低频锁相放大器设计
第3章 低频功率放大器的设计与制作
第3章低频功率放大器的设计与制作3.1设计任务与要求3.1.1 设计任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器，其原理框图如图3-1所示：图3-1 低频功率放大器原理框图3.1.2 要求1、在放大通道的正弦信号输入电压峰峰值为20mV，等效负载电阻R L为8Ω条件下，放大通道应满足：（1）额定输出功率P out≥0.5W，输出波形无明显失真；（2）带宽BW为50Hz～10kHz；（3）在P out下的效率≥50%；（4）在P out下和BW内的非线性失真系数≤5%；（5）前置放大器与功率放大器采用+12V单电源供电。
2、在放大通道的输入端接入驻极体，应能放大不失真的语音信号。
3、自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
3.2 低频功率放大器的总体方案设计根据系统原理框图及要求，低频功率放大器的总体电路结构如图3-2所示：图3-2低频功率放大器电路结构图电路工作原理：电路共分两级，第一级为前置放大部分，第二级为功率放大部分。
电源经C1、C2、C3滤除其中的干扰信号，其中电阻R1是将微小信号放大级与功率放大级隔离，避免两级间的相互干扰，R2是限流电阻，同时为驻极体提供合适的静态工作电流。
驻极体产生的微小信号经电容C4耦合到第1个运算放大器A的反相输入端，对输入信号进行电压放大，R5、R6、R7、R8分压，为运算放大器提供合适的静态工作点，避免放大信号的失真。
信号经C6耦合到第2个运放B的同相输入端，此运放构成电压跟随器，用作前后级的阻抗匹配，理想运放有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，可以抑制有用信号的衰减。
信号经B运放7脚输出由电容C7耦合到电位器RP1，RP1起到音量调节的作用，信号由RP1的中心抽头再进入LM386芯片的3脚，该芯片是功率放大集成芯片，通过调节1、8脚之间的电阻R9和电容C9的大小，进而调节功率放大倍数。
最后信号从5脚输出，经电容C12连接到扬声器。
外围的R11、RP2支路构成大环路电压并联负反馈电路，稳定输出端的电压信号，减小非线性失真。
低频功率放大器的设计设计
摘要实用低频功率放大器主要应用是对音频信号进行功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。
整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路共4 部分构成。
稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。
前置放大器主要是电压的放大。
功率放大器实现电流、电压的放大。
波形变换电路是将正弦信号电压变换成规定要求的方波信号。
设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。
实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路关键词：正弦波—方波转换电路弱信号前置放大级电路功率放大电路自制稳压电源电路目录第一章前言 (1)第二章总体方案设计 (3)2.1总体方案论证 (3)2.2单元模块方案论证与比较： (3)2.2.1波形变换电路： (3)2.2.2弱信号前置放大级： (4)2.2.3功率放大级： (4)2.2.4自制稳压电源： (5)2.3方案选择： (5)第三章单元模块设计 (6)3.1各单元模块功能介绍及电路设计： (6)3.1.1波形变换电路： (6)3.1.2弱信号前置放大级电路： (7)3.1.3功率放大电路 (10)3.1.4自制稳压电源电路： (12)3.2特殊器件的介绍 (12)第四章系统调试 (14)4.1.稳压电源的调试： (14)4.2.前置放大电路和波形转换电路的调试： (14)第五章系统功能、指标参数 (15)5.1 要求指标与实测指标对比，见表1： (15)总结 (16)参考文献 (17)致谢 (18)第一章前言功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。
随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。
