展，许多对数放大器实现的方法已经被淘汰，其分类方法也未尽科学。目前根据市场上现有的对数放大器结构和应用领域的不同，可将对数放大器分为三类：基本对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器。
基本对数放大器也称跨导线性（ Translinear）对数放大器，它基于双极性三极管（ BJT）的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态范围（高达 180dB），缺点是交流特性差。
基带对数放大器也称视频对数放大器（虽然很少用于视频显示相关的应用），它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的
输入。其原理是采用了一种“逐级压缩”的技术，交流特性好，但
动态范围较小。
解调对数放大器也称逐级检波对数放大器，它具有分段线性近似性质，形成对数级联后，可以得到很好的对数传递函数，在整个动态范围内对数精度高，同基带对数放大器相似，也采用多个级联线性放大器，动态范围大。
对数放大器原理
针对上述的三种对数放大器，我们分别来讲述其实现信号对数变换的原理。
基本对数放大器
基本对数放大器在 IC 设计中使用了跨导线性电路，因此也称做跨导线性（ Translinear）对数放大器。跨导线性电路是电流模电路的主要组成部分，是许多线性和非线性模拟集成电路的理论基础。跨导线性的概念在 1975 年由 Barrie Gillbert 创立，跨导线性对数放大器就是基于双极性（ BJT）三极管的对数特性。如图 1
图 1 三极管的对数特性
若将 ic 视为激励信号电流， UBE 看作响应信号电压，将输入偏流为零的隔离放大器接在集电极 C 与基极 B 之间以隔离 iB 的影响。
可以看出，理想 BJT 的 UBE 与其 ic 是理想的对数关系。等式中，Is 是 BJT 的饱和电流，它与温度密切相关。此外热电压 UT 也依赖于温度。在集成的跨导线性对数放大器中这种受温度影响的缺点已被一
个具有同样温度变化特性的三极管修正，而且可以确保对数斜率的稳定性。
UY 叫做对数斜率，固定电流 IZ 叫做对数截距（有关对数放大器
的一些名词将在后面予以说明）。
基带对数放大器与解调对数放大器
对于高频应用，常常选择基带对数放大器或解调对数放大器。尽管这两种放大器在细节上有些不同，但原理是相同的，它不是采用一个放大器的对数特性而是用多个相同的线性放大器级联来分段线
性逼近对数函数。如图 2 所示，这里只是一个理想的通用模型，其核
心为一个限幅放大器，每个放大单元的传递函数如图 3 所示，对于 N 个级联限幅放大器构成的对数放大器，EK 为限幅放大器的饱和电压， A 为放大倍，当输入信号电压小于临界值EK/AN-1 时，限幅放大器的每一级都不会饱和，因此，小于EK/AN-1 的输入信号可以得到充分的放大，此时输出信号幅度是输入信号幅度的AN-1 倍。当输入电压大于 EK/AN-1 小于 EK 时，由于各级限幅的原因，输入信号
越大，饱和的级数越多。当输入大于EK 时，输出则为 NAEK 。输入
信号幅度在 EK/AN-1 和 EK 之间的信号，其总的输出电压与输入电
压的幅度可用下式表示：
VIN= EK/AN-M，VOUT=，其中M为饱和的级数（M≤N）
实际的电路结构是：对于小信号采用增益为 A 的放大器，而大信号则采用单位增益放大器，称之为 A/1 放大器，如图 4 所示，限幅增益放大器和单位增益缓冲器并联，输出送加法器。解调对数放大器与基带对数放大器虽然都采用上述的级联限幅放大器，解调对数放大器不是将输出直接累加，而是先检波然后输出累加，用级联限幅放大器构成的对数放大器有两种输出：对数输出和限幅输出。许多应用中限幅输出并不需要，但有些应用中，两种输出都是必须的。解调对数放大器的对数输出一般包括幅度信息，而相位和频率信息则被丢失。如果采用半波检波器和延时补偿，相位和频率信息也可被保留。
图 2 线性放大器级联
图 3 限幅放大器
对数放大器的技术指标
这里我们有必要对对数放大器的相关指标做进一步的说明，因为他们与工程实践密切相关。也是在使用对数放大器中必须考虑的问题。
噪声
所有信号处理系统都受到随机噪声的限制，这便对最小信号设置了可被检测或识别的门限。随机噪声和信号输入端的带宽密切相关，
随机噪声常用“噪声频谱密度（ SND）”来定义，总的噪声功率与系
统的噪声带宽 BN（用 Hz 来表示）成正比。在线性系统中，输出噪声
功率 N 与系统的带宽有关，这里的带宽通常是指 3dB 带宽，对于理
想低通系统而言， 3dB 带宽就是系统的等效噪声带宽。而在非线性系
统中例如对数放大器，情况就不同了，即使输入端很小的噪声都会引
起放大器末级的过载现象。因此对数放大器的主要缺点是会降低大信号的信噪比。所以对数放大器的前级一般的噪声频谱密度（ NSD）设计的
非常低。例如 AD8307 的前级放大器 SND 为 1.5nV/ 。
交调失真
两个单一频率的交调失真指标在射频应用中特别重要。它是表征
放大器的交调失真（ IMD ）的质量因数。谐波失真是由幅度传递函数特
性中的非线性所致。交调失真由两个或更多不同频率的信号混频而成。当输入信号只含一种频率时，放大器的输出仅产生谐波失真，若输入信
号含两中频率，则输出产生谐波失真和交调失真。此时，输出包含了放
大器的直流偏移、有用信号、二次谐波、二阶交调失真、三次谐波、三
阶交调失真等等。大多数的交调失真可以被滤掉（包括二阶交调失真），但输入信号的两个频率靠的很近时，三阶交调失真将和两个基频相近而
不容易被滤掉。通常三阶交调失真与窄带应用有
关，而二阶交调失真与宽带应用有关。如果放大器的非线性可以用幂级数展开的话，那么输入信号每增加 1dB，二阶交调失真会增加 2dB，三阶交调失真会增加 3dB。输入信号超过一定值后，放大器开始饱和，
同时 IMD 分量明显增加，理想输出功率和二阶交调，三阶交调失真功率会会在某一点相交。这些交点在纵轴上的投影既对应的输出功率通常为放大器输出功率提供基准。交点功率越大，使 IMD 增大的电平就越大。所以给定的信号电平下 IMD 就越低。（如图 4 所示）。另一个值得关注的参数是 1dB 压缩点（ 1dB compression point）,从这点开始，输出信号已开始受到限制，并相对理想的输入输出曲线衰
减1dB。
图 4 交调失真
动态范围
系统的动态范围的下端在能够保证测量精度的范围内受噪声的限
制，而信号范围的上端受放大器非线性方面的影响。因此，在实际应
用中规定系统动态范围的一种方法是确定信号的大小使其总谐波
失真（ THD ）在某种可接受的程度，比如 1%。或规定使系统的输出功
