锁相放大器的原理实验报告
近代物理实验报告锁相放大器
锁相放大器【摘要】锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩旳措施，将微弱信号从噪声中提取出来。
本试验通过测量锁相放大器旳工作参数和特性，掌握有关检测原理以及锁相放大器旳对旳使用措施。
【关键词】锁相放大器、微弱信号放大一引言伴随科学技术旳发展，微弱信号旳检测越来越重要。
微弱信号检测是运用电子学、信息论、物理学和电子计算机旳综合技术。
它是在认识噪声与信号旳物理特性和有关性旳基础上，把被噪声沉没旳有用信号提取出来旳一门新兴技术学科。
锁相放大器就是检测沉没在噪声中微弱信号旳仪器。
它可用于测量交流信号旳幅度和位相，有极强旳克制干扰和噪声旳能力，极高旳敏捷度，可检测毫微伏量级旳微弱信号。
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旳诸多领域。
二、试验原理1、噪声在物理学旳许多测量中，常常碰到极微弱旳信号。
此类信号检测旳最终极限将取决于测量设备旳噪声，这里所说旳噪声是指干扰被测信号旳随机涨落旳电压或电流。
噪声旳来源非常广泛复杂，有旳来自测量时旳周围环境，如 50Hz 市电旳干扰，空间旳多种电磁波，有旳存在于测量仪器内部。
在电子设备中重要有三类噪声：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旳涨落现象引起旳。
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旳基础是被测信号在时间上具有前后有关性旳特点。
有关反应了两个函∞ 数有一定旳关系，假如两个函数旳乘积对时间旳积分不为零，则表明这两个函数有关。
有 关按概念分为自有关和互有关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强旳互有关检测。
设信号 f 1(t )为被检信号 V s (t )和噪声 V n (t )旳叠加，f 2(t )为与被检信号同步旳参照信号V r (t )，两者旳有关函数为：R (τ) = lim1Tf (t )⋅ f (t -τ)d t = lim1T[V (t )+ V (t )]⋅V (t -τ)d t12T →∞2T ⎰-T 12T →∞2T ⎰-Tsnr= R sr (τ)+ R nr (τ)由于噪声 V n (τ)和参照信号 V r (τ)不有关，故 R nr (τ)=0，因此 R 12(τ)=R sr (τ)。
锁相原理(woolf)
u锁相放大器实验学号：05261047 姓名：汪礼锋实验日期：2008年11月11日指导教师：何琛娟摘要：本实验通过测量锁相放大器的工作参数和特性，理解相关检测原理并掌握锁相放大器的参考信号通道和相敏检波器的特性。
关键词：锁相放大器、信号、参考信号、噪声1、引言锁相放大器是检测淹没在噪声中微弱信号的常用仪器。
目前，它已经能够在强噪声背景下检测出几纳伏（nV）的交流信号，并且能够测量宽范围的光强度。
锁相放大器已成为现代科学技术中不可缺少的常用仪器。
2、实验原理2.1、相关接收利用参考信号和被测信号具有相关性，而参考信号与噪声相互独立、互不相关的性质，可以使之通过相关运算消弱噪声的影响，即对混有噪声的信号和参考信号进行相乘和积分处理，从而检测出微弱信号。
2.2、相干检测的实现相干检测器由乘法器(PSD)和积分器组成。
原理如下：设加在PSD上的被测信号为（1）加在PSD上的方波参考信号幅度为1，若用傅里叶级数展开，则方波表达式为：（2）于是PSD上的输出信号为：（3）由公式（3）可以看出，输出信号包含各种频率的分量。
在正常工作情况下，参考信号的基波频率与被测信号的频率相等的，即。
这时PSD 的输出信号中含有直流成分：（4）将PSD 的交流成分滤去后，只有直流成分的被输出，当相位时，输出信号最大：（5）进一步分析还可以知道，被测信号的奇次谐波成分在输出信号中也占有一定的比例。
2.3、锁相放大器的基本组成锁相放大器是采用相干技术制成的微弱信号检测仪器，其基本构成由信号通道、参考通道和相关器三部分组成。
3、实验仪器ND-501型微弱信号检测实验综合装置图1.锁放大器原理图4、实验内容4.1、参考信号通道特性研究接好电路，调节输入信号为正弦波，频率为1000Hz ，幅度大小为100mV 。
