鎖定放大器的設計

【摘要】鎖定放大器是微弱信號檢測的重要環節，本設計以相敏檢波為核心，實現了微弱信號檢測的鎖定放大器的設計。

【關鍵詞】鎖定放大器;相敏檢波;數字移相

引言

微弱信號檢測（Weak Signal Detect）是利用電子學，信息論，物理學和計算機（積分器）組成的互相關運算，用模擬電路實現 基于相關運算的模擬鎖定放大器。它在認識噪聲、信號的物理特性和相關性的基礎上，把被噪聲淹沒的有用信號提取出來的一門技術科學。

1.設計方案

系統結構如圖1所示。系統主要由三個部分組成，交流放大器、相敏檢波與低通濾波和相位檢測與控制。

系統設計中具有三個突出特點：

一是采用了低噪聲、高精度運算放大器OPA2277實現對10uV信號的放大;

二是采用了高精度的相敏檢波電路實現對已知相位信號的高精度檢測;

三是采用數字相移技術實現對控制信號的0～180o高精度相移，同時采用單片機和TI的12位高速高精度A/D轉換芯片TLC2543，實現了對被測信號的峰值、有效值實時監測和顯示。

圖1 鎖定放大器基本結構框圖

2.硬件電路設計

鎖定放大器系統硬件設計主要包括交流放大部分和相敏檢波部分。由于被測信號很微弱，則要求前置放大器必須具備高增益、低噪聲的特點，故交流放大器采用高精度、低噪聲OPA2227雙運算放大器實現兩級放大，電路原理圖如圖2（a）所示。相敏檢波器采用模擬開關CD4503實現斬波功能，達到全波整流的目的。檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，結構簡單，性能可靠。……