率相对理想输出功率下降 1dB 的信号电平（ 1dB 压缩点）。显然，测
定系统动态范围依赖于信号的性质和采用的处理方法，没有单一的标准
可用来精确测定所有系统的动态范围。事实上，信号处理系统设计的中
心问题是对每一部分进行优化，使其能恢复出最大可能的信息。
对数斜率和截距
斜率（slope）和截距(intercept)是表征对数放大器传递函数的两
项技术指标，如图 5 所示，输入很小的情况下，对数函数可以认为是线
性，在对数坐标中输入 -输出曲线比较平缓。随着信号的增大对数
曲线为一条直线，对数斜率定义为：输出信号（V）/输入信号（dBm）。若将传递函数的线性部分延长与坐标横轴相交，其交点的横坐标值被称
为截距，它反映了对数放大器对于小信号的增益，线性部分的斜率则表
明了输出信号相对于输入信号的变化。成为对数斜率。它表明随着信号
的增大，对数增益的变化。一旦对数放大器的斜率和截距确定后，其信
号的输入和输出就可用下面的公式计算 UOUT= 斜率×（UIN-截距）。
由公式可以看出截距的增加会导致输出电压的下降。
对数一致性误差
在消除了参考电流误差和失调分量后，对数放大器输出端呈现的
实际电压值与传输特性方程所算出的理想值的差值称为对数一致性误差。
它与器件的动态范围、频率特性和温度密切相关。一个成熟产
品的对数放大器制造出来后其对数一致性误差也就响应的定了下来。因此，定义在一个可接受的误差范围内（比如±3dB），相应的对数放大
器的动态范围也就确定。例如， AD8307 的对数一致性在 100Hz 时为
±0.3dB，500Hz 为±1dB。
对数放大器的典型应用
宽动态范围放大器
对数放大器的特点是在提供大动态范围同时能突出成本优势。在移动通信系统中， CDMA 和 GSM 都需要调节基站的功率输出，以匹配
目标手机和本地基站对通讯距离的要求。近可能的减少基站近处手机过
载的可能性。同样，基站也需要调节接收信道的增益，从而加大信噪比，降低误码率。此类大量的对数放大器应用于 RSSI（接收信号的强度指示）和发射功率控制场合。在某些无线电接收通道中的中
频放大器设计，也可采用对数放大器。例如单片AD8307 可完成信
号接收解调功能，前端进行适当的频率比配后动态范围可达92dBm。若前端配合低噪声 X-AMP(r) 技术的放大器，动态范围更可高达 120dB ｍ，无须外部温度补偿，元件少，电路非常简洁。值得注意的是由于
对数放大器的实质时完成输入输出信号的对数变换。并不强调其放大
器的放大器能力，因此对数放大器的检波输出电压一般不能满足后续处
理电路的门限电压要求，通常采用高带宽增益积的运放对经过对数变
换后的信号做进一步的放大。对于标称的 10%—90%电压上升时间是
否可调的问题，应当说如果输出不带缓冲，则上升时间可通过外部
电路来调节。若输出信号已经是经过缓冲以后的信号，则 10%—90% 电压上升时间是不可调的。如图 5 所示
图 5 不带缓冲输出的对数放大器输出端
另外对数放大器输入输出呈对数关系，对于大信号而言无须类似AGC 的外部控制电路，使得对数放大器在光光纤通信方面有着可喜
的前景。例如光通信系统应用中的功率监控，包括激光控制电路、光
开关、衰减器、放大器等场合，传统解决方案要求采用成本较高的带
切换增益互阻放大器前端的数字信号处理电路。如采用双对数变换器ADL5310 则大大简化了掺铒光纤放大器 (EDFA) 、可变光衰减器 (VOA) 和光分插复用器 (OADM) 的控制环路的设计， ADL5310 包含两
个独立的信号通道以便与光电二极管相连，允许为每个通道独立配置传递函数常数 (斜率和截距 )。其对数变换能力允许对差分信号进行测
量以便计算增益或吸收率。
数据压缩
对数放大器输入输出呈对数关系，输入信号的动态范围可以很
大，这个特点非常适用数据压缩。假设输入信号范围从 1V-10V ，要求在1V 时的分辨率为 1%，为保证精度则在 10V 时分辨率就是 0.1%。为保证分辨率，要求使用 10 位数模转器。如果分辨率不变，而输入
范围为 10Mv-10V ，至少需要 16 位模数转换器。现在用对数放大器，
其输入动态范围为 3 个数量级，信号的分辨率保持 1%，则模数转换器
用 12 位足矣。因此在数据压缩方面对数放大器有着很重要的作用，经
常在数据采集的前端要经过对数放大器，然后将信号送入采集卡的模
拟输入端，经电平转换后送入 ADC 进行转化。
对数放大器应用的常见问题
带宽
在对数放大器中，系统的带宽不能用恒定输入信号而输出下降
3dB 的频率间隔来决定系统的带宽。因为信号经过对数放大器后，其幅度会被压缩，这样测定的值往往大大超出前端匹配网络的带宽，不能真正反映对数放大器的频率特性。所以，应当采用恒定输出，将输
入下降 3Db 时的频率间隔作为对数放大器带宽的方法就不会出现上
述的情况。
噪声干扰
有些对数放大器的输入带宽非常宽，可高达 2.5GHz。宽的频率范
围必然导致一些无用信号的进入放大器，随机噪声功率也与随输入
带宽成正比。在复杂的电磁环境下，这种现象更常见。假设你正在使用
一个宽动态范围的对数放大器，而附近的一个移动电话可能会带来-
60dBm 的噪声，这就会把你的动态范围削低 20dB。一种解决办法是把
对数放大器的两个差动输入端接地。因为对数放大器通常都是交流耦
合输入，所以可以在输入端与地之间接耦合电容。另一种有效的办法
是使用滤波电路，也可以在输入端利用一个匹配网络间接来实现滤波。窄带匹配网络具有某种滤波特性并能对带测信号提供一定程度的增益。
此外高频应用中，电路的屏蔽和接地非常重要。敏感电路可以置于屏蔽
盒内。
波形对截距的影响
对于交流耦合信号，不同波形的信号将影响某些解调对数放大器
的截距，使其有效值上移或下移（如图7），但不影响对数放大器的
斜率。这是由于解调对数放大器在解调后低通滤波器的信号检波与平
均特性引起的后果。而在基带对数放大器中不存在依赖于波形的截距
问题。 AD8307 用未调制的正弦波及与正弦波具有相同功率有效值的CMDA 信号（ 9 个通道全部打开）分别驱动时的传递函数图象。可以看出，在器件的整个动态范围之内，它们的输出电压相差 3.55dB （88.7mV），具有正弦输入特性的对数放大器测量各种波形信号幅度有效值时需加的校正因子，例如测量方波的有效值时，就应该从对数放
大器输出电压值中减去表中 dB 值等价的 mV 值（在 AD8307 中
方波是 -3.01dB 对应 75.25mV）。
图 6 波形对截距的影响
表1 解调对数放大器对各种输入波形的校正因子信号类型
校正因子（加到输出中）
正弦波 & nbsp; 0Db
方波或直流信号-3.01Db
三角波+0.9Db
GSM 信道（所有时隙均打开）+0.55Db
CDMA 正向信道（ 9 个信道均打开） +3.55Db