当相位计显示的相位差为8°时，输入信号和输出信号同相。
调节参考信号和输入信号的相位差分别为，，，，对比宽带移相器的输入输出信号的波形变化，如图2所示：图2、不同相位下宽带移相器的输入输出信号的波形改变信号幅值和频率，得到表1：表1、输入、输出信号幅值与频率研究由上表可以得到：当输入信号的幅值改变时，输出信号的幅值不发生改变；而当输入信号的频率变化时，输出信号的频率也相应发生改变，而且两者大小相等。
锁相放大实验报告
锁相放大实验预习报告物理072 陈焕07180217摘要：介绍了测量弱信号的一种实验仪器——锁相放大器，以及锁相放大器的基本工作原理，即利用相关检测原理；测量了利用锁相放大器测量弱信号时相关器的参数。
关键字：锁相放大器、相关检测、相关器的参数引言：测量微弱的变化时，先利用传感器将其转化为相应的电信号，然后对这些电信号进行放大，再记录和利用。
但有电信号十分微弱，而且在各种条件下的噪声和干扰很可能将这些微弱信号淹没，因此不能使用单纯的放大器。
解决这个问题的其中一种方法就是采用相关接收的原理，锁相放大器就是一种利用该原理的仪器。
锁相放大器的介绍：典型的锁相放大器由三部分组成：信号通道，参考通道，相关器。
a．信号通道：是相关器前的那一部分，包括低噪声前置放大器，输入电压器，各种功能的有源滤波器，主放大器等组成，作用是把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声。
b．参考通道：作用是产生与被测信号同步的参考信号输出相关器，主要是触发电路、相移电路、方波形成电路和驱动信号组成。
c．相关器：这是锁相放大器的核心部分，包括乘法器、低通滤波器和直流放大电路。
相关器的介绍：相关器由相敏检波器与低通滤波器组成，是锁相放大器的核心部件。
锁相放大器中的相关器，由一个开关式乘法器与低通滤波器组成。
sin()A A V V t ωϕ=+41(sin sin 3......)3B R R V t t ωωπ=++ 相乘电路采用开关电路，参考电路B V 可以认为是以频率R ω的单位幅度方波。
A V 为输入信号，表示为sin()A A V V t ωϕ=+，当R ωω=为信号，R ωω≠时为噪声或干扰。
,A B V V 之间的相位差ϕ可以由锁相放大器参考通道的相移电路调节，12A V V V =∙0000,1,2.....12121t t R C An R V V e R n π--∞-==-+∑ 式中：12100tan [(21)]]n R Q n R C ωω--+=-+当R ωω=时，0012cos A R V V R ϕπ=-上式表明： 1、 输出不仅与待测信号的幅度A V 有关，也与两信号的相位差ϕ有关。
锁相放大器的工作原理和pn结载流子浓度
实验2－2微弱信号检测技术随着科学技术的发展，使测量技术得到日趋完善的发展，同时也提出更高要求。
尤其是一些极端条件下的测量已成为现代认识自然的主要手段，由于微弱信号检测（weak signal detection）能测量传统观念认为不能测量的微弱量，所以才获得迅速的发展和普遍的重视，微弱信号检测已逐渐形成一门边缘学科学。
锁相放大器（lock-in. Amplifier 简称LIA）就是检测淹没在噪声中的微弱信号的仪器，它可用于测量交流信号的幅度和相位，有极强的抑制干扰和噪声的能力，有极高的灵敏度，可测量毫微伏量级的微弱信号，自1962年美国PARC第一个相干检测的锁相放大器问世以来，锁相放大器有了迅速的发展，性能指标有了很大的提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域，本实验使用128A用电容电压法测量P-N结的杂质浓度分布和PN结电容，即是一个很好的应用实例。
一实验原理（一）PN结电容及杂质浓度分布在半导体的设计和制造过程中，如何控制半导体内部的杂质浓度分布，从而达到对器件电学性能的要求，是半导体材料和器件的基本测量之一，本实验是用电容—电压法测量P-N结的杂质浓度分布，具有简单快捷，又不破坏样品的特点，是较常用的测量方法之一。
它仅能反映P-N结轻掺杂一边的杂质分布。