在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。
低频功率放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。
锁定放大器的设计
目录1.摘要与系统方案选择2.设计原理与理论分析3.交流放大器4.有源带通滤波器5.硬件设计6.加法器7.二阶带通滤波器8.参考通道9.实验数据10.软件程序11.参考文献锁定放大器的设计摘要本系统以TI公司超低功耗MSP430G2553作为处理核心，进行控制和测量。
信号通道对调制正弦信号输入运用加法电路以后，先进行衰减10000倍，然后进行交流放大10000倍（一级放大100倍，二级放大100倍），让信号通过信号通道，一级放大用高精度仪表放大器 INA114对信号进行初步的放大，进一步提升系统的噪声抑制比，二级放大应用TI通用双运放OPA2237实现。
相敏检波模块（相敏检波器,低通滤波器和直流放大器）由数字电路用单片机来实现，参考信号通过自制的电阻分压网络降压和TI公司的LM324电压比较器实现移相器，调理后汇总进入数字检波模块最后显示出结果，顺利完成了题目要求。
关键词：微弱信号放大精密仪表放大器放大器数字检波一、系统方案与选择1.放大电路的选择方案一：选用普通运算放大器，价格便宜，技术成熟，操作难度小。
但是会将内部严重的噪声放大，共模抑制比一般，测量会存在很大的误差。
方案二：采用高精度仪表放大器INA114是一种通用的仪表放大器，尺寸小精度高，价格低廉，应用广泛。
对于系统的前端放大电路用INA114只需要一个外部电阻就可以设置,电路简单。
由于被测信号小，就要求前置放大器必须具备低噪声的特点，否则将由于放大器本身的噪声将使放大器的本身噪声将使信号淹没的更深。
另外，还要考虑前置放大器具备足够的放大倍数，强的共模抑制比。
综上，放大器信号通道要求具有低噪声和高效益的性能，而TI公司的仪表放大器IN114完美的达到了要求。
增益在1--10000之间的任意增益值, 共模抑制比高（G＝1000时为50dB）,失调电压低，漂移小（0.25uV∕°C）测量精准。
2.相敏检测装置的选择方案一：输出前的低通滤波器和直流放大器运用模拟电路来实现，电路简单操作容易，但是考虑到全局都用模拟来实现会带来较大误差。
低频功率放大器的设计
01 Chapter定义应用低频功率放大器的定义和应用01020304033. 元器件选择011. 确定设计需求和目标022. 选择合适的放大电路拓扑结构6. 测试与调试7. 文档编写02 Chapter电压跟随器设计偏置电路设计输入阻抗匹配030201电流放大设计驱动能力增强失真度控制功率输出设计输出级的负载通常是扬声器等低阻抗设备，因此需要进行输出阻抗与负载的匹配设计。
负载匹配保护电路设计03 Chapter增益带宽积和转换速率增益带宽积转换速率输出功率输出功率是功率放大器驱动负载的能力，通常以分贝（dB）为单位表示。
在低频功率放大器的设计中，提高输出功率可以通过增加电源电压、优化输出级电路等方式实现。
失真度失真度衡量放大器输出信号与输入信号的差异，包括谐波失真、交越失真等。
在低频功率放大器的设计中，降低失真度是关键目标之一。
这可以通过采用线性度更好的放大器件、改进偏置电路、降低工作温度等方式实现。
输出功率与失真度效率与线性度效率效率是指功率放大器输出功率与输入功率的比值，表示放大器将输入功率转换为输出功率的能力。
在低频功率放大器的设计中，提高效率有助于降低能耗，实现节能环保。
提高效率的方法包括采用开关类功放、Doherty功放等高效功放架构。
线性度线性度衡量放大器输出信号与输入信号之间的线性关系。
在低频功率放大器中，线性度直接影响信号的保真度。
改善线性度可以通过使用高线性度的放大器件、采用负反馈技术、预失真技术等方法来实现。
04 Chapter电路仿真与设计验证仿真软件选择01电路搭建与参数设置02仿真结果分析03电路板制作实际电路搭建与调试元器件选择与采购电路板制作与测试验证结果分析与设计改进建议测试数据收集设计改进建议THANKS。
简易锁相放大器的设计-TIE2E中文社区
锁相放大器的原理锁相放大器L队(Lock．in Amplifier，简称L队)就是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。
在测量中，噪声是一种不希望的扰乱信号，它是限制和影响测量仪器的灵敏度的白噪声和1／f噪声的低频噪声。