CDMA 反向信道（ 9 个信道均打开） +0.5 Db
PDC 信道（所有时隙均打开）+0.58 Db
高斯噪声+2.51Db
波形畸变
对数放大器在低电平输入情况下，即使输入信号的微小变化也会对输出电压产生明显的影响，这正是对数放大器的特点。在某些情况下（有电容存在等等），脉冲没有立即关断而却降至某个低电平，然后按指数规律衰减到 0V ，这种输入型号 mV 级的变化很可能我们用肉眼是看不到的。按指数衰减的信号的对数响应是一条直线。如果输
入信号是连串的脉冲，输出的后沿很容易和下一个脉冲的前沿重叠，
因此，一个适当的差放视频处理电路可产生与输入脉冲等宽度的输出，从而解决脉冲重叠现象，如果应用中脉冲的占空比很大，而有用
信息集中在脉冲前沿，则差放视频处理电路可以省略。如图7 所示
图 7 输出波形畸变
对数放大器的选型
我们知道基本对数放大器具有优良的直流精度和非常宽的动态
范围，适用于光纤等直流或低频信号的功率测量。这样的模拟集成电路有 AD8304、AD8305 。基带对数放大器交流特性好，能响应瞬时变化的输入信号，但动态范围较小，适用于高速数据I/O 和蜂窝基站等场合的应用。相应的器件有AD8364。解调对数放大器动态范围大，
频率响应宽。适用于系统的脉冲信号的中频放大、频谱分析、天线功
率测量、功率指示等等。此类器件有 AD640 、641、8307、8309、8310。
锁相放大器的应用
锁相放大器的应用 光科07020 于海民1302070208 摘要 1962年，美国EG&G PARC（SIGNAL RECOVERY公司的前身）的第一台锁相放大器的发明，使微弱信号检测技术得到标志性的突破，极大地推动了基础科学和工程技术的发展。目前，微弱信号检测技术和仪器的不断进步，锁相放大器已经在科学研究、医疗卫生、国防科技、精细加工检测等领域均有着非常广泛的应用，服务于物理、化工、生物、电子等诸多学科(如电、光、磁、声、热、超导、振动等测量；各种谱仪、温度传感测量、谐波探测等应用；以及霍尔效应、电阻检测、激光检测等) 。 关键字锁相放大器信噪比微弱信号检测 一、基本结构 二、锁相放大器的原理 锁相放大器(Lock-in Amplifier 简称LIA)是以相关检测技术为基础，利用互相关的原理设计的一种同步相干检测仪。它是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子设备，利用参考信号频率与输入信号频率相关，与噪声频率不相关，从而从噪声中提取有用信号。它不同于一般的带通放大器，它所输出的信号并不是输入信号的简单放大，而是把交流分量放大并变成相应的直流信号输出。使用锁相放大器是从强噪声中提取弱信号的重要手段。可理解为:把待测信号中与参考信号同步的信号放大并检测出来。
一般锁相放大器的组成分为三部分:信号通道、参考通道和相关器（相敏检波器）。其核心部分是相敏检波器（phase-sensitive detector 简称PSD），它实际上是一个乘法器。输入信号和参考信号分别加在相敏检波器的两个输入端。锁相放大器的结构框图如下： 锁相放大器的最基本原理是相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数f1(t)和f2 (t)的相关函数表示为： 其中f2 (t)为参考信号，为测量信号，S（t）为需要检 测出来的信号，f2（t）与S(t)频率相同。下面详细讨论这一原理是怎么具体应用在锁相放大器的设计上，锁相放大器又是如何通过直接计算相关函数来实现从噪声中检测淹没信号的。 三、锁相放大器的各种应用 1、有锁相放大器组成的各种检测器件 A）光学斩波器 B）源补偿测量系统 C）双光束检测系统
放大电路的组成及工作原理
2、4 放大电路的组成及工作原理 参考教材:《模拟电子技术基础》孙小子张企民主编西安:西安电子科技大学出版社 一、教学目标及要求 1、通过本次课的教学,使学生了解晶体管组成的基本放大电路的三种类型,掌 握放大电路的组成元器件及各元器件的作用,理解放大电路的工作原理。 2、通过本节课的学习,培养学生定性分析学习意识,使学生掌握理论结合生活 实际的分析能力。 二、教学重点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 三、教学难点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 四、教学方法及学时 1、讲授法 2、1个学时 五、教学过程 （一）导入新课 同学们,上节课我们已经学习了晶体管内部载流子运动的特性以及由此引起的晶体管的一些外部特性,比如说晶体管的输入输出特性等,在这里,我要强调一下,我们需要把更多的注意力放在关注晶体管的外部特性上,而没有必要细究内部载流子的特点。由晶体管的输出特性,我们知道,当晶体管的外部工作条件不同时,晶体管可以工作在三个不同的区间。分别为:放大区、截止区、饱与区,其中放大区就是我们日常生活中较为常用的一种工作区间。大家就是否还记得,晶体管工作在放大区时所需要的外部条件就是什么不(发射结正偏,集电结反偏)？这节课,我们将要进入一个晶体管工作在放大区时,在实际生活中应用的新内容学习。 2、4放大器的组成及工作原理 一、放大的概念 放大: 利用一定的外部工具,使原物体的形状或大小等一系列属性按一定的比例扩大的过程。日常生活中,利用扩音机放大声音,就是电子学中最常见的放大。其原理框图为: 声音声音 扩音器原理框图 由此例子,我们知道,放大器大致可以分为:输入信号、放大电路、直流电源、输出信号等四部分,它主要用于放大小信号,其输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。对放大电路的基本要求:一就是信号不失真,二就是要放大。 二、基本放大电路的组成
运算放大器构造及原理
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运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等
锁相放大器技术详解
