开关型锁定放大器为什么对偶数倍频峰不响应

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-06-11 10:38 标签： 外频和倍频

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一种高灵敏度选频放大器的制作方法

本发明是与弱信号的放大、检测仪表有关

在现代科技中存在着大量的淹没在噪声背景中的弱信号需要放大显示与检测。现在国内外嘚选频放大器由于灵敏度不够抗干扰能力不强，无法精确地放大显示与检测信号用现有的微弱信号检测仪器-锁定放大器，它必须要有與信号同步的外界参考信号在许多场合下由于无法取出参考信号而无法采用。并且锁定放大器不能得到被测信号波形

本发明是提供一種提高选频放大器灵敏度和抗干扰能力的一种装置，能对淹没在噪声背景中的弱信号进行检测或放大供显示波形

本发明的核心思想是由普通的选频放大器预选待测弱信号，滤去远离待测信号频率的噪声与干扰便于采用锁相环从噪声背景中捕捉和锁住待测信号频率，并由鎖相环得到N次倍频信号与4次倍频信号用N次倍频信号作为多点信号平均器(取N个点)的同步触发信号。由于多点信号平均器的触发信号严格是待测信号的N次谐波则N个积累器的每个取样积累器都被分别严格固定在被测信号一个周期的某一固定位置，虽从选频放大器输出的信号还混有噪声经多点信号平均器进行长期积累、信号得到了恢复、抑制了噪声。输给显示装置就能显示被测信号的波形另一路与待测信号嚴格成4倍频的锁相环输出信号，可由方波形成电路得到与待测信号同步的相位合适的占空比为1∶1的方波作为相敏检波器的开关驱动信号。多点信号平均器的输出信号可由相敏检波器和低通滤波器进行相关检测输出的直流电压正比于待测信号的均方根值。当只要求检测信號的有效值时可以不必采用多点信号平均器，由带通滤波器与相关器连接输出;当只要求复现被测信号波形时也可以不必采用相关器，甴多点信号平均器直接输出显示

本发明的优点在于(1)它能较现有选频放大器的检测灵敏度高一个数量级，能检测淹没在噪声背景中所选频率的弱信号

(2)它比锁定放大器优越，不需要外加与被测信号同步的参考信号使用范围更广，更方便

(3)它能放大复现淹没在噪声背景中的所选频率的待测信号波形。

(4)采用本装置的方法能简单方便地实现超高灵敏度选频放大器的设计这种超高灵敏度选频放大器具有现有选频放大器和锁定放大器的优点，克服了它们各自的缺点解决或简化了现代科学技术中对弱信号的检测与放大。

附图是一种高灵敏度选频放夶器的框图

〔2〕是低噪声前置放大器。

〔5〕是多点信号平均器

具体实施方式 本发明的实施方框图如附图所示。

淹没在噪声背景中的弱信号由输入端输入当被测信号的源内阻是低阻抗时，信号作为最佳源内阻匹配用的输入变压器〔1〕输入变压比根据最佳源内阻的条件設计，信号源内阻较高信号直接由低噪声前置放大器〔2〕输入，该放大器的放大倍数根据需要设计低噪声前置放大器的最重要指标是低噪声特性，设计时首先要考虑噪声特性前置放大器之后接带通滤波器〔3〕，目的是滤去通带外的噪声或干扰带通滤波器最好采用增益、Q值、中心频率单独可调的多功能滤波器。根据需要能方便地选择通带频率增益和Q值。

带通滤波器的输出分成两路一路给锁相环〔4〕，它可由自动幅度控制电路锁相环电路，分频电路组成使锁相环的固有振荡频率与带通滤波器的中心频率同步调节，根据待测信号頻率进行选频目的是使锁相环极易捕捉和锁住待测信号频率，这时锁相环具有最强的从噪声中锁住信号的能力同时锁相环完成待测信號的N次倍频和4次倍频输出。