P-N结是由P型和N半导体“接触”形成的，交界之处的杂质浓度可以是突变的，或是缓慢的，在结的界面处形成势垒区，也称空间电荷区，如（图2－2—1 a、b）所示。
P-N结外加电压时，势垒区的空间电荷数量将随外加电压变化，与电容器的作用相同，这种由势垒区电荷变化引起的电容称为势垒电容另外，P-N结加正向偏压时，P区和N区的空穴和电子各自对各自向对方发散，并能在对方（扩散区）形成一定的电荷积累，积累电荷的多少也随外加电压而变化，称为扩散电容图2－2—1 突变结(a)和缓变结（b）所以，P-N结的电容与一般电容不同，不是恒定不变的，要随外加电压的变化而变化。
锁相放大器报告
锁相放大器报告1. 引言锁相放大器（Lock-in Amplifier）是一种用于检测和放大微弱信号的仪器。
它的原理是利用参考信号与待测信号进行相位比较，并通过频率调制将待测信号转换成与参考信号频率相同的信号，从而实现信号的放大与解调。
锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，例如光学测量、电子学实验、磁学、生物医学等。
本报告将重点介绍锁相放大器的原理、应用以及仪器的使用方法。
2. 原理锁相放大器的核心原理是相位敏感放大技术，它通过与参考信号进行相位比较，实现对待测信号的放大与解调。
具体原理可以分为以下几个步骤：1.信号混频：将待测信号与参考信号进行混频，产生一个电压与参考信号频率相同的交流信号。
2.低通滤波：对混频后的信号进行低通滤波，滤除高频噪声部分。
3.相位移动：通过改变参考信号的相位，实现对待测信号相位的调整。
相位调整后，待测信号与参考信号之间的相位差将被最小化。
4.放大器：对调整后的信号进行放大，增加信号的幅度。
5.解调器：将放大后的信号与参考信号进行相乘，得到待测信号的幅度信息。
锁相放大器将以上步骤组合在一起，能够对微弱信号进行高增益放大和高精度解调，从而提高信号的检测灵敏度和测量精度。
3. 应用锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用场景。
3.1 光学测量在光学测量中，锁相放大器常用于检测光能量、相位差、频率等参数。
例如在光学干涉仪中，通过锁相放大器可以对光的干涉信号进行放大和解调，从而实现对干涉信号的精确测量。
3.2 电子学实验锁相放大器在电子学实验中也有着广泛的应用，可以用于检测微弱信号、分析信号的谐波成分等。
例如在电阻、电容和电感测量中，锁相放大器可以消除噪声的影响，提高测量的精度。
3.3 生物医学在生物医学领域，锁相放大器被广泛应用于生物信号检测和分析。
例如在心电图检测中，锁相放大器可以提取出心电信号的有效部分，并抑制背景噪声干扰，从而实现对心电信号的准确分析和诊断。
锁相放大实验报告
锁相放大实验报告锁相放大实验报告摘要本实验利用锁相放大器对微弱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，获得相位角与电压、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，通道，噪声带宽，信噪比正文锁相放大器己成为现代科学技术中必不可少的常备仪器。
国内72年南京大学首先从事这方面的研究工作，1974年研制成了第一台实验室样机，继后物理所等单位相继进行了这一方面的研究工作，1978年才有了工厂生产产品。
现在测量毫微伏量级的信号已是可能。
锁相放大器在涉及到微弱信号检测的各个领域都已得到了广泛的应用。
一、实验原理简析锁相放大器就是用来检测淹没在噪声中的微弱交流信号。
本质上，锁相放大器是一个具有任意窄带宽的滤波器，其频率调谐到信号的频率，排除掉大多数不需要的噪声而只允许被测量信号通过。
除了滤波，锁相放大器也能够提供增益，锁相放大器可以从噪声中提取比噪声小1000倍甚至10000倍的信号，锁相放大器的信噪改善比特别高它可用于测量交流信号的幅度和相位。
有极强的抑制干扰和噪声的能力，有极髙的灵敏度。
1.相关检测原理所谓相关就是指两个函数间有一定的关系，如果他们的乘积对时间求平均（积分）为零，则表明这两个函数不相关（彼此独立）；如不为零，则表明两者相关。
由于互相关检测抗干扰能力强，因此在微弱信号检测中大都是采用互相关检测原理。