https://www.360docs.net/doc/7a2446772.html,/st1272/article_22104.html 锁相放大器采用在无线电电路中已经非常成熟的外差式振荡技术，把被测量的信号通过频率变换的方式转变成为直流。 在外差式振荡技术中被称为本地振荡（Local Oscillation）的、用于做乘法运算的信号，在锁相放大器中被称为参照信号，是从外面输入的。锁相放大器能够（从被测量信号中）检测出与这个参照信号频率相同的分量。在被测量的信号里所包含的各种信号分量中，只有与参照信号频率相同的那个分量才会被转换成为直流，因而才能够通过低通滤波器（LPF）。其他频率的分量因为被转换成为频率不等于零的交流信号，所以被低通滤波器（LPF）滤除。在频率域中，如下图所示。 锁相放大器对于噪声的抑制能力，是由上图中低通滤波器（LPF）的截止频率来确定的。例如，在测量10kHz的信号时，如果使用1mHz的低通滤波器（LPF），那么就等效于在使用10kHz±1mHz的带通滤波器时的噪声抑制能力。如果换算成为Q值，就相当于5×106。要想真正制造这样高的Q值的带通滤波器，那是不可能的。但是，使用锁相放大器，这就很容易实现了。 如同前面所解说的那样，在使用通频带非常狭窄的带通滤波器（BPF）时，如果其中心频率与被测量信号的频率有所偏离，那么就会产生测量误差，最糟糕的情况下可能会把被测量信号也滤除了。 与这种情况相比较，对于锁相放大器来说，即使低通滤波器的截止频率多少有些偏离，只要还能够让直流通过，那么对测量结果也不会有大的影响。与带通滤波器相比较，锁相放大器更容易实现通频带非常狭窄的低通滤波器，不管通频带多么狭窄都能实现。由此可见，锁相放大器具有强大的能力从噪声中检测出被掩埋的信号。 那么，实际的锁相放大器又是什么样的呢？ ■使用PSD（相敏检波器）作为乘法器。
锁相放大器实验报告
锁相放大器实验报告 摘要：本实验利用锁相放大器对信号中的噪声进行抑制并对其进行检测，了解相关检测原理，锁相放大器的基本组成；掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。通过实验学会锁相放大器的使用，掌握利用锁相放大器来观察信号输入信号通道前后的幅值以及波形情况，获得相位与电压、放大倍数与电压的关系，并且通过噪声的观察知道如何消除噪声。 关键词：锁相放大器，微弱信号放大，PSD 输出波形，谐波响应 引言：随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的。方法，将微弱信号从噪声中提取出来。自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。 一、实验原理： 1、 噪声 在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱的信号。这类信号检测的最终极限将取决于测量设备的噪声，这里所说的噪声是指干扰被测信号的随机涨落的电压或电流。噪声的来源非常广泛复杂，有的来自测量时的周围环境，如50Hz 市电的干扰，空间的各种电磁波，有的存在于测量仪器内部。在电子设备中主要有三类噪声：热噪声、散粒噪声和1／f 噪声，这些噪声都是由元器件内部电子运动的涨落现象引起的。从理论上讲涨落现象永远存在，因此只能设法减少这些噪声，而不能完全消除。 2、相干检测及相敏检波器 微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。相关反映了两个函数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。相关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。设信号f 1(t )为被检信号V s (t )和噪声V n (t )的叠加，f 2(t )为与被检信号同步的参考信号V r (t )，二者的相关函数为： 由于噪声V n (τ)和参考信号V r (τ)不相关，故R nr (τ)=0，所以R 12(τ)=R sr (τ)。锁相放大器通过直接实现计算相关函数来实现从噪声中检测到被淹没信号。 锁相放大器的核心部分是相敏检波器(phase —sensitive detector,简称PSD)，也有称它为混频器(mixer)的，它实际上是一个乘法器。加在信号输入端的信号经滤波器和调谐放大器后加到PSD 的一个输入端。在参考输入端加一个与被测信号频率相同的正弦（或方波）信号，经触发整形和移相变成方波信号，加到PSD 的另一个输入端。 若加在PSD 上的被测信号为u i ，加在PSD 上的方波参考信号u r 幅度为1，若用傅里叶级数展开，则方波的表达式为 ()[]∑∞=++=0r r 12sin 1 21π4n t n n u ω, （n =0，1，2）。 (1) 于是PSD 的输出信号为 从式(2)可以看出，输出信号oPSD u 包含有下列各种频率分量：
锁相放大器原理
如何测量被噪声埋没了的信号？ 在测量各种物理量（温度、加速度等）时，用传感器将其变换成为电信号，然后输入到分析仪器（测量仪器）中去。但是，仅想获得必要的信号是很难做到的。通常是连不必要的信号（也就是噪声）也一起被测量了。在各种情况下，噪声都有可能混进来。 噪声并不仅限于电信号，也有包含在被测量的物理量中的情况。另外，根据不同场合，也出现噪声强度远远高出所需要的目的信号电平的情况。想要测量的信号越微弱，那么噪声就相对地越大。 在这里，让我们来看一下用交流电压表来测量不同电平的1kHz 的正弦波信号的结果。 在信号上叠加了0.1Vmrs 的白噪声。“毫伏计”是一般的交流电压表，“锁相放大器”是一种专门测量微小信号的（特殊的）交流电压表。 信号电平 （正弦波信号） 波 形 （叠加了噪声的波形） 毫伏计的 测量结果 锁相放大器的 测量结果 1Vrms 1Vrms 0.999Vrms 100mVrms 140mVrms 99mVrms
1mVrms 105mVrms 1.01mVrms 0.1mVrms 105mVrms 0.107mVrms 毫伏计也同时测量噪声。即使用数字万用表（DMM ）来测量，也会得到与毫伏计相同的测量结果。 但锁相放大器，能在比目的信号（1kHz 正弦波）强1000倍的噪声中把目的信号几乎准确无误地检测出来。 在测量埋没在噪声中的信号时，使用锁相放大器最为合适。 为什么锁相放大器具有那么强的抗噪声能力？ 锁相放大器不容易受到噪声影响的原因，是因为很好地利用了噪声（白噪声）与目的信号（正弦波）之间在性质上的差别。 在这里，我们一方面整理白噪声的性质和正弦波的性质，一方面解说为什么锁相放大器会具有很强的噪声抑制能力。 噪声的性质 ■平坦的频谱 在宽阔的频率范围内，该信号具有几乎相同的频谱。信号的瞬时电平成为预测不到的随机的值。
基本放大器电路的讲解
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 uA，远小于输入端外电路的电流。故 通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 (原文件名:1.jpg) 引用图片 图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a 流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b V- = V+ = 0 ……c I1 = I2 …… d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。
