本文針對傳統(tǒng)放大器信噪分離能力弱，無法檢測微弱信號這一現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于AD630的鎖相放大器。系統(tǒng)以開關(guān)式相關(guān)器為鎖相放大器的核心部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有電路簡單、運(yùn)行速度快、線性度高、動態(tài)范圍大、抗過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的鎖相放大器硬件主要包括信號通道模塊、參考通道模塊、相關(guān)器模塊、電源模塊、電壓檢測模塊、顯示模塊等部分。信號通道模塊的輸入級通過并聯(lián)多個(gè)放大器的方式有效降低了噪聲，通過跟蹤帶通濾波電路提高了信噪比；參考通道模塊包含參考電壓放大器、鎖相環(huán)電路和相移器電路三個(gè)部分，可以將輸入信號放大10~10000倍：相關(guān)器模塊是鎖相放大器的核心部分，采用高信噪比的AD630芯片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，包括相敏檢波電路（PSD）和低通濾波電路；電源模塊由集成三端穩(wěn)壓器構(gòu)成，通過模擬電源和數(shù)字電源隔離的方式有效降低了電源紋波：電壓檢測模塊通過電阻分壓的方式提高了可檢測范圍；顯示模塊為數(shù)字電壓表ZF5135-DC2V，直觀顯示被檢測信號。本文利用Altium Designer軟件繪制PCB板對電路進(jìn)行了測試，結(jié)果表明系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測到uV級別的信號，并且信噪比較高。相位差在0~360°范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)，能夠?qū)⑤^微弱的信號從噪聲的背景中提取出來并進(jìn)行放大。同時(shí)該系統(tǒng)各級電路之間采用直接耦合的方式，對于頻率較低的信號，仍然能進(jìn)行鎖相放大。設(shè)計(jì)中對鎖相放大器理想和非理想模型進(jìn)行了仿真對比，結(jié)果表明在未摻雜噪聲時(shí)，信號通道將輸入信號放大10倍，相位改變180°。最后根據(jù)行為級建模和電路實(shí)物焊接兩種方法進(jìn)一步分析驗(yàn)證了鎖相放大器的工作機(jī)理。
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上傳時(shí)間： 2022-07-11
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