第11章锁定放大器.ppt

（1）相敏检测器的等效噪声带宽Be取决于低通滤波器的带宽，可以很窄；而其之前的带通滤波器的带宽受到谐振回路Q值的限制，所以Bi不可能太窄，所以PSD的SNIR较大。 （2）在实际应用中，因为当输入噪声幅度太大，模拟乘法器可能进入非线性区，称为PSD过载，使得SNIR有限。 当LPF为一阶RC低通滤波器时，Be=1/(2RC),所以： 5. x(t)为正弦波含噪声，r(t)为方波 第二项所表示的和频项被滤除，讨论第三项 （1）如果n(t)为单频信号，其频率为ωn，那么只有 (2)如果n(t)为宽带噪声或x(t)的高次谐波，其频率为ωn的分量 与方波相乘结果为： 经过LPF后 噪声输出不仅出现在ωn=ω0处，而且出现在ωn=（2n-1）ω0附近。 总的等效噪声带宽 采用带通滤波器滤除高次谐波 6. x(t)为方波，r(t)为方波 电子开关型相敏检测器 其实质是参考信号幅度为1的方波时的模拟乘法器式相敏检测器。 双相锁定放大器 其双相PSD能动态检测振幅和相位 多用于：矢量电压表、频谱分析仪、噪声测试仪 窄带滤波法和锁定放大器 的特点和不足 窄带滤波法 带宽太窄：将噪声滤去的同时也造成信号的失真。 带宽太宽：带宽内的强干扰信号无法去除，噪声抑制作用不明显。 锁定放大器 只适用于正弦波、方波等周期信号 输出为直流信号，无法得到被测信号的波形 * * * * * * * * 2、相关函数的基本性质 ?=0时，R(?) 取最大值。 对实函数，R(?) 为偶函数 对复函数 2、周期信号相关函数特征 正弦信号 自相关函数 3、噪声的相关函数 随机噪声是一种前后独立的平稳随机过程，其相关函数随τ的增加而减小，如红色曲线所示。 对于白噪声，其相关性很小。相关函数函数随τ的增加而迅速减小如蓝色曲线所示。 ) ( t R t 0 二、自相关检测 基本原理 利用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关运算，达到去除噪声的目的基本原理 是从强噪声中提取弱信号的重要手段。 实现方法 混有噪声的信号 送入相关接收机 两个通道（不延时和延时?）?相乘器?积分器 自相关检测理论推导 信号 的自相关函数 在一般情况下，噪声和信号不相关，有 所以时延足够大时，只输出信号自身的相关函数 此外，若时延足够大，则 例：已知正弦弦信号 ，混合有 随机噪声n(t), 求自相关检测输出信号。 解：根据自相关检测的特点，有 由以前推导可知： 三、互相关检测 1、基本原理： 若已知发送信号的重复周期或频率，就可在接收端发出一个与发送信号周期相同的“干净的”重复周期信号，称为本地信号，将它与混有噪声的输入信号进行互相关，即可除去噪声的影响，提高电路的抗干扰能力。 2、互相关检测实现方法 输入信号 与本地信号 送入相关接收机的两个通道（输入信号不延时、本地信号延时?）?相乘器?积分器 3、互相关检测理论推导 若 噪声与信号不相关 ，则 所以 互相关接收机只有信号与本地信号的相关输出， 去掉了噪声项，因此提高了输出的信噪比 锁定放大器法 ●锁定放大器法的原理框图如下: V1(t)为输入信号， V2(t)为参考信号， 这两个信号同时输入乘法器进行乘法运算， 再经过积分器，得到输出信号V0(t)。 1．考虑最简单的情况: 信号中没有含噪声，只有信号，且信号为正弦信号　　　 则两信号相乘后，输出： 参考信号为： 且 两信号相乘后，通过积分器进行积分， 假定积分器的积分时间常数为T，而且积分时间也取ｔ＝T， 则： 由上式可见，锁定接收法最后得到的是直流输出信号，而且这个直流信号的大小和两信号的相位有关。 2．只有噪声输入时， 即： 其中幅度A(t)，相角 均为随机变量， Vn1(t)代表了噪声中的频率为ω的分量， 则此时锁定放大器的输出为： 当积分时间T→∞时，上式中两项积分均趋于零。故Vn0(t)=0。 当噪声的频率不为ω时，亦有同样结果。 这表明当积分时间很大时，锁定放大器对噪声的抑制能力很强。 在实际中，由于T不可能做得很大，或者积分器用低通滤波器来代替，这时锁定放大器的输出的噪声不为零，而在