如果）（ltf和）（2 tf为两个功率有限的信号，则可定义其相关函数为：TTldttftfTR）（）（2/llim21）（由于噪声的频率和相位都是随机量，它的偶尔出现可用长时间积分使它不影响信号的输出。
因而可以认为信号和噪声，噪声和噪声之间是互相独立，相关函数为零，通过推导，则：YTrsdttvtTR）（）（2/1 lim）（由此可知，对两个混有噪声的功率有限信号进行相乘和积分处理（即相关检测）后，可将信号从噪声中检出，噪声被抑制，不影响输出。
锁相放大实验
浙师大近代物理实验报告锁相放大实验任希 物理081 08180123摘要：本实验提供了能够测量微弱信号的方法，即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话处理，抑制噪声，实现了对信号的检测和跟踪。
实验中利用了锁相放大器对微弱信号中的噪生进行抑制并对其进行检测。
通过该实验提升了我们对实验仪器的掌握能力，为以后的实验提供帮助。
关键词： 弱信号的检测 锁定放大 互相关检测原理引言随着科学技术和生产的发展，需要测量许多物理量的微小变化，例如：微弱电压、电流、磁场的变化，微小温度的变化，微小的电感，微小的电容，微小的位移、振动等，通常我们测上述微小的变化，可以用传感器将其转化为相应的电信号，然后对这些电信号进行放大，再被我们显示和记录。
但由于这些微小的变化通过传感器转换的电信号十分微弱，各种条件下的噪声和干扰很可能将这些微弱信号淹没，因此单纯的使用放大器将其放大，而且由于放大器本生的噪声会将我们需要的信号淹没得更深。
锁相放大器就是用来检测淹没在噪声中的微弱交流信号。
本质上，锁相放大器是一个具有任意窄带宽的滤波器，其频率调谐到信号的频率，排除掉大多数不需要的噪声而只允许被测量信号通过。
除了滤波，锁相放大器也能够提供增益，例如：一个100nV 的信号可以被放大而产生一个10V 的信号，增益为108。
锁相放大器可以从噪声中提取比噪声小1000倍甚至10000倍的信号，锁相放大器的信噪改善比特别高它可用于测量交流信号的幅度和相位。
有极强的抑制干扰和噪声的能力，有极高的灵敏度。
实验原理相关检测原理，所谓相关就是指两个函数间有一定的关系，如果他们的乘积对时间求平均（积分）为零，则表明这两个函数不相关（彼此独立）；如不为零，则表明两者相关。
相关的概念，按两函数的关系又可分为自相关和互相关两种。
由于互相关检测抗干扰能力强，因此在微弱信号检测中大都是采用互相关检测原理。
如果)(1t f 和)(2τ-t f 为两个功率有限的信号，则可定义其相关函数为：lim 1/2()()12()T R T f t f t dt T l ττ=-⎰-→∞令：()()11()()()22()f t n t s t f t n t r t νν=+=+ 其中)(1t n 和)(2t n 分别代表于待测信号)(t s ν及参考信号)(t r ν混在一起的噪声。
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),其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”相位灵墩侦测(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、相敬检测器(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敬检测器工作的平台，并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敬检测的动态范圉。
锁相放大器实验
2．原理
2.1理论
2.1.1相关接收
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。相关是指两个函数间有一定的关系，相关按概念分为自相关和互相关。微弱信号检测中一般采用抗干扰能力强的互相关检测。相关函数是表征线性相关的度量。
3)相关器对不相关信号的抑制
连接实验线路，调节输入信号的信号源的频率为200HZ时，改变干扰信号的频率，观察相关器噪声电压输出，分析相关器对不相关信号的抑制能力。
4)相关器对噪声的抑制及信噪比改善
