广东第二师范学院实验原始数据记录表
五、数据处理 调节参考信号与输入信号同频同相时，得到最大输出电压，波形变化如下图所示： 不同频同相同频同相 干扰信号:124.3mV 时间常数（s）电压 0.1 输入（mV）12.1 20.8 35.5 48.3 85.7 输出（V） 1.37 2.33 3.75 4.96 7.14 1 输入（mV）12.1 20.7 35.7 48.6 85.5 输出（V） 1.34 2.28 3.8 4.95 7.16 10 输入（mV）12.1 20.7 34.5 48.6 88.8 输出（V） 1.43 2.24 3.62 4.92 7.30 干扰信号:353mV 时间常数（s）电压 0.1 输入（mV）13.2 20 35.1 48.5 89.5 输出（V） 2.25 2.96 4.35 5.65 7.67 1 输入（mV）13. 2 20 35.1 48.5 89.5 输出（V） 2.17 3.05 4.42 5.48 7.74 10 输入（mV）13.2 20 35.1 48.5 89.5 输出（V） 2.29 2.95 4.45 5.50 7.71 干扰信号:672mV 时间常数（s）电压 0.1 输入（mV）11.3 20.5 35.8 48.4 88.9 输出（V） 2.90 4.09 5.15 6.00 8.12 1 输入（mV）11.3 20.5 38.5 48.4 88.9 输出（V） 3.07 3.85 5.25 5.96 8.1 10 输入（mV）11.3 20.5 35.8 48.4 88.9 输出（V） 2.89 3.91 5.20 6.09 8.01
锁相放大实验 物理071 何麟巍 07180122 摘 要：本实验用锁相放大器对微弱信号中的噪生进行抑制并对其进行检测。 关键字：弱信号的检测 锁定放大 引 言：随着科学技术和生产的发展，需要测量许多物理量的微小变化。通常我们测微小的变化，可以用传感器将其转化为相应的电信号，然后对这些电信号进行放大，再被我们显示和记录。但由于微小的变化通过传感器转换的电信号十分微弱，各种条件下的燥声和干扰很可能将这些微弱信号淹没，因此单纯的使用放大器将其放大，并不能将这些信号正确的显示出来。那我们该如何来测量呢？ 正 文： 锁相放大器的组成：信号通道、参考通道和相关器（包括直流放大）。 相关检测原理：所谓相关就是指两个函数间有一定的关系，如果他们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。相关的概念，按两函数的关系又可分为自相关和互相关两种。由于互相关检测抗干扰能力强，因此在微弱信号检测中大都是采用互相关检测原理。 如果)(1t f 和)(2τ-t f 为两个功率有限的信号，则可定义其相关函数为： lim 1/2()()12()T R T f t f t dt T l ττ=-?-→∞ 令： ()()11()()()22 ()f t n t s t f t n t r t νν=+=+ 其中)(1t n 和)(2t n 分别代表于待测信号)(t s ν及参考信号)(t r ν混在一起的噪声。 lim 1/2()()()12()()T R T n t t n t dt r T s t l νντττ?????????????????? =+-+-?-→∞ lim 1/2()()()()()()(112T T T T T t t dt t dt t n t dt n t n t s r r r T T t T l νντντντ=-+-+-+-????----→∞ ()()()()2112 R R R R sr s r ττττ=+++