锁相放大器综述
题目： 锁相放大器的原理及应用 姓名： 单位： 学号： 联系方式：
摘要 锁相放大器又称锁定放大器是对正弦信号（含具有窄带特点的调幅信号）进行相敏检波的放大器，它实际上是一个模拟的傅立叶变换器，在强噪声下，利用有用信号的频率值准确测出有用信号的幅值。应用在科学研究的各个领域中：如通讯、工业、国防、生物、海洋等。本文主要介绍了锁相放大器原理，发展过程，基本组成，重要参数和在各方面的应用。 关键词：锁相放大器，噪声，傅立叶变换
一、锁相放大器的定义 锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法。锁相放大器又称锁定放大器是对正弦信号（含具有窄带特点的调幅信号）进行相敏检波的放大器，它实际上是一个模拟的傅立叶变换器，在强噪声下，利用有用信号的频率值准确测出有用信号的幅值。应用在科学研究的各个领域中：如通讯、工业、国防、生物、海洋等。 二、锁相放大器的历史 上世纪六十年代美国公司研制出第一台利用模拟电路实现微弱正弦信号测量的锁相放大器，使微弱信号检测技术突破性飞越，为解决大量电子测量做出贡献，在物质表面组份分析以及表面电子能态研宄方面有重大意义。自上世纪后期开始，国内外越来越多的人开始研宄锁相放大器，随着科技的发展，越来越多性能优良的锁相放大器被研发出来，在各个领域应用广泛，极大程度上推动了各个学科的发展，目前，从提高系统的灵敏度、减小噪声带宽、提高检测精度、改善信噪比上都有了很大的进步。近年来，数字电子技术飞速发展，锁相放大器也在这一契机下，出现了模数混合的锁相放大器与数字锁相放大器，这在一定程度上弥补了由于物理器件造成的模拟锁相放大器的缺点，极大改善了性能，提升了研究层次与扩大了应用范围。国外相较于国内而言，起步要早一些，己研发出一系列锁相放大器。美国公司、美国公司是行业的龙头企业，它们所研制的模拟型：、和数字型：、、、均已有较成熟的发展与应用。其中公司是世界范围内数字锁相放大器研制的佼佼者，该公司的产品在到的频率带宽内可测，具有自动获取、自动补偿功能，具有谐波抑制功能、度的相位分辨率和大于的动态保留，时间常数位从到可调，它的数字信号处理设计使它具有很大的动态存储，这就减少了使用带通滤波器时带进的噪声以及系统的不稳定性。就国内而言，南京大学唐鸿宾等对锁相放大器的研宄起步较早，研发出了系列锁相放大器，该校微弱信号检测中心顺势
运算放大器基本原理
运算放大器基本原理及应用 一． 原理 (一） 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。
由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: i 1 f O U R R U - =
简易锁相放大器
2012年15省赛区大学生电子设计TI 杯竞赛试题 参赛注意事项 （1）2012年8月5日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在A 、B 、C 、D 、E 题目中任选一 题；高职高专组参赛队原则上在F 、G 、H 题中任选一题，也可以选择其他题目。 （2）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的 有效证件（如学生证）随时备查。 （3）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。 （4）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作， 不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。 （5）2012年8月7日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。 微弱信号检测装置（A 题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav 文件）来产生，通过PC 机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A 、B 、C 、D 和E 分别为五个测试端点。 图1 微弱信号检测装置示意图 二、要求 1. 基本要求 （1）噪声源输出V N 的均方根电压值固定为1V ±0.1V ；加法器的输出V C =V S +V N ，带宽大于1MHz ；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。 （2）微弱信号检测电路的输入阻抗R i ≥1 M Ω。 （3）当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz 、幅度峰峰值在200mV ~ 2V 范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。 2. 发挥部分
锁相放大器
锁相放大器实验 锁相放大器实验（Lock-in amplifier）,简称LIA。它是一个以相关器为核心的检测微弱信号仪器，它能在强噪声情况下检测微弱正弦的幅度和相位。学习本实验的目的是使同学了解锁相放大器的基本组成,掌握锁相放大器的正确使用方法。 一、锁相放大器的基本组成 结构框图如图1所示。它有四个主要部分组成:信号通道、参考通道、相关器（即相关检测器）和直流放大器。 图1 锁相放大器的基本结构框架 1.信号通道 信号通道包括:低噪音前置放大器、带通滤波器及可变增益交流放大器。 前置放大器用于对微弱信号的放大，主要指标是低噪音及一定的增益（100～1000倍）。 可变增益放大器是信号放大的主要部件，它必须有很宽的增益调节范围，以适应不同的信号的需要。例如，当输入信号幅度为10nV，而输出电表的满刻度为10V时，则仪器总增益为10V/10nV =109若直流放大器增益为10倍，前置放增益为103，则交流放大器的增益达105。 带通滤波器是任何一个锁相放大器中必须设置的部件，它的作用是对混在信号中的噪音进行滤波，尽量排除带外噪音。这样不仅可以避免PSD（相敏检波器）过载，而且可以进一步增加PSD输出信噪比，以确保微弱信号的精确测量。常用的带通滤波器有下列几种：