连接实验线路，先不加干扰信号，在输入信号与输出信号同相的情况下观察相干器“加法器输出”与“PSD输出”的波形，测量直流输出电压；加入白噪声信号后，再用“加法器输出”与“PSD输出”的波形观察信号与噪声相混的波形。测量信号源的输入信号的电压、白噪声输入电压，再测量出相关器输出的信号电压与噪声电压，计算输出信号的信噪比。
3.2相敏检波器的特性研究及信噪比改善测量
1)相敏检波器PSD输出波形和电压测量
连接实验线路，在输入信号与参考信号不同相位下，观察由PSD输出的波形；测量相关器输出直流电压大小与信号、参考信号之间的幅值及相位差 的关系，
2)相关器的谐波响应的测量与观察
连接实验线路，宽带移相器的输入信号接至信号源的“倍频 分频输出”，使得参考信号的频率为信号频率的1/n.在n分别为1,2,3,4,5,6,7的情况下，调节相移，记录直流电压输出最大值。
3)相关器对不相关信号的抑制
相位差为0°时，加法器输出峰峰值为0.32V，PSD输出峰值为0.16V，加法器输出波形和PSD输出波形如图8所示，
图8加法器输出波形和PSD输出波形
锁相放大实验报告
实验报告实验名称：锁相放大实验班级：物理学131班学号：13180118姓名：葛法熙指导老师：斯老师锁相放大实验报告一．实验目的1.了解相关器的原理，测量相关器的输出特性；2.了解锁相放大器的原理及典型框图；3.根据典型框图，组装锁相放大器，熟悉锁相放大器的使用方法二．实验原理锁相放大器是一种检测非常弱小信号的仪器，利用信号和外加参考信号的相干特性来去除噪声的影响，锁相放大器由信号通道、参考通道和相关器三部分组成。
信号通道把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和过滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器的动态范围。
参考通道是产生与被测信号同步的参考信号输出给相关器。
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Vs(t)和噪声Vn(t)的叠加，f2(t)为与被检信号同步的参考信号Vr(t)，二者的相关函数为：[]dt r t V t V t V Tdt t f t f TR rTTnsT TTT )()()(21lim)()(21lim)(2112-+=-=⎰⎰-∞→-∞→ττ)()(ττnr sr R R +=由于噪声)(τn V 和参考信号)(τr V 不相关，故0)(=τnr R ，所以)()(12ττsr R R =。
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。
当输入信号为)(t V A ，参考信号为)(t V B 则)cos(2)(A A A A t w V t V ϕ+=)cos(2B B B B t w V V ϕ+=[][])()(cos )()(cos ()()(1B A B A B A B A B A B A B A t w w V V t w w V V t V t V t V ϕϕϕϕ-+-++++∙=∙=）而由低通滤波器组成的积分器会过滤到高频段，也就是说积分器会取出差频段的分量来检测信号。
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锁相放大器的原理实验报告Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-锁相放大器的原理实验报告摘要：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、引言随着科学技术的发展，科学研究领域向宏观和微观不断深入，常常需要检测极微弱的信号，如物理学中的表面物理特性，光学中的拉曼光谱、光声光谱、脉冲瞬态光谱，生物学中的细胞发光特性、生物电的测量等。
在这些测量过程中，待测的微弱信号常常淹没在强大的背景噪声之中，使用常规的检测手段就无法达到目的。
而且随着科学的发展，对实验数据的可靠性、准确性、精确性的要求也越来越高，因此，微弱信号的检测就越来越重要，自60年代初开始，关于信号检测与处理的技术开始产生并迅速发展，现已逐渐形成一专门的边缘科学，在物理、化学、生物、天文、地质、医学、材料等学科领域得到广泛应用。