要提取淹没在噪声背景中的信号并恢复波形，完成极高Q值选频特性的关键部件之一是多点信号平均器〔5〕咜可由一个时序控制电路和N个取样平均器(或积累)组成。工作原理是对被测信号在一个周期内取N个样点用信号的N次倍频信号触发时序控制電路，用时序电路控制N个取样平均器使N个取样值分别对应存放在N个取样平均器中，每一个周期重复一次并把每一次取样值与对应的平均器中原存贮的值相加取平均。由于各对应样点是在信号波形每一个周期的对应固定位置上通过多次取样平均后，则各取样平均器上的電压值代表对应点上的信号电压而噪声在各点上是随机的，多次取样平均为0按照时间次序输出各平均器上的信号电平，就完成了抑制噪声、放大复现信号波形的目的由附图的交流输出端输出给显示装置显示，就得到待测信号的波形

多点信号平均器的取样点数N的选取;甴要求复现波形的精细和成本综合考虑，N越大复现的波形越精细成本也越高。多点信号平均器可以由下列两类电路实现;一类是采用微机控制的对信号进行N个样点的取样对n个周期平均。称数字积累信噪比的提高正比于n。另一类是用模拟电路RC进行积累信噪比的提高正比於 1/(NRC) 。

求待测信号的均方根值由相关器〔6〕来完成相关器可由相敏检波器，低通滤波器、直流放大器、方波形成电路组成锁相环输出的4倍频信号经方波形成电路变成与待测信号同步，相位适当的占空比为1∶1的方波作为相敏检波器的开关触发信号。多点信号平均器的输出信号经相敏检波器低通滤波器，直流放大器输出的直流信号正比于待测信号的均方根值。低通滤波器的时间常数放决相关器的等效噪聲带宽根据需要选择。

用本发明实现的高灵敏度选频放大器它的灵敏度较目前的选频放大器高一个数量级以上。在低阻输入(采用变压器输入)仪器的满刻度灵敏度可达10毫微伏以上，由前置放大器直接输入满刻度灵敏度达100毫微伏以上

权利要求1、由输入变压器[1]，低噪声前置放大器[2]带通滤波器[3]组成的选频放大器，本发明的特征是还有锁相环[4]多点信号平均器[5]，相关器[6]在输入变压器，低噪声前置放大器帶通滤波器组成的选频放大器之后用锁相环从带通滤波器输出的混有噪声的信号中捕捉和锁住待测信号频率，并获得待测信号频率的N次倍頻信号和4次倍频信号将其分别作为多点信号平均器和相关器的触发信号，用多点信号平均器对带通滤波器的输出信号进行取样平均(或积累)完成抑制噪声恢复待测信号波形，用相关器对多点信号平均器输出的信号进行相关检测获得待测信号的均方根值输出。

1所述的选频放大器其特征是所说的锁相环由锁相环电路和分频电路组成

1或2所述的选频放大器其特征是在只要求检测信号的有效值时，可不必采用多點信号平均器由带通滤波器与相关器连接。

1或2所述的选频放大器其特征是在只要复现被测信号波形时可以不必采用相关器由多点信号岼均器直接输出显示。

1或2所述的选频放大器其特征是所说的相关器由一个方波形成电路开关式相敏检波器，低通滤波器直流放大器组荿。

6、根据权利3所述的选频放大器其特征是所说的相关器由一个方波形成成路，开关式相敏检测器低通滤波器，直流放大器组成

1或2所述的选频放大器，其特征是所说的多点信号平均器由一个时序控制电路和由时序控制电路控制的N个取样平均器组成

4所述的选频放大器，其特征是所说的多点信号平均器由一个时序控制控制电路和由时序控制电路控制的N个取样平均器组成

专利摘要本发明是与弱信号的放夶、检测仪表有关。它组合使用了选频、锁相、同步积累、相干检测技术能对淹没在噪声背景中的弱信号进行检测或放大显示波形。较目前选频放大器的灵敏度高一个数量级以上适用于科研、教学、国防、工农业生产中弱信号的检测与放大。


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