图2为一个高通滤波器和一个低通波滤 波器组成的带通滤波器，其滤波器的中心频 率f0及带宽B由高低滤波器的截止频率f c1 决定和f c2决定。锁相放大器中一般设置几种 截止频率，从而根据被测信号的频率来选择 合适的频率f0及带宽B。但是带宽滤波器带 宽不能过窄，否则，由于温度、电源电压波 动使信号频谱离开带通滤波器的通频带，使 输出下降。 为了消除电源50Hz的干扰，在信号通道 中常插入组带滤波器。 （2）同步外差技术 上述高低通滤波器的主要缺点是随着被 测信号频率的改变，高低通滤波器的参数也 要改变，高低通滤波器的参数也要改变，应 用很不方便。为此，要采用类似于收音机的 同步外差技术，原理框图如图3所示。这是一种单外差技术，PSD1实际上是一个混频器, 图2 高低通频滤波器原理，具有频率f0信号经放大滤波后进入混频PSD,其输出为和频项(f i+2f0)及差频f i,再经具有中心频率为f i带通滤波后,输出变为中频信号f i ， (幅度仍与被测信号的幅度成正比)再后,通过PSD2完成相敏检波后,得到解调输出U0,达到了对信号幅度的测量。外差方式的优点是采用固定中频f i 的带通滤波器,因而对不同被测信号频率均能适用;其次,由于采用固定中频带通滤波器,故滤波器的带宽及形状可以专门设计,所 以本电路具有很强的抑制噪音的能力。 图 3 同步外差技术原理框图 （3）同步积分技术
对数放大器的原理与应用.docx
对数放大器的原理与应用 信号压缩 在现实世界中，一些信号往往具有很宽的动态范围。比如雷达、声 纳等无线电系统中，接收机前端信号动态范围可达 120dB 以上；光纤 接收器前端的电流也可从“pA”级到“mA”级。宽动态范围往往给 应用设计带来很多问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态 范围。另一方面， DA 变换中，在保证分辨率的情况下，模数转换器的 位数会随动态范围的增大而增大。因此，在处理宽动态范围的信号时，常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。如果一个系统中阻抗 是线性的，信号的功率与电压的平方成正比，信号的动态范围既可 以用电压表示也可以用功率来表示。 在工程应用中，动态范围的压缩分为“线性压缩”和“非线性压缩”。线性压缩是指放大器的增益与信号的大小无关，输出基本保持 恒定。线性压缩的特点使谐波失真小，其本质是一种“压控放大器” （V CA ）。非线性压缩方面最好的例子就是对数放大器。它是输入输出信号成对数关系的器件，它对信号动态范围的压缩不需要像 AGC 系统那样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号的大小成反比，在通信、雷达、电子对抗、电子测量中有着广泛的应用。 对数放大器的实质 多年来，人们对对数放大器本质的认识有一些模糊。通常人们把 它看作是一种放大器，反而淡化了其非线性的特性，把它们看作特殊
类型的放大器更是不对。尽管这些电路提供一些放大功能，如在RF 和IF 放大器中，它对小信号呈现出高增益等等，但它们真正的用途 是实现精确的对数变换，严格地说，这些电路应该叫做“对数变换器”。但多年来人们已经习惯了“对数放大器”的叫法。IC 厂商也不愿因为改名而使用户对他们的产品性质和用途造成误解。因此，本文也将沿用“对数放大器”这一名称。 对数放大器的分类 在许多文献中，对数放大器的分类也是相当混乱的，根据实现对数函数依据的不同 ,有的将其分为二极管、三极管对数放大器和级联对数放大器，有的将其分为真对数放大器和似对数放大器等等。但几十年来，随着半导体理论、工艺和模拟集成电路的发展，许多对数放大器实现的方法已经被淘汰，其分类方法也未尽科学。目前根据市场上现有的对数放大器结构和应用领域的不同，可将对数放大器分为三类：基本对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器。 基本对数放大器也称跨导线性（ Translinear）对数放大器，它基于双极性三极管（ BJT）的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态范围（高达 180dB），缺点是交流特性差。 基带对数放大器也称视频对数放大器（虽然很少用于视频显示相关的应用），它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的
放大器讲解-入门级
放大器入门 电子组----武术读前说明：本文章主要针对于没有学习过《电路理论》、《模拟电路技术》等电工学基础课程的大一新学员，属于入门极文章。我在文章中尽量省去了专业名称，让新学员尽快推开电学的大门。当然也欢迎各位高手批评指正，使其更加完善，为科中做出一份贡献。 放大器顾名思义就是放大信号，以下我从应用的角度给大家讲解一下。 首先要认识放大器的基本结构。图1-1为放大器的通用原理图： 每个放大器都必须由5个引脚组成，它们是： 2个供电端（单电源供电或双电源供电），1 个同向输入端（标正号引脚），1个反向输入 端（标负号引脚），还有一个输出端。 在这里需要注意：有的放大器芯片在一个封装 内集成了多个放大器，而且把它们共用的两个 电源端子分别连到一起；而有的外部引脚中没 有同向输入或负向输入，因为它内部电路已经设定好，不允许设计者再次改动。图1-2和图1-3就如此。 图1-1 放大器原理图 图1-2 LM324封装图1-3 3842封装部分截图了解了放大器的基本结构，我们就要进一步学习他的基本外特性。
放大器的最基本特性就是放大，它可以把同向、反向输入端的微弱电压差信号放得很大很大。每一种型号的放大器都有自己的放大倍数，这些数值可以在它的数据手册中查到例如LM324的共模抑制比（它可以用来衡量开环放大倍数）为：80db，也就是10的40次方，这是相当大的。 但是，如果不断提高正负输入端的电压差，是不是输出电压总是安其原有放大倍数放大呢？当然不可以，原因有很多，但是最重要的原因就是放大器供电电压的限制，举个例子，如果你用正负15v给LM324供电，不管你输入的差模信号多大，输出端的电压也不会超过正负15v。 现在大家知道了放大器的这一个基本放大特性，就可以用它分析“虚短虚短”了。首先用反向放大电路介绍，图1-2为反向放大的电路图。 图1-2 反向放大器原理图 下面来分析该放大电路是怎样反向放大的。先向R2端输入一个1v的电压信号，这时反向输入端就会比同向输入端高1V，因为放大器的放大倍数很大，其输出端的电压会瞬间降到-12V，但是此时反向输入端的电压为1V，此时肯定会有一个电流从6脚流向7脚，而电流不能从6脚流出更不能从6脚流入（这里就是虚断，5,6脚和放大器内部断路），所以电流只能从R2流入，Ui就有部分电压降落在R2上，使反向端的电压降低，减少5,6脚电压差信号。那么何时这个系统才能稳定呢？下面我们从另一个角度来分析这个问题。 只要6脚比5脚高一点点，7脚就会降到-12V,然后必定会有电流从R2流向R1，而增加的电流会使R2上的电压降增加，近一步减小5,6脚之间的电压差。这样看来最终5脚和6脚的电压差会变为0.而5脚的电压为0，当然6脚的电压