锁相放大器的原理实验报告 摘要：随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的方法，将微弱信号从噪声中提取出来。本实验通过测量锁相放大器的工作参数和特性，掌握相关检测原理以及锁相放大器的正确使用方法。 关键词：锁相放大器；微弱信号放大；PSD输出波形；谐波响应 一、引言 随着科学技术的发展，科学研究领域向宏观和微观不断深入，常常需要检测极微弱的信号，如物理学中的表面物理特性，光学中的拉曼光谱、光声光谱、脉冲瞬态光谱，生物学中的细胞发光特性、生物电的测量等。在这些测量过程中，待测的微弱信号常常淹没在强大的背景噪声之中，使用常规的检测手段就无法达到目的。而且随着科学的发展，对实验数据的可靠性、准确性、精确性的要求也越来越高，因此，微弱信号的检测就越来越重要，自60年代初开始，关于信号检测与处理的技术开始产生并迅速发展，现已逐渐形成一专门的边缘科学，在物理、化学、生物、天文、地质、医学、材料等学科领域得到广泛应用。 锁相放大器（Lock-In Amplifier，简写为LIA）就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号,能测量到输入信噪比低至10-5的微弱正弦量。自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。目前全世界已有多个厂家生产该仪器 本实验使用由南京微弱信号检测中心研制的微弱信号综合实验仪来介绍锁相放大器的基本工作原理与使用方法，通过本实验可以了解锁相放大器的基本特点和应用方向。 二、实验 (一)实验原理 锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度。
锁相放大器实验报告 摘要：本实验利用锁相放大器对信号中的噪声进行抑制并对其进行检测，了解相关检测原理，锁相放大器的基本组成；掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。通过实验学会锁相放大器的使用，掌握利用锁相放大器来观察信号输入信号通道前后的幅值以及波形情况，获得相位与电压、放大倍数与电压的关系，并且通过噪声的观察知道如何消除噪声。 关键词：锁相放大器，微弱信号放大，PSD输出波形，谐波响应 引言：随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的。方法，将微弱信号从噪声中提取出来。自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。 一、实验原理： 1、噪声 在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱的信号。这类信号检测的最终极限将取决于 测量设备的噪声，这里所说的噪声是指干扰被测信号的随机涨落的电压或电流。噪声的来 源非常广泛复杂，有的来自测量时的周围环境，如50Hz市电的干扰，空间的各种电磁波， 有的存在于测量仪器内部。在电子设备中主要有三类噪声：热噪声、散粒噪声和1／f噪声，这些噪声都是由元器件内部电子运动的涨落现象引起的。从理论上讲涨落现象永远存 在，因此只能设法减少这些噪声，而不能完全消除。 2、相干检测及相敏检波器 微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。相关反映了两个函 数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。相 关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。 设信号f1(t)为被检信号V s(t)和噪声V n(t)的叠加，f2(t)为与被检信号同步的参考信号 V (t)，二者的相关函数为： r
.::锁相放大器实验简介::. 在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱信号。通常的方法是采用选频放大技术心频率与待测信号频率相同，从非线性器件直接产生的或外部引入的（干扰等）众多出有用分量，滤除其它无用分量。但此方法存在中心频率不稳定、带宽不能太窄及对力等缺点。 锁相放大器（Lock-in amplifier，LIA）自问世以来，在微弱信号检测方面显示出能够在较强的噪声中提取信号，使测量精度大大提高,在科学研究的各个领域得到了用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效地抑制噪的检测和跟踪[10]。因此，学生掌握锁相放大技术的原理与应用具有重要的意义。 锁相放大器的基本结构如图所示，包括信号通道、参考通道、相敏检测器（PS （LPF）等。 