加信号。之后通过纯电阻网络将其衰减100倍，再通过锁相环放大电路进行检波滤波，最后通过单片机AD采集相敏检波得到的直流信号电压通过滤波算法进而得到更准确的幅值信息并在12864上显示出。
4、方案选择
方案一：选用带通滤波滤除频率远大于和远小于中心频率1KHZ的噪声信号。但是对于与有源带通滤波来说，有源滤波器不需要电感，能够提供增益，同时还可以与电压跟随器相结合使用，使得滤波器每级与电源和负载阻抗的影响隔离开，这种隔离允许独立设计滤波起各级，然后级联起来实现所要求的传递函数。但是，一般只有理想化的带通滤波才能完全滤掉干扰信号，而现实的滤波器不能。
方案二：选用锁相放大电路滤除噪声信号。锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是微弱信号检测的一种有效方法。用锁相滤波，通过相敏检波得到关于相位差和原始信号幅值的直流信号，通过计算可得原始信号幅值。
两种方案的缺点：由于衰减后信号强度很小，滤波完成后得到的直流信号也很小，加之电流源对电路带来的工频信号参杂在直流信号里使得得到的信号浮动大，进而使测得的幅值精度大大减小。
因此本次作品是以两种方案相结合的方式，先用有源带通滤波进行一级滤波，然后再通过锁相放大进行二级滤波。但是，方案一有很多不足之处，所以在方案一的基础上对于它的不足之处进行改进，在滤波时增大运放增益，使得目标信号强度增强，从而减小工频信号的影响。这样就可以得到更准确的测量幅值。所以综上所述，经过综合考虑将方案一二结合运用。
2
二、理论分析与计算
1、理论分析 基础部分
因为1KHZ的正弦有用信号参杂噪声之后如果仅仅使用带通滤波，虽然可以滤到一部分杂波，但由于是微弱信号直接滤波效果不明显，于是决定先使用带通惊行一次滤波之后再采用锁相环放大电路滤波可以滤出更多的杂波得到有用波。
因为对后继电路需要有更大的驱动能力，所以在设计的过程中加入多个跟随器，提高其带负载的能力。
2、关键电路分析 1）有源带通滤波电路
带通滤波电路只允许某一段内的信号通过，因此，它具有两个截止频率（即上限截至频率和下限截止频率），只要将高通滤波电路和低通滤波电路进行适当组合，即可获得带通滤波电路。如下图(a)图中所示为二阶压控电压源带通滤波电路，电路中R、C组成低通电路，C1、R3组成高通电路，要求RC ＝ Q＝ BW＝ 式中，＝1+ ,为同相放大电路的电压增益，同样要求<3电路才能稳 定工作。当f＝时，带通滤波电路具有最大电压增益称为通带电压增益，用表示，它等于 3 根据上述公式，可以得到带通滤波器的各元件参数： R1=31.83KΩ，R2=11.10 KΩ，R3=30.78 KΩ，R4=R5=61.50 KΩ C1=C2=0.01uF （a）带通滤波电路图 2)锁相放大电路 锁相放大器(Lock-in Amplifier 简称LIA)是以相关检测技术为基础，利用互相关的原理设计的一种同步相干检测仪。它是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子设备，利用参考信号频率与输入信号频率相关，与噪声频率不相关，从而从噪声中提取有用信号。它不同于一般的带通放大器，它所输出的信号并不是输入信号的简单放大，而是把交流分量放大并变成相应的直流信号输出。使用锁相放大器是从强噪声中提取弱信号的重要手段。可理解为:把待测信号中与参考信号同步的信号放大并检测出来。 一般锁相放大器的组成分为三部分:信号通道、参考通道和相关器（相敏检波器）。其核心部分是相敏检波器（phase-sensitive detector 简称PSD），它实际上是一个乘法器。输入信号和参考信号分别加在相敏检波器的两个输入端。 4 图 锁相放大器结构框图 (b）调相器电路图 (c)锁相放大电路图 锁相放大器的最基本原理是相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数f1(t)和f2 (t)的相关函数表示为： 其中f2 (t)为参考信号， 为测量信号，S（t）为需要检 测出来的信号，f2（t）与S(t)频率相同。下面详细讨论这一原理是怎么具体应用在锁相放大器的设计上，锁相放大器又是如何通过直接计算相关函数来实现从噪声中检测淹没信号的。 5
相关推荐：
loading