锁相放大器(Lock-in-Amplifier)的原理与应用
lock-in D y T nV?C a A i H μq C Lock-in-Amplifier D n u I ”ˉe ”?A q S v P A L o i q o C Lock-in-Amplifier ]PSD(phase sensitive detector)?A q S v B A L o L q H C Lock-in q n v A A O i A v f 1G )2sin(1111φπ+=f E e P )2sin(2222φπ+=f E e q L V (mixer)2V o μG G )2sin()2sin(221121213φπφπ++=×=f f E E e e e )]()(2cos[2 )]()(2cos[2212121212121φφπφφπ+++??+?= f f E E f f E E (difference frequency component) (sum frequency component) PSD AC A p q L C q o i A AC o C p G f 1μ￥f 2?éA difference frequency component DC A o p U PSD )cos(2 212 13φφ?= E E e )1)(cos(21≈?φφ
Lock-in lock-in i1V q A q I+P I- S C H q eμn u C B p U G 1.q e A i q q q A A P q q y p A o B n A P A q y a C 2.q(q u p)A i q(1M[B 10M[B100M[B1G[)M q y K q10K[(]q 10K[) 3. lock-in (1) ￥lock-in sensitivity A A lock-inμu(p G) μu C (2) °10-7A A i q10M[A q A A lock-in sensitivity A(1mV)A qμ 10V(q O lock-in q10μG)C (3) ?(OSC LvL)]1V A v(OSC F)P60 (p G23)A K P A(REF PH)Aμ(90o)μ0-V Bμê(270 o)μ0+V A(0 o B180 o)10V C p U G Lock-in A lock-inμq C 1.lock-in sensitivity A o i BP A time constant]1s A A lock-in I qμu(p)μu C 2. °10-7A A i q10M[A q A A lock-in sensitivity A(1mV)A qμ10V C
G类放大器的基本原理及其应用
第 1 页 共 9 页 G 类放大器的基本原理及其应用 吴红奎 G 类放大器并不是一个什么新概念，大约在1977年，Hitachi （日立）公司就推出了基于G 类放大技术的商用功率放大器：HMA-8300，这就是其其E 系列后级，采用场效应管为输出级，搭配HCA-8300组成分体式的功率放大 器。 题头图. HCA-8300/HMA-8300前/后级放大器 G 类放大器的电源供给需要使用当时还比较昂贵的功率半导体器件做为电子开关，由此带来的效率提升则显得有些微不足道。随着高速和功率半导体器件价格的逐渐降低以及便携产品对效率的苛求，G 类放大器又开始受到人们的追捧，MAXIM （美信）在2006年一下子推出了两款针对便携应用的G 类放大器 IC 。 本文旨在说明G 类放大器的基本原理和实际应用。 一、G 类放大器的概念及其它 1、什么是G 类放大器 放大器的分类方法有很多种，在音频应用领域，按照末级功率晶体管静态工作点的不同，可以分为A （甲）类、AB （甲乙）类、Super-A （滑动甲类）、B （乙）类等；按照末级功率晶体管的工作状态不同，可以分为模拟放大器和D 类放大器（数字放大器）等；功率放大器的供电方式也不仅仅限于固定电压的一组对称的正负电源或者单一电源，也可以是多组电压不同的电源，或者电压变化的单一电源，就有了G 类放大器、H 类放大器之说，图1可以更好的说明这个问题。 G 类放大器采用高、低两组工作电压并且根据输出功率的大小（以信号幅度计）自动转换，图2是G 类放大器的流程示意图，VCC 为正电源，VEE 为负电源，电压的高低以绝对值计，下同；图3是G 类放大器的电源电压对应输出功率的变化曲线图。 如果负载一定，功率放大器的理论最大不失真输出功率和静态功耗只与供电电压有关，所以采用高、低电压供电的G 类放大器理论上有更高的效率，而失真度指标则与末级放大器的工作点有关。由于工作电压的转换与输入信
锁相放大器实验报告BY陈群
锁相放大器实验报告BY陈群 浙江师范大学实验报告实验名称锁相放大实验班级物理071 姓名陈群学号 07180116 同组人刘懿钧实验日期 09/12/1 室温气温锁相放大实验 摘要: 锁相放大器(Lock-in amplifier，LIA)自问世以来，在微弱信号检测方面显示 出优秀的性能，它能够在较强的噪声中提取信号，使测量精度大大提高,在科学 研究的各个领域得到了广泛的应用。它利用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效地抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。 因此，学生掌握锁相放大技术的原理与应用具有重要的意义。关键词: 锁相放大器微弱信号 PSD信号 引言: 在进展一日千里的现代科技领域中，精密量测技术的发展对于近代工业有关键 性的影响。当我们研究的系统日趋庞大，交互作用复杂，但所欲了解的现象却越来越精细时，如何在一大堆讯号中获得我们真正想要的信息便成为一个重要的课题。一般的线性放大器可以将微弱的电子讯号放大，但若我们所要的信号中伴随着噪声信号，则两者都会一起放大，亦即此伴随的噪声无法滤除。尤其当噪声强度远大于所要的信号时，即必须藉助特殊的放大器以同时放大讯号并滤去噪声。锁相放大器是一种能测量极微弱的连续周期性信号的仪器。这些微弱信号可以小至数奈伏特(nV)，甚至隐藏在大它数千倍的噪声当中，亦能精确的测得。连续周期性信号与噪声不同之处，在于前者具有固定的频率及相位，