这些噪声是无法用屏蔽等措施消除的。
为了减少噪声对有用信号的影响，常用窄带滤波器滤除带外噪声，以提高信号的信噪比。
但是，由于一般滤波器的中心频率不稳，而且带宽和中心频率以及滤波器的Q值有关等原因，使它不满足更高的滤除噪声之要求。
根据相关原理，通过乘法器和积分器串联，进行相关运算，除去噪声干扰，实现相敏检波，锁相放大器采用互相关接受技术使仪器抑制噪声的性能提高了好几个数量级。
另外，还可以用斩波技术，把低频以至直流信号变成高频交流信号后进行处理，从而避开了低频噪声的影响。
锁相放大器抑制噪声的性能如下：国内外生产的锁相放大器的等效噪声带宽厶在103Hz数量级，少数的可以达到4×104Hz，信号带宽2．55×106Hz，可见，仪器具有非常窄的信号和噪声带宽，通常带通滤波器由于Q值的定义，常规滤波器很难达到一些性能。
而锁相放大器被测信号和参考信号是同步的，它不存在频率稳定性问题，所以可以把它看成为一个“跟踪滤波器"。
它的等效Q值由低通滤波器的积分时间常数决定，所以对元件和环境的稳定性要求不高。
研究表明，锁相放大器使信噪比提高一万多倍即信噪比提高了80dB以上。
这足以表明，采用相关技术设计的锁相放大器具有很强的抑制噪声能力。
目前锁相放大器有如下特点：极高的放大倍数，若有辅助前置放大器，增益可达101l(即220dB)，能检测极微弱信号交流输入、直流输出，其直流输出电压正比于输入信号幅度及被测信号与参考信号相位差，满刻度灵敏度达pV、nV甚至于pV量级。
由此可见，锁相放大器具有极强的抗噪声性能。
它和一般的带通放大器不同，输出信号并不是输入信号的放大，而是把交流信号放大并变成相应的直流信号。
锁相放大器的设计
锁相放大器的设计【摘要】本系统以超低功耗MSP430G2553作为处理核心，用OPA244、OPA2237、LM324N、LM3119等实现对微弱信号的检测。
该电路由信号调理模块、移相器模块、相敏检波器和数码管四个模块组成。
信号调理模块包括加法器，交流放大器，四阶带通滤波器，信号调理电路子模块，其具有微弱信号放大和调理、抑制干扰和噪声的作用。
移相器模块由多个比较器，积分器组成，实现与被测信号的同步，产生可180°移相的方波传输给MCU，由数码管显示被测信号的幅度。
【关键词】微弱信号;移相器;msp430;相敏检波器1.锁相放大器设计原理根据相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数f1（t）和f2（t）的相关函数定义为：它是度量一个随机过程在时间t和两时刻线性相关的统计参数，如果f1（t）和f2（t）完全没有关系，则相关函数将是一个常数。
下面我们设有两个信号x（t）、y（t）为：其中n1（t）、n2（t）为噪声，Vs（t）为待测信号，Vr（t）为参考信号。
则相关函数为：展开得：因为信号和噪声不相关，且噪声的平均值为零，所以都为零。
故：这样我们可以看到，两个信号经过相乘和积分处理后就可以把噪声抑制，锁相放大器的核心就是根据这个原理设计的。
2.设计方案的论证如图1所示，该方案将数字脉冲电位器用模拟移相器取代，其中移相器是由多个小模块依次作为输入产生不同的波形，最终实现将正弦信号调整为相位不同的方波信号。
且该处采用模拟器件容易实现，便于分级检测输出的波形，及时对硬件电路进行修正和改进。
图13.硬软件设计3.1 硬件的总体设计通过理论分析，该系统主要由由三部分组成，即：信号通道，参考通道和其他相关器。
加法器将被测信号S（t）和噪声信号n（t）以1：1叠加后通过电阻分压网络将叠加后的信号进行衰减。
信号通道由放大器和带通滤波器组成，其作用是把微弱信号放大到足以推动相关器的工作电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器动态范围的性能;参考通道由触发整形和移相器组成，其作用是产生与被测信号同步的对称方波，再由方波驱动给相关器;相关器由数字相敏检波器组成，是锁定放大的核心部件，具有动态范围大、漂移小、时间常数可调等性能。
锁相放大器设计解析
C题：锁定放大器的设计摘要：本设计对于检测微弱信号的锁存放大器进行论述，锁定放大器主要包括交流放大器、带通滤波器、相敏检波器、低通滤波器、直流放大器及液晶显示等几个部分。
其中，交流放大器以INA128为主要构成部件，实现交流信号的放大从而作为带通滤波器的输入；带通滤波器用UAF42构成，实现对900Hz到1100Hz频带范围的滤波过程，其误差小于20%；相敏检波器的主要部件采用乘法器MPY634，得到的信号在输入低通滤波器经直流放大器放大后输入显示电路，显示出被测信号的幅度及有效值。