信号通道对调制正弦信号输入进行交流放大，将微弱信号放大到足以推动相敏检并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敏检测的动态范围。 参考通道对参考输入进行放大和衰减，以适应相敏检测器对幅度的要求。参考功能是对参考输入进行移相处理，以使各种不同的相移信号的检测结果达到最佳。 锁相放大器的核心部件是PSD，它以参考信号r(t)为基准，对有用信号x(t)进实现频谱迁移过程。将x(t)的频谱由ω=ω0处，再经LPF滤除噪声，输出直流信号入信号幅度及它们的相位有关。其输出u0(t)对x(t)的幅度和相位都敏感，这样就达相的目的。因为LPF的频带可以做得很窄，所以可使锁相放大器达到较大的SNIR。相敏检测器的输出波形:
不同相位时相敏检测器的波形 当两输入信号的振幅一定时，相敏检波器的输出与输入信号的相位差的余弦成检波后输出最大；而反相时为负最大；相差900或2700时为零。相敏检波器的原理比是输入信号与参考信号的乘积。 出信号 式中： 为被测信号频率；为随机噪声频率。通过PSD后，输出 加低通滤波器，其输出 若大于低通滤波器截止带宽，后一项不通过低通滤波器输出；反之输出。
锁相放大器原理及测量 摘要：锁定放大器由三部分组成：参考通道、信号通道和相关器。本实验通过学习锁定放大器的相关结构与原理，以及对三个部分的研究，重点对相 关器的组成：相敏检波器和低通滤波器的原理进行学习以及应用。测量 相关器的输出特性和谐波特性。 关键词：相关器相干检测锁定放大器谐波相应 引言： 随着科学技术的发展，极端条件下的物理实验已成为深化认识自然的重要手段。实验中一般是将微弱的物理量通过各种传感器进行电量转换 使检测的弱物理量变换成电学量来进行测量。但由于弱物理量本身的涨 落、传感器的本底和测量仪器的噪声的影响，被测的有用电信号会被噪 声所淹没。微弱信号检测技术就是一种与噪声作斗争的技术它利用了物 理学、电子学和信息论的方法．分析噪声的原因和规律．研究信号的特 征及相关性．采用必要的手段和方法将淹没在噪声中有用的微弱信号检 测出来。目前，微弱信号检测技术和仪器的不断进步，已经在很多科学 和技术领域中得到广泛的应用，未来科学研究不仅对微弱信号检测技 术提出更高的要求，同时新的科学技术发展反过来促进了微弱信号检 测新原理和新方法的诞生。 一、实验原理 目前微弱信号的检测主要有以下四种方法：1、相干检测 2、重复信号的时域平均 3、离散信号的统计处理 4、计算机处理方法。 锁定放大器是以相干检测技术为基础，其核心部分是相关器，基本原理框图如图1所示。锁定放大器的主要由三部分组成：信号通道、参考通道和相关器。
（一）信号通道 信号通道是相关器前的一部分，由低噪声前置放大器，各种功能的有源滤波器，主放大器等部分组成。其作用是把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器的动态范围。 信号通道要求具有低噪声和高增益的性能。为了得到最佳噪声性能，必须使前置放大器工作在最佳信号源内阻条件下。此外前置放大器也具备有足够的放大倍数强的共模抑制能力，较大的动态范围等特点。 （二）参考通道 参考信号是和被测信号同时输入到乘法器中的一个不可缺少的信号。其作用是产生与被测信号同步的参考信号输给相关器。通常锁定放大器的参考通道输出是和信号同步的对称方波，用以驱动相关器的场效应管开关。参考通道主要是由触发电路、相移电路、方波形成电路和驱动级等几部分组成。 触发电路能把各种波形的参考信号变成一定波形的同步脉冲，去触发下一级电路。触发电路要求有很大的触发电平范围和很宽的工作频率范围。 相移电路是参考通道的主要部件，它的功能是改变参考通道输出方波的相位，要求在360°内可调。 方波形成电路的作用是把相移器送来的波形变成同步的占空比严格为11的方波。 驱动级是把方波变成一对相位相反的方波，用以驱动相关器中场效应管开关。 （三）相关器
张掖市学校实验室及实验教学档案管理表格说明
实验室资料档案目录
实验教学进度表