锁相放大器（Lock-In Amplifier，简写为LIA）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,能测量到输入信噪比低至10-5的微弱正弦量。
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。
目前全世界已有多个厂家生产该仪器本实验使用由南京微弱信号检测中心研制的微弱信号综合实验仪来介绍锁相放大器的基本工作原理与使用方法，通过本实验可以了解锁相放大器的基本特点和应用方向。
二、实验(一)实验原理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。
(二)实验内容1.参考信号通道的特性研究调节多功能信号源的输出信号为正弦波，用频率计测量其频率，用交流直流噪声电压表测量信号的幅度，调节输出信号的频率为1kHz左右，幅度大小为100mV左右。
按下宽带移相器0度移相按钮，调节0度~100度相位调节按钮，用示波器观察宽带移相器的输入和输出信号的波形的变化，最后使相位差计显示参考信号和输入信号的相位差分别为0度、90度、180度、270度对比画出宽带移相器的输入和输出信号的波形。
改变信号的幅值和频率，观察同相输出信号幅值和频率的变化，并做简要分析。
调节信号源，使输出波形分别为三角波和方波，重复上述观测。
2.相敏检波器的特性研究及主要参数测量a.相敏检波器PSD输出波形和电压测量按图接线，置交流放大倍数为×1，直流放大倍数为×10，相关器低通滤波时间常数置1秒，调节宽带移相器的相移量，用示波器观察信号、参考信号及PSD的输出波形并分析它们之间的关系，测量相关器输出直流电压大小与信号、参考信号之间幅值及相位差的关系，用相位计测量值大小，在0度~360度范围内作PSD输出直流信号Udc和输入信号Ui的比值Udc/Ui与相位差的关系曲线度与理论公式对比（必须有0度、90度、180度、270度以及直流输出最大和最小的数据）。
其中Udc为相关器输出直流电压，Kac为交流放大倍数，Kdc为直流放大倍数，为输入信号的幅值，为相位差。
b.相关器的谐波响应的测量与观察将宽带移相器的输入信号接至多功能信号源的“倍频.分频输出”，多功能信号源功能“选择”置“分频”，此时，参考信号的频率为信号频率的1/n次倍。
先置分频数为1，调节移相器的相移，使输出直流电压最大，记录输出直流电压的大小。
改变n的数值分别为2,3,4,5......，进行上述测量，根据测量结果画出相关器对谐波的响应图。
c.相干器对不相关信号的抑制多功能信号源的输出正弦信号为相关器的输入信号，低频信号源的输出信号作为相关器的干扰信号，由相关器的“噪声输入”端输入。
由示波器观察相关器的“加法器输出”波形与“PSD输出”波形，用电压表测量输入信号，干扰信号，相关器输出信号大小，由频率计测量信号和干扰信号的频率。
选择相关器的交流放大倍数为×1，直流放大倍数为×10，时间常数1秒，调节多功能信号源的频率为200Hz(可以任选)，电压为100mV，调节低频信号源的输出电压为0(即相关器输入信号不混有干扰信号)，调节宽带相移器的相移量，使相关器输出的直流电压最大。
记录“加法器输出”，“PSD输出”波形及相关器输出的直流电压(正比于输入信号的有效值)。
调节低频信号源的输出电压为300mV，即干扰电压为待测量信号压的3倍。
任选一工作频率(例如为930Hz)。
由示波器观察“加法器输出”“PSD输出波形”，观测此时被测信号与干扰信号波形及相关器的输出直流电压变化。
改变干扰信号的频率，观察相关器对不相关信号的抑制能力，对实验现象进行总结，分析相关器抑制干扰的能力。
二、实验结果的讨论和分析1.参考信号通道特性研究利用多功能信号源输出正弦波，其频率为，电压的有效值为101mV，峰峰值为304mv，调节相移器的0度、90度、180度、270度移相按钮，示波器ch1通道是输入的正弦波形，ch2通道输出的是通过移相器后的信号波形，记录如下：调节0°~100°相位调节旋钮，增大移相的角度时，波形没有变化，方波略向左移。
当增大输入信号的幅值时， ch2通道的输出信号的电压幅度不变，其峰峰值一直为10V。
当改变输入信号的频率时，ch1通道的输入信号和ch2通道的输出信号的频率同时改变，而振幅不变，但两者的频率一直保持相等。
