第四章锁相放大器PPT文件格式下载.ppt
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微弱信号检测,4锁相放大器,4.1概述4.1.1特点锁相放大器相当于高Q值带通滤波器,采用一种特殊的方法,利用低通滤波器代替带通滤波器,使“实际的”带通滤波器的Q值提高到107左右,而且实现了一种特殊的带通滤波器,能够自动地将中心频率跟踪和保持在测量频率上。
@#@,1,4锁相放大器,4.1概述4.1.2原理,2,4.2理论基础4.2.1相关检测原理
(1)自相关检测,3,4锁相放大器,4,xi(t)与ni(t)相互独立,则互不相关,因而为零。
@#@,当xi(t)为白噪声、且足够大时,Rx()0。
@#@,当ni(t)为振幅等于1的正弦信号,,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.1相关检测原理
(1)自相关检测,5,xi(t)与ni(t)相互独立,则互不相关,因而为零。
@#@,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.1相关检测原理
(2)互相关检测,6,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.1相关检测原理(3)的选择,对于互相关检测,,设被检测信号为正弦波,取=0,Rn()具有最大值。
@#@,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)
(1)乘法器型相敏检测器,PhaseSensitiveDemodulator相位灵敏调解器相敏检测,正弦波信号、正弦波参考,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号、正弦波参考,幅频特性,LPF为一阶RC低通滤波器幅频相频特性,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号、正弦波参考,幅频特性,LPF为一阶RC低通滤波器,0,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号、正弦波参考,幅频特性,LPF为一阶RC低通滤波器,-3dB带宽(半边带),-6dB带宽(半边带),4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号、正弦波参考,相频特性,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号、方波参考,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号单频等幅噪声、正弦波参考,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,信噪改善(正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考),输入噪声功率,输入信号功率,输出噪声功率,输出信号功率,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,信噪改善(正弦波信号窄带白噪声、正弦波参考),若LPF为一阶RC回路(A01),4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成
(1)乘法器型相敏检测器,正弦波信号窄带白噪声、方波参考,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)
(2)开关型相敏检测器(构成框图)(同乘法型PSD间的区别),变压器倒相加模拟开关,运算放大器倒相加模拟开关,方波参考Vr=1,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)
(2)开关型相敏检测器(波形图),方波参考Vr=1,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)
(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路),差分输出放大器单刀双掷模拟开关,HC4053三单刀双掷模拟开关,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)
(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路),差分输出放大器单刀双掷模拟开关组合电路(乘法),方波参考,4锁相放大器,4.2理论基础4.2.2相关器构成(相敏检测器PSD)
(2)开关型相敏检测器(基本器件与电路),IGFET单端输出集成运放组合电路(乘法),方波参考,4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成,
(1)信号通道交流放大器(低噪前置AC放大)带通滤波器,4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成,
(1)信号通道交流放大器带通滤波器(LPFHPF原理图),4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成,
(1)信号通道交流放大器带通滤波器(LPFHPF特性曲线),4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成
(1)信号通道,
(2)参考通道(过零单稳触发Ui移相Uo方波形成),移相器,4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.1基本构成
(1)信号通道,移相器及其时序,
(2)参考通道,RaRb,则IbIa,4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.2正交矢量型锁相放大器,
(1)基本原理,4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.2正交矢量型锁相放大器,
(2)正交参考信号的产生(原理图),4锁相放大器,4.3锁定放大器的组成4.3.2正交矢量型锁相放大器,
(2)正交参考信号的产生(时序图),4锁相放大器,4.3锁相放大器的组成4.3.3外差式锁相放大器,
(1)结构原理,特点:
@#@带通滤波器中心频率fI恒定,特性稳定。
@#@,4锁相放大器,4.3锁相放大器的组成4.3.3外差式锁相放大器
(1)结构原理,
(2)PLL频率合成器,4锁相放大器,4.3锁相放大器的组成4.3.4数字式锁相放大器,
(1)结构原理,特点:
@#@频带宽,采用数字滤波和软件数字相敏检测适应性强。
@#@还可以采用纯软件数字移相器,简化线路。
@#@,4锁相放大器,4.3锁相放大器的组成4.3.4数字式锁相放大器
(1)结构原理,
(2)软件数字相敏检测(波形),4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.1旋转电容滤波器,
(1)基本结构,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.1旋转电容滤波器
(1)基本结构,
(2)特性分析,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.1旋转电容滤波器
(1)基本结构,
(2)特性分析,传递函数,时域,频域,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.1旋转电容滤波器
(1)基本结构,
(2)特性分析,幅频特性,相频特性,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.1旋转电容滤波器
(1)基本结构,
(2)特性分析,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.1旋转电容滤波器,(3)等效噪声带宽,Be=1.2337005501361698273Be1,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,由于,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,由于,频率为f0的方波,可以通过旋转电容滤波器。
@#@,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,当,且m=i,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.2旋转电容滤波器应用实例,输入信号中m=l=1以外的谐波成分被LPF滤除,4锁相放大器,4.3旋转电容滤波器在锁相放大器中的应用4.4.3旋转电容滤波器实用电路,实测B3dB0.32Hz,4锁相放大器,4.4同步积分器4.4.1同步积分器电路结构及性能,+1,-1,p(t),4锁相放大器,4.4同步积分器4.4.1同步积分器电路结构及性能,初始条件u(0)=0,4锁相放大器,4.4同步积分器4.4.1同步积分器电路结构及性能,初始条件u(0)=0,4锁相放大器,4.4同步积分器4.4.1同步积分器电路结构及性能,t2RC0,4锁相放大器,4.5锁相放大器的性能指标与动态协调4.5.1锁相放大器的主要性能指标,
(1)量程FS
(2)过载电平OVL(3)最小可测信号MDS(4)输入总动态范围(5)输出总动态范围(6)动态储备,4锁相放大器,4.5锁相放大器的性能指标与动态协调4.5.2锁相放大器动态范围与频率的关系,仅用宽带放大,使用BPF,使用LPF,使用BRF,4锁相放大器,4.5锁相放大器的性能指标与动态协调4.5.3锁相放大器的动态协调,OVL,FS,MDS,高稳定,OVL,OVL,MDS,MDS,高储备,4锁相放大器,4.6锁相放大器的应用4.6.1阻抗微小变化的测量,4锁相放大器,4.6锁相放大器的应用4.6.2光吸收的测量(斩波/光锁定),分光光度计,PMT:
@#@PhotoMultiplierTube光电倍增管,自相关函数,等效噪声带宽Be,的证明,
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