实验通知单 任课教师（签名）领出日期月日 实验员（签名）归还日期月日 注：1.任课教师填写演示实验提前三天，学生分组实验提前一周通知实验室准备。 2.本单位注销由实验室存入档案。 3.实验分类按教学活动分类方法是指演示实验；学生分组实验，边讲边实验。 实验通知单 任课教师（签名）领出日期月日 实验员（签名）归还日期月日 注：1.任课教师填写演示实验提前三天，学生分组实验提前一周通知实验室准备。 2.本单位注销由实验室存入档案。 3.实验分类按教学活动分类方法是指演示实验；学生分组实验，边讲边实验。 实验通知单 任课教师（签名）领出日期月日 实验员（签名）归还日期月日 注：1.任课教师填写演示实验提前三天，学生分组实验提前一周通知实验室准备。 2.本单位注销由实验室存入档案。 3.实验分类按教学活动分类方法是指演示实验；学生分组实验，边讲边实验。
实验教学原始记录表 任课教师（签名）实验员（签名） 注：1、本表填写送交实验室存入资料档案。2、根据不同班级实验情况认真填写记录。 实验教学原始记录表 任课教师（签名）实验员（签名） 注：1、本表填写送交实验室存入资料档案。2、根据不同班级实验情况认真填写记录。
实验事故报告单 领导（签名）任课教师（签名）实验员（签名） 注：由任课教师和实验员将事故经过原因落实后认真填写存入实验室档案中备查。 实验事故报告单 领导（签名）任课教师（签名）实验员（签名） 注：由任课教师和实验员将事故经过原因落实后认真填写存入实验室档案中备查。
实验教师：年月日 注：根据不同班级每节实验课的实验情况认真填写记录；学生代表意见栏由不同实验小组轮流发表意见和签名；教务处常规检查栏用于学校教务处实验教学常规月查，由常规检查负责人先下到班级询问签名学生，确认如实开出情况再签意见盖常规检查公章。
实验教师：年月日 注：根据不同班级每节实验课的实验情况认真填写记录；学生代表意见栏由不同实验小组轮流发表意见和签名；教务处常规检查栏用于学校教务处实验教学常规月查，由常规检查负责人先下到班级询问签名学生，确认如实开出情况再签意见盖常规检查公章。
实验教师：年月日 注：根据不同班级每节实验课的实验情况认真填写记录；学生代表意见栏由不同实验小组轮流发表意见和签名；教务处常规检查栏用于学校教务处实验教学常规月查，由常规检查负责人先下到班级询问签名学生，确认如实开出情况再签意见盖常规检查公章。
实验教师：年月日 注：根据不同班级每节实验课的实验情况认真填写记录；学生代表意见栏由不同实验小组轮流发表意见和签名；教务处常规检查栏用于学校教务处实验教学常规月查，由常规检查负责人先下到班级询问签名学生，确认如实开出情况再签意见盖常规检查公章。
实验教师：年月日 注：根据不同班级每节实验课的实验情况认真填写记录；学生代表意见栏由不同实验小组轮流发表意见和签名；教务处常规检查栏用于学校教务处实验教学常规月查，由常规检查负责人先下到班级询问签名学生，确认如实开出情况再签意见盖常规检查公章。
实验教师：年月日 注：根据不同班级每节实验课的实验情况认真填写记录；学生代表意见栏由不同实验小组轮流发表意见和签名；教务处常规检查栏用于学校教务处实验教学常规月查，由常规检查负责人先下到班级询问签名学生，确认如实开出情况再签意见盖常规检查公章。
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验（2） 实验项目名称：锁相放大实验 学院：物理科学与技术学院 专业：应用物理学 指导教师： 报告人：学号：班级：01 实验时间： 实验报告提交时间： 教务部制
一．实验目的 （1）了解相关检测原理和锁相放大器的基本组成以及锁相放大器的工作特性和主要参数测定；提高相关检测技术 水平。 （2）掌握锁相放大器的正确使用和锁相放大器的应用。 （3）了解微弱信号测量系统的参数设计要点与系统组成，搭建相关检测系统，分析测量数据，判定系统参数。提高误差分析与分配能力。 二．实验原理 检测微弱信号的核心问题是对噪声的处理，最简单、最常用的办法是采用选频放大技术，使放大器的中心频率f 0与待测信号频率相同，从而对噪声进行抑制，但此法存在中心频度不稳、带宽不能太窄及对等测信号缺点。后来发展了锁相放大技术。它利用等测信号和参与信号的相互关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效的抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。 1.锁相放大器的工作原理 （1）相关检测及相关检测器。所谓相关，是指两个函数不相关（彼此独立）；如果它们的乘积对时间求平均（积分）为零，刚表明这两个函数的关系又可分为自相关和互相关两种。