出现以上现象的原因是：通常通过移相器产生的信号是与原信号同频率的占空比为1:1的方波信号，方波的幅度为1，不会随着输入信号的幅度而发生改变，但是移相器移动角度，会使所得方波发生移动。
2.相敏检波器的特性研究及主要参数测量a.相敏检波器PSD输出波形和电压测量测量相关器输出直流电压大小与信号、参考信号之间幅值及相位差ψ的关系（Ui=100mv）在不改变输入信号的幅值情况下记录直流电压Udc和相位差ψ的大小图9 Udc/Ui-ψ关系曲线在不改变输入信号的幅值情况下直流电压输出信号与输入信号的比值Udc/Ui和相位差ψ成余弦关系。
实验测量的表达式约为U UU=10U U cos U理论表达式约为U UU=9U U cos U相关器就是实现参考信号和被测信号相关函数的电子线路，由乘法器和积分器组成。
一种开关式乘法器即相敏检波器（PSD），积分器即为RC低通滤波器。
加在PSD上的被测信号和方波信号经过乘法，输出信号再经过低通滤波器后，交流部分会被滤去，只有直流部分会被输出，且U UU=UU U cos U。
b.相关器的谐波响应的测量与观察设置参考信号的频率为信号频率的1/n次倍，输入电压Ui=100mv。
分频时输出直流电压的最大值与相关器对谐波的响应图分频时输出直流电压的最大值（实验值、理论值）图10 Umax-n（n为正整数）关系曲线当分频时，参考信号的频率为信号频率的1/n，且n为偶数时，输出直流电压近于零，而n为奇数时，输出电压会有直流部分，并且随着n的增大，直流部分减小。
这表明被测信号中的奇次谐波成分在输出信号中仍占有一定比例，或者说相关器对奇次谐波的抑制能力有一定限度，并且随着奇数的增大，抑制能力越来越强。
C．相干器对不相关信号的抑制fi=，干扰信号的有效值Ui=100mv，其中n为不相关信号与输入信号的频率之比。
未接噪声信号最大值为实验现象总结：只有当n=时，相关器输出直流电压有波动，且随着n的增加变化范围减小相关器对没有倍数关系以及有倍数关系并且倍数为偶数的不相关信号的抑制作用是较为明显的，直流电压输出近于没有干扰信号时的直流电压输出。
但是相关器对于有奇数倍数关系的不相关信号的抑制能力有一定限度，但是随着奇数倍的增大抑制能力会增大，当倍数为7、9……时，相关器几乎完全抑制此不相关信号。
三、结论通过移相器会产生与原信号同频率的占空比为1:1的方波信号；PSD输出信号经过低通滤波器后，交流部分会被滤去，只有直流部分会被输出，且U UU=UU U cos U。
相关器对奇次谐波的抑制能力有一定限度，并且随着奇数的增大抑制能力越来越强。
四、思考题：1.锁相放大器各组成部分有什么功能和特点，为什么说PSD是锁相放大器的核心锁相放大器主要由三部分组成：信号通道、参考通道、相敏检波器（PSD）。
信号通道：信号通道主要由前置放大器、低通高通滤波器、调谐放大器组成。
待检测的微弱信号和噪声混合在一起输入低噪声前置放大器，经放大后进入前置滤波器，前置滤波器可以是低通、高通、带通或带阻滤波器，或者用这些滤波器的两种或两种以上的组合构成宽带或窄带滤波特性，用于防止在严重的噪声或干扰条件下使PSD出现过载，滤波后的信号经过调谐交流放大器放大到PSD所需电平后输入PSD。
参考通道：参考通道主要由触发器、变换电路、移相器组成。
参考通道用于产生相干检测所需的和被测信号同步的参考信号。
参考通道首先把和被测信号同频率的任何一种波形的输入信号转换为占空比为1:1的方波信号，其频率和输入移相器的参考信号的频率fr 相同。
现代的锁相放大器还可以给出频率为2fr的方波信号，主要用于微分测量中相移电路可以精密地调节相位，使PSD中混频器的两个输入信号的相位差严格为零，获得最大的检波直流输出。
方波信号通过移相器改变其相位，使得PSD输入的参考信号与被测信号同相位，锁相放大器的PSD的直流输出信号一般要再经过滤波和直流放大，最后输出给测量仪表等。
相敏检波器（PSD）：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。
之所以说PSD是锁相放大器的核心，是因为它将被检信号和参考信号相乘，通过直接计算相关函数来实现从噪声中检测到被淹没的信号。
2.滤波器时间常数的选择对锁相放大器检测微弱信号有什么影响从抑制噪声的角度看，时间常数RC越大越好，时间常数越大，等效噪声宽度越小，抑制噪声效果越好，检测微弱信号的本领越强。