另外，在相敏检波器部分的方波驱动信号由参考信道的参考信号经触发整形、移相、比较而来。
同时，为了更好的检测出锁定放大器的性能，在信号的输入端增加加法器电路，实现被测信号与干扰信号的1:1叠加，当干扰信号的频率为1050Hz—2100Hz时，输出端的测量误差小于10%。
锁定放大器在实际应用中用途广泛，尤其对于微弱信号检测方向站着主导地位，随着科技的发展已渐渐的融入人类的生活之中，拥有很好的发展前景。
关键词：带通滤波器；相敏检波器；显示；方波驱动1 总体方案设计1.1方案比较与选择1.1.1微弱信号检测模块方案比较方案一：采用滤波电路检测微弱信号，通过滤波电路将微弱信号从强噪声中检测出来，但滤波电路中心频率是固定的，而信号的频率是可变的，无法达到要求，由此可见该方案不满足要求。
方案二：采用取样积分电路检测小信号，采用取样技术，在重复信号出现的期间取样，并重复N次，则测量结果的信噪比可改善√N倍，但这种方法取样效率低，不利于重复频率的信号恢复。
方案三：采用锁相放大器检测小信号，锁相放大器由信号通道、参考通道和相敏检波器等组成，其中相敏检波器(PSD)是锁相放大器的核心，PSD把从信号通道输出的被测交流信号进行相敏检波转换成直流，只有当同频同相时，输出电流最大，具有良好的检波特性。
由于该被测信号的频率是指定的且噪声强、信号弱，正好适用于锁相放大器的工作情况，故选择方案三。
低频放大器的设计
目录1引言 (2)2方案设计 (2)2.1设计思路 (2)2.2 方案比较与选择 (2)2.3硬件模块设计 (3)2.3.1 前置放大电路 (3)2.3.2通频带选择网络 (4)2.3.3中间级放大模块： (4)2.3.4输出级模块： (5)2.3.5信号源模块 (5)2.3.6电源模块 (5)2.4软件模块设计 (5)2.4.1基于STC89C52RC单片机的频率显示模块 (6)3设计实现 (7)4系统测试 (8)4.1测试条件和测试仪器设备 (8)4.2 各类指标的测试 (8)5结论 (8)6参考文献 (9)附录一：低通、高通滤波器频率曲线 (10)附录二：带通滤波器频率曲线 (10)附录三：信号源原理图 (11)附录四：电源模块原理图 (11)附录五：低频放大器总体电路图 (12)附录六：频率显示模块程序代码： (12)低频放大器的设计摘要基于以运算放大器（OP07、OP37）为主要芯片，设计并制作一个低频放大器。
通过三级耦合放大，基本达到2000倍的增益。
电路利用仪用放大电路作为输入级抑制噪声，增大输入电阻。
在二级电路利用四阶有源带通滤波器实现了3KHz到5KHz的通频带，抑制干扰信号。
由各单个元器件的漂移特性，巧妙采用放大级正向、反向输入端，有效的抑制了零漂。
另外以电压跟随器作为末级输出，减小了输出电阻。
各级间以阻容耦合的方式，有效地抑制了直流信号。
关键字：低频放大器滤波器零点漂移增益步进1引言在很多电子线路中，对于一个非常微弱的低频电压信号，需要放到很大的倍数来使用和使其他的仪器识别、测量。
本次设计一个低频放大器来实现对低频信号的放大。
本次设计的低频放大器要满足以下基本要求：(1).电压放大倍数200－2000倍，最大不失真输出幅度不小于10V。
放大倍数可预置（步进≯200倍）；(2)．通频带3kHz－5kHz；(3)．放大倍数为2000倍时，测得输出噪声电压峰—峰值等效到输入端小于1mV；(4)．输入电阻不小于100kΩ，输出电阻不大于50Ω。
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R9 R1 ???? C2 2 6 3 8 1 VR3 1 IC1 IC2 R6 R2 R7 C32 C7 IC3 VR3 4 0 1 R10 1 4 4 7 7 C5 T2 C6 3 8 3 8 R13 R15 3 1 R4 2 6 7 7 C10 R8 2 6 C17 R14 2
VR4 R21 7 C20 T5 6 8 R18 1 4 IC5 R19 IC6 4 R20 C27 R25 7 7 R24 2 6 3 8 R26 1 4 IC9 IC8 1 4 3 8 7 R16 R17 2 6 3 8 2 6 Vo
改进的低频锁相放大器框图
输入
带通 滤波 器
模拟 移相 器
同步 积分 器
PSD
积分器 与直流 放大器
脉冲产 生电路