由于互相关检测抗干扰能力强，因此在微弱信号检测中大都采用互相关检测原理。 如果f1(t)和f2(t-τ)为两个功率有限信号，刚可定义它们的互相关函数为： 令f1(t)=V1(t)+n1(t)，f2(t)=V1(t)+n2(t)，其中n1(t)和n2(t)分别代表与待测信号V1(t)及参考信号V2(t)混在一起的噪声，则式（3.1.1）可写成： 式中Rsr(τ)，Rr2(τ)，Rr1(τ)，R12(τ)分别是两信号之间，信号对噪声及噪声之间的函数。由于噪声的频率和相位都是随机量，他们的偶尔出现可用长时间积分使它不影响信号的输出。所以，可认为信号和噪声、噪声和噪声之间是互相独立的，他们的互相关函数为零。于是式（3.1.2）可写成： dt t V t V T R R r S T T T sr )()(21 lim ττ-=≈? -∞ →）（ （3.1.3） 上式表明，对两个混有噪声的功率有限信号进行相乘和积分处理（即相关检测）后，可将信号从噪声中检出，噪声被抑制，不影响输出。根据此原理设计的相关检测器见图（3.1.1）所示。它是锁相放大器的心脏。
锁相放大器实验报告BY陈群 浙江师范大学实验报告实验名称锁相放大实验班级物理071 姓名陈群学号 07180116 同组人刘懿钧实验日期 09/12/1 室温气温锁相放大实验 摘要: 锁相放大器(Lock-in amplifier，LIA)自问世以来，在微弱信号检测方面显示 出优秀的性能，它能够在较强的噪声中提取信号，使测量精度大大提高,在科学 研究的各个领域得到了广泛的应用。它利用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效地抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。 因此，学生掌握锁相放大技术的原理与应用具有重要的意义。关键词: 锁相放大器微弱信号 PSD信号 引言: 在进展一日千里的现代科技领域中，精密量测技术的发展对于近代工业有关键 性的影响。当我们研究的系统日趋庞大，交互作用复杂，但所欲了解的现象却越来越精细时，如何在一大堆讯号中获得我们真正想要的信息便成为一个重要的课题。一般的线性放大器可以将微弱的电子讯号放大，但若我们所要的信号中伴随着噪声信号，则两者都会一起放大，亦即此伴随的噪声无法滤除。尤其当噪声强度远大于所要的信号时，即必须藉助特殊的放大器以同时放大讯号并滤去噪声。锁相放大器是一种能测量极微弱的连续周期性信号的仪器。这些微弱信号可以小至数奈伏特(nV)，甚至隐藏在大它数千倍的噪声当中，亦能精确的测得。连续周期性信号与噪声不同之处，在于前者具有固定的频率及相位，
后者则杂乱无章。锁相放大器便是利用所谓”相位灵敏侦测(phase-sensitive detection，PSD)” 的技术以取得具有特定频率与相位的信号，而不同于此频率 的噪声则被抑制下来，使输出讯号不受噪声影响。 实验方案: 实验原理 锁相放大器的基本结构如图所示，包括信号通道、参考通道、相敏检测器(PSD)和低通滤波器(LPF)等。 信号通道对调制正弦信号输入进行交流放大，将微弱信号放大到足以推动相敏检测器工作的平台，并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敏检测的动态范围。 参考通道对参考输入进行放大和衰减，以适应相敏检测器对幅度的要求。参考通道的另一个重要功能是对参考输入进行移相处理，以使各种不同的相移信号的检测结果达到最佳。 锁相放大器的核心部件是PSD，它以参考信号r(t)为基准，对有用信号x(t)进行相敏检测，从而实现频谱迁移过程。将x(t)的频谱由ω=ω0处，再经LPF滤除噪声，输出直流信号，其幅度与两路输入信号幅度及它们的相位有关。其输出 u0(t)对x(t)的幅度和相位都敏感，这样就达到了既鉴幅又鉴相的目的。因为LPF 的频带可以做得很窄，所以可使锁相放大器达到较大的SNIR。下图为不同相位时 相敏检测器的输出波形
