相关器的研究及其主要参数的测量实验讲述.pptVIP

相关器的研究及其主要参数的测量实验 背景简介 随着科学技术的迅速发展，使测量技术得到日臻完善的发展，但同时也提出了更高的要求，尤其是一些极端条件下的测量已成为深化认识自然的重要手段，在物理实验中，我们常常需要测量许多物理量的微小变化，如微弱电压或电流、微弱磁场和微小温度变化。这些信号通常在μv级，甚至是nv级或者更小。又如对物质的微观结构与弱相互作用等所获得的极为微弱的检测，无疑是当今科学技术的前沿课题。由于微弱信号检测(weak signal detection)能测量传统观念认为不能测量的微弱量，所以才获得迅速的发展和普遍的重视。 实验目的 1. 了解相关器的原理； 2. 测量相关器的输出特性； 3. 掌握相关器正确的使用方法。 实验仪器 1. 相关检测 相关性：是指两个函数间有一定的关系。如果它们之间的乘积对时间求平均（积分）为零，则表明这两个函数不相关（彼此独立）；如不为零，则表明两者相关。相关检测原理是微弱信号检测（锁相放大器）的基础。 另 其中 和 分别代表与待测信号 Vs(t) 及参考信号Vr(t)混在一起的噪声。则： 实验内容 (1)按图4连接线路。 (2) 接通电源开关，预热两分钟，调节频率调整旋钮，使输出频率稳定在l kHz左右；交直流噪声电压表换档开关拨到正弦档，测量正弦波输出电压，调节输出幅度旋钮，使输出电压幅度达到100mV左右。 (3)置相关器交流放大倍数x10，直流放大倍数x1，低通滤波器时间常数选择1s档。 用示波器观察乘法器输出的波形，测量相关器的直流输出电压随位相变化情况，记录相位、直流输出电压、PSD波形。 (4)相位计的信号输入和参考输入分别接到相关器的信号输入和参考输入，调节宽带相移器相位旋钮，测出不同情况下的 值，所对应的相关器直流输出电压和PSD的波形。将所测量的相关器输出的直流电压与理论公式 进行比较，其中KAC、KDC分别为相关器的交流放大倍数和直流放大倍数。 2. 相关器谐波响应的测量与观察 (1) 实验仪器同实验1相同，连接电路作一处变动，断开多功能信号源由正弦波输出插座输出到宽带相移器输入端的信号，多功能信号源 输出插座连接到宽带相移器，此时，可以改变待测信号和参考信号的频率之比，使 =1，2，3，…。 (2) 先置分频数为1，按下宽带相移器相移零度开关，调节相移旋钮，使相关器输出的直流电压最大，观察示波器的波形相同于全波整流波形，说明相关器待测信号与参考信号频率相同，相位也相同，满足 的要求，记录输入信号、参考信号、PSD信号、直流输出信号，画出各点波形。 (3) 改变分频数 为2，3，4，5，…，分别重复上述测量，记录数据和画出波形，并分析相关器谐波响应直流输出电压的特点。 3. 相关器对不相干信号的抑制 (1) 选择相关器的交流放大倍数为10，直流放大倍数为1，时间常数为1s。输入信号的频率达到1KHz，也可以任选频率；调节幅度旋钮，使其幅度电压为100mV。噪声输入的信号等于零，相移量为零，记录加法器输出、PSD输出的波形及相关器直流输出的电压值。 (2) 由低频信号放生器输入频率例如为800Hz，输出幅度300mV。由示波器观察加法器输出、PSD输出的波形，由交直流噪声电压表测量相关器直流输出电压，观察相关器对噪声的抑制情况。 (3) 改变干扰信号的频率，重复上述测量，将噪声干扰频率逐渐接近输入信号的奇次谐波时，抑制干扰能力下降，输出直流电压发生周期性的变化，在信号各谐波处形成带通特性，通带宽度由低通滤波器的时间常数决定，通带宽度不同，抑制干扰的能力不同。改变积分时间常数为0.1s或10s，分别进行测量，根据各组数据，进行分析总结。 数据处理 表一 ：相关器PSD波形的观察及输出电压的测量 表二 ：相关器谐波响应的测量与观察 表三 ：相关器对不相干信号的抑制 注意事项 1. 按图正确接线，信号线要连接可靠，旋紧不松动； 2. 如果电路接好以后，PSD输出没有波形或不正常，可用示波器分别观察相关器加法器输出、宽带相移器输出、多功能信号源输出等，看波形正常与否，直到找到故障，给予排除； 3. 转动选择开关不要太快，以免打滑 。 思考问题 1. 相关器为什么可以检测微弱信号? 2. 输入