方波整 形电路
直流 输出
低频锁相放大器电路图
-12v R12 C13 D1 C1 C11 C24 D4 -12 R23 1 2 3 4 5 6 7 8 S4 VDD S6 S2 OUT S1 S7 S0 CD4051 S5 S3 INH A VEE B VSS C IC4 16 15 14 13 12 11 10 9 R11 C14 D2 ????? 1 2 3 4 5 6 7 8 S4 VDD S6 S2 OUT S1 S7 S0 CD4051 S5 S3 INH A VEE B VSS C IC7 R3 R5 C12 16 15 14 13 12 11 10 9 D3 C23 T4 +12v R22 +12v
进一步改进的低频锁相放大器
当被测信号与参考信号的相位改变 必须调整移相器的参数， 时，必须调整移相器的参数，再进行调 这样有很多不便。 试，这样有很多不便。故在上述改进中 加入锁相环技术。 加入锁相环技术。使其产生与被测信号 的频率和相位相同的方波信号。 的频率和相位相同的方波信号。
锁相环结构框图
积分器 vc 压控振 荡器
fo
改进后的锁相放大器框图
输入 信号
带通滤 波器
同步积 分器
PSD
积分器 与直流 放大器
锁相环 电路
直流 输出
改进后的锁相放大电路图
-12v R12 C13 D1 -12 R23 C1 C11 C24 D4 1 2 3 4 5 6 7 8 S4 VDD S6 S2 OUT S1 S7 S0 CD4051 S5 S3 INH A VEE B VSS C IC4 16 15 14 13 12 11 10 9 R11 C14 D2 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 C23 T4 +12v R22 +12v S4 VDD S6 S2 OUT S1 S7 S0 CD4051 S5 S3 INH A VEE B VSS C IC7 C12 R3 R9 R1 ? ? ? ? C2 2 6 3 8 1 R10 IC1 IC3 R2 C32 R19 1 4 4 U6 1 2 3 4 5 6 7 8 PP VDD PC1O ZENER COM IN SING IN VCO O PC2O INHIBIT R2 C1A R1 C1B DE OUT VSS VCO CD4046 IN C8 2.2UF 16 15 14 13 12 11 10 9 +12v R15 1M R14 100K R16 100K R26 R24 R25 7 C27 3 8 R13 R15 IC5 3 8 1 4 R18 1 4 IC6 3 8 7 7 C10 R8 2 6 C17 7 R14 2 6 C20 T5 7 R16 R17 2 6 R20 VR4 R21 D3
低频锁相放大器设计
典型的锁相放大器设计
前置 放大 器 触发 电路 带通 滤波 器 可调 移相 器 交流 放大 器 方波 发生 器
PSD
x(t)
积分 器与 直流 放大 器
输出
r(t)
改进的低频锁相放大器
由于在常规低频设计时， 由于在常规低频设计时，对相敏检 测后的半正弦信号进行滤波滤成平稳的 直流信号时难度较大， 直流信号时难度较大，故在信号通道先 用模拟移相器实现相位移动， 用模拟移相器实现相位移动，电路简单 易行。 易行。经过精心调试可达到移相精度要 求。而同步积分电路通过积分使正弦信 号转变为近似的方波信号。 号转变为近似的方波信号。
C7 0.01uF
2 6 6 3 8 8 1 4 IC9 IC8 Vo
7 2 3 1 4
? ? ? ? ?
谢 谢
同步积分滤波器
对周期信号进行周期重复测量，同步、 对周期信号进行周期重复测量，同步、准确积累起 可使信号幅度越积越大。由于噪声是随机的， 来，可使信号幅度越积越大。由于噪声是随机的，不具 有重复性，在不同周期的对应点的值有正有负，积累后 有重复性，在不同周期的对应点的值有正有负， 可部分抵消。因而噪声增长不如信号增长得快。 可部分抵消。因而噪声增长不如信号增长得快。这样信 噪比得到很大提高， 噪比得到很大提高，可使淹没在噪声中的信号被检测出 来。 实现同步累积的条件： 实现同步累积的条件： 1、信号能重复，即要求信号是周期的。 、信号能重复，即要求信号是周期的。 2、能同步累积，即要求有一个与待测信号相位差 、能同步累积， 固定的参考信号。 固定的参考信号。 3、累积完后信号能保持一段时间。 、累积完后信号能保持一段时间。