（实验报告） 锁相放大 【摘要】 随着科学技术的发展，需要测量许多物理量的微小变化。其中锁相放大器是目前最常见的仪器，适用于对淹没在噪声背景中的正弦波或方波信号的检测。通过对本实验的演练以及相关知识的了解，了解相关检测原理、锁相放大器(LOOK-IN)的基本组成，掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。 【关键词】 弱信号检测、相关器、锁相放大、互相关函数、抗干扰 【引言】 随着科学技术和生产的发展，在很多时候我们需要测量许多物理量的微小变化。特别是极端条件下的微弱信号的测量，是深化认识自然、开拓新材料、创造新器件的基础。对上述微小变化的测量，通常我们可以用传感器将其转化为相应的电信号，然后对这些电信号进行发达，然后进行检测。但是这些微小的变化通过传感器转换成的电信号十分微弱，而且各种条件下的噪声和干扰很可能将这些微弱信号淹没，因此单纯的使用放大器将其放大，并不能将这些信号正确地检测出来，因为一般放大器会将信号与噪声一起放大，被测信号因被噪声覆盖而使放大失去了意义。因此去掉上述信号中的噪声与干扰成为了解决弱信号测量问题的关键。一般，去除噪声和干扰有同步积累、相关接受等方法。 【正文】 锁相放大器的基本原理是相关接收原理，由互相关函数 1()lim ()()2T T T R xy x t y t dt T ττ-→∞ =-? 知道，若x(t)，y(t)互相没有关系，互相关函数将 是一个常数，等于两个随机函数的平均值的积，由于电噪声函数一般符合高斯正态分布，其平均值为零，因此我们认为信号和噪声的互相关函数为零。令 1()()()s x t V t n t =+ 2()()() r y t V t n t =+ 其中 1() n t 和 2() n t 分别代表了待测信号 () s V t 及参考信号() r V t 混在一起的噪声，则 211221121()lim ()()()()()()()()2()()()() T xy s r s r T T sr s r R V t V t V t n t V t n t n t n t dt T R R R R τττττττττ-→∞ =-+-+-+-=+++? 其中， () sr R τ， 2() s R τ， 1() r R τ， 12() R τ分别是两信号之间，信号与噪声，噪声与
锁相放大器实验报告【摘要】?随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。微弱 信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的方法，将微弱信号从噪声中提取出来。本实验通过测量锁相放大器的工作参数和特性，掌握相关检测原理以及锁相放大器的正确使用方法。【关键词】锁相放大器；微弱信号放大；PSD输出波形；谐波响应一实验原理 1.1 噪声 在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱的信号。这类信号检测的最终极限将取决于测量设备的噪声，这里所说的噪声是指干扰被测信号的随机涨落的电压或电流。噪声的来源非常广泛复杂，有的来自测量时的周围环境，如50Hz市电的干扰，空间的各种电磁波，有的存在于测量仪器内部。在电子设备中主要有三类噪声：热噪声、散粒噪声和1／f噪声，这些噪声都是由元器件内部电子运动的涨落现象引起的。从理论上讲涨落现象永远存在，因此只能设法减少这些噪声，而不能完全消除。 1.2 相干检测及相敏检波器 微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。相关反映了两个函数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。相关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。设信号f1(t)为被检信号V s(t)和噪声V n(t)的叠加，f2(t)为与被检信号同步的参考信号V r(t)，二者的相关函数为： 由于噪声V n(?)和参考信号V r(?)不相关，故R nr(?)=0，所以 R12(?)=R sr(?)。锁相放大器通过直接实现计算相关函数来实现从噪声中检测到被淹没信号。 锁相放大器的核心部分是相敏检波器(phase—sensitive detector,简称PSD)，也有称它为混频器(mixer)的，它实际上是一个乘法器。加在信号输入端的信号经滤波器和调谐放大器后加到PSD 的一个输入端。在参考输入端加一个与被测信号频率相同的正弦（或方波）信号，经触发整形和移相变成方波信号，加到PSD的另一个输入端。
