锁相放大器的使用.doc

锁相放大器的使用
指导教师:原如领实验日期: 2010-3-18
【锁相放大器基本原理及其结构】
与上方的输入端输入待测信号,先后经放大和带通滤波后与从下方的参考信号输入端输入的设定过相位的参考信号共同输入乘法器得到的结果再通过低通滤波器滤波后输出。
信号输入
参
考
输
入
图一锁相放大器基本原理
图二锁相放大器基本结构
【用途】
即使有用的信号被淹没在噪声信号里面,即使噪声信号比有用的信号大很多,只要知道有用的信号的频率值,就能准确地测量出这个信号的幅值。
【实验数据记录及其处理】
一、参考信号通道特性研究
当输入信号分别为正弦波、三角波、方波时,得到的输入输出信号如下图所示:
0° 90°
180° 270°
图三输入正弦波,参考信号和输入信号相位差分别为0°、90°、180°、270°
0° 90°
180° 270°
图四输入三角波,参考信号和输入信号相位差分别为0°、90°、180°、270°
图五输入方波,参考信号和输入信号相位差分别为0°、90°、180°、270°
分析以上实验可得出以下结论:
1)
,而参考信号的峰值为9V,说明宽带相移器对参考信号有
放大作用;
参考信号的幅度不随输入信号的幅度变化而变化,说明宽带相移器经过内部电路对信号的放大,输出的是一个较为稳定的电压值,不随输入信号变化;
2) 宽带相移器输出的参考信号的频率随输入信号频率变化而变化,因为宽带相移器不改变
输入其中的信号的频率,输出的是同频率的参考信号。
3) 无论输入信号是正弦波、三角波和方波,参考信号都是占空比为1:1的方波,说明宽带
相移器把被测信号的任何一种波形转换为占空比为1:1的方波;
二、相敏检波器特性研究及主要参数测量
①、相敏检波器PSD输出波形和电压测量
实验得出PSD输出信号及参考信号在位差φ=0°、90°、180°、270°时的波形如下:
0° 90°
180° 270°
图六 PSD输出信号及参考信号在位差φ=0°、90°、180°、270°时的波形
由以上可得: PSD直流输出电压即PSD输出波形的平均值,这说明了相关器的工作原理为:它将从信号通道输出的被测交流信号和从参考通道输出的方波进行相乘和积分后转换成直流信号。
实验记录输出直流电压udc与输入信号幅值和相位差的关系:
表一输出直流电压udc与输入信号幅值的关系
图七 udc与输入信号幅值的关系
表二输出直流电压udc与输入信号和参考信号相位差的关系
0~ππ~2π
图八输出直流电压udc与输入信号和参考信号相位差的关系
有上图可以看出,直流电压输出与输入信号的幅值成正比,与相位角余弦值有线性关系,但是由于相位计的读数有偏差,导致直流输出电压在相位角为0~π和π~2π时与相位角的余弦的线性关系有微小的区别。为了表示直流输出电压与相位角余弦值的线性关系,将0~π和π~2
π的图像分开。在实验误差的范围之内,直流输出电压 udc与相位角余弦cosφ成正比,验证了公式 udc=
2π
Uicosφ
②、相关器的谐波响应的测量与观察
n=1 n=2
n=3