后者则杂乱无章。锁相放大器便是利用所谓”相位灵敏侦测(phase-sensitive detection，PSD)” 的技术以取得具有特定频率与相位的信号，而不同于此频率 的噪声则被抑制下来，使输出讯号不受噪声影响。 实验方案: 实验原理 锁相放大器的基本结构如图所示，包括信号通道、参考通道、相敏检测器(PSD)和低通滤波器(LPF)等。 信号通道对调制正弦信号输入进行交流放大，将微弱信号放大到足以推动相敏检测器工作的平台，并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敏检测的动态范围。 参考通道对参考输入进行放大和衰减，以适应相敏检测器对幅度的要求。参考通道的另一个重要功能是对参考输入进行移相处理，以使各种不同的相移信号的检测结果达到最佳。 锁相放大器的核心部件是PSD，它以参考信号r(t)为基准，对有用信号x(t)进行相敏检测，从而实现频谱迁移过程。将x(t)的频谱由ω=ω0处，再经LPF滤除噪声，输出直流信号，其幅度与两路输入信号幅度及它们的相位有关。其输出 u0(t)对x(t)的幅度和相位都敏感，这样就达到了既鉴幅又鉴相的目的。因为LPF 的频带可以做得很窄，所以可使锁相放大器达到较大的SNIR。下图为不同相位时 相敏检测器的输出波形
电桥放大器的原理与应用
电桥放大器的原理及应用 摘要：在非电量测量仪器中经常采用电阻传感器,通过对电阻传感器中电阻的相对变化的测量来检测一些非电量。电阻传感器都是通过电桥的连接方式,将被测非电量转换成电压或电流信号，并用放大器做进一步放大。这种由电阻传感器电桥和运放组成的运放电路被称为电桥放大器。电桥放大器是非电量测试系统中常见的一种放大电路[1]。本文将主要介绍电桥放大器的原理、应用及应用中出现的问题和解决办法。 关键词：电桥放大器；非电量测量；非线性误差 The Principle and Application of the Bridge Amplifier Abstract:Resistive sensors are often used in non-power measuring instruments and the measurement of the resistor's relative change in resistive sensor can be used to detect some of the non-electricity. Resistive sensors are based on the connection of the bridge and the measured non-electricity is converted into a voltage or current signal and then amplifier further amplification. The op amp circuit composed of resistive sensor bridge and op amp is called Bridge Amplifier. Bridge Amplifier is a common kind of amplifier circuit in a non-electricity test system.This article will focus on the Bridge Amplifier's principles,applications,application problems and solutions. Keywords: Bridge amplifier；Non-power measurement；Nonlinearity error 引言 在现代电子技术的发展中，电子检测技术得到了广泛的应用，在非电量的检测中, 常常使用电阻传感器将一些非电物理量如压力、光、热、湿度、流量等转换为电阻量的变化, 然后再转换为电压进行测量。由于传感器的变化量常常是在一个参考状态的初始值基础上进行变化, 为了获取纯变化量, 一般利用电桥电路来抑制初始值。在电桥电路的输出较小时, 又需要用集成运算放大器与之配合, 这样就形成了应用广泛的电阻电桥传感放大器[2]。本文将对电桥放大器做一些研究，先阐述其基本原理，然后再讨论其应用及在应用中出现的问题和解决方法。 1 电桥放大器
精品 锁相放大器实验报告
锁相放大器实验报告【摘要】?随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。微弱 信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的方法，将微弱信号从噪声中提取出来。本实验通过测量锁相放大器的工作参数和特性，掌握相关检测原理以及锁相放大器的正确使用方法。【关键词】锁相放大器；微弱信号放大；PSD输出波形；谐波响应一实验原理 1.1 噪声 在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱的信号。这类信号检测的最终极限将取决于测量设备的噪声，这里所说的噪声是指干扰被测信号的随机涨落的电压或电流。噪声的来源非常广泛复杂，有的来自测量时的周围环境，如50Hz市电的干扰，空间的各种电磁波，有的存在于测量仪器内部。在电子设备中主要有三类噪声：热噪声、散粒噪声和1／f噪声，这些噪声都是由元器件内部电子运动的涨落现象引起的。从理论上讲涨落现象永远存在，因此只能设法减少这些噪声，而不能完全消除。 1.2 相干检测及相敏检波器 微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。相关反映了两个函数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。相关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。设信号f1(t)为被检信号V s(t)和噪声V n(t)的叠加，f2(t)为与被检信号同步的参考信号V r(t)，二者的相关函数为： 由于噪声V n(?)和参考信号V r(?)不相关，故R nr(?)=0，所以 R12(?)=R sr(?)。锁相放大器通过直接实现计算相关函数来实现从噪声中检测到被淹没信号。 锁相放大器的核心部分是相敏检波器(phase—sensitive detector,简称PSD)，也有称它为混频器(mixer)的，它实际上是一个乘法器。加在信号输入端的信号经滤波器和调谐放大器后加到PSD 的一个输入端。在参考输入端加一个与被测信号频率相同的正弦（或方波）信号，经触发整形和移相变成方波信号，加到PSD的另一个输入端。