实验教学原始记录表 学科：生物班级：7 实验分类：调查 实验名称调查校园、公园或农田的生物种类实验时间8.29 实有人数85 缺课人数0 实验开出组 数 42 使用仪器 材料（规 格、数量） 调查表，笔，望远镜，放大镜，照相机等 实验进行 情况 学生分组，由组长带领，设计调查路线，边调查边记录 实验完成 情况 学生设计调查表，以小组为单位，认真调查，及时整理 实验的效 果及成败 实验效果很好 本实验的 改进意见 无 仪器使用 情况 仪器没有损坏
实验教学原始记录表 学科：生物班级：7 实验分类：探究 实验名称非生物因素对某种动物的影响实验时间9.2 实有人数85 缺课人数0 实验开出组 数 42 使用仪器 材料（规 格、数量） 42只鼠妇，湿土，铁盘（或塑料盘、纸盒），纸板，玻璃板 实验进行 情况 按实验计划，学生分组，实施计划。 实验完成 情况 得出结论，小组内交流，总结实验现象 实验的效 果及成败 效果不好，学生说话声音大，影响鼠妇的活动 本实验的 改进意见 用金鱼在不同温度下的呼吸频做实验 仪器使用 情况 仪器没有损坏
实验教学原始记录表 学科：生物班级：7 实验分类：实验 实验名称练习使用显微镜实验时间9.18 实有人数85 缺课人数0 实验开出组 数 42 使用仪器材料（规格、数量）光学显微镜，写有“上”字的玻片，动物或植物玻片标本，擦镜纸，纱布 实验进行 情况 教师边讲解边操作，学生分组练习 实验完成 情况 学生能顺利完成实验 实验的效 果及成败 实验很成功 本实验的 改进意见 无 仪器使用 情况 学生实验时弄碎“e”字玻片
实验教学原始记录表 学科：生物班级：7 实验分类：实验 实验名称制作并观察植物细胞临时装片实验时间9.22 实有人数85 缺课人数0 实验开出组 数 42 使用仪器材料（规格、数量）洋葱鳞片叶，新鲜的黄瓜，苦草或黑藻，清水，碘液，镊子，刀片，滴管，纱布，吸水纸，载玻片，盖玻片，显微镜 实验进行 情况 教师边讲解边操作，把重要的步骤详细讲解，学生分组实验 实验完成 情况 学生能认真完成实验，操作步骤基本符合要求 实验的效 果及成败 效果很明显，图片很清晰 本实验的 改进意见 无 仪器使用 情况 仪器没有损坏
演示实验教学设计题目. 姓名××× （学号：×××，邮箱：××××，电话：××××）【教学设计思路】 主要说明本实验在教材中的地位、作用，学习本实验的意义，课程标准的要求和学生已有的知识基础分析，心理特征分析及能力分析， 【教学目标】 1.知识与技能：×××××× 2.过程与方法：××××× 3.情感、态度与价值观：××××× 【重点与难点】 重点：×××× 难点：×××× 【教学方法】 ××××× 【教学过程】 【板书设计】 ×××× 【教学设计特色】 ×××× 【情境素材】
××××× 【参考文献】 [1] ×××× 参考样例 原电池 ××× （学号：×××，邮箱：××××，电话：××××） 一、教学设计思路： 1.本选题在教材中的地位、作用 本节内容为高中化学新课程(人教版)选修4的第四章电化学的重要内容之一。学生在必修2中，对该内容已有一定的了解，已经知道了化学能与其他形式的能量可以相互转换，而且严格地遵循这能量守恒定律。本节是该内容的加深，主要是增加了盐桥及其作用等知识。而且氧化还原反应释放的能量，是化学第能源的能量来源，所以本节知识也复习了必修2中氧化还原的部分知识。本节内容在选修四《化学反应原理》一书中出现，既是对之前必修2中原电池等知识的复习，也是对学习下面电化学中其他知识的准备；所以第四章第一节起到了巩固基础、加深学习的作用，也是承上启下的一节知识。在学习这节知识的时候，必须与之前相结合，又要创新思路。学习本节知识之前，学生对原电池的认识还很少，教材对原电池做了进一步展示，无论是原电池的优缺点还是地位、价值，对于学生来说都有一定的学习意义。 在高中化学课程标准中，原电池是电化学知识中的基础，也是电化学中的重点。在化学能与电能之间的相互转换中，也是重要的一个环节，更是化学反应与能量的重要体现。 2.学情分析： 这一节内容是以必修2第二章第二节《化学能与电能》为基础，是对必修2基础的加深和提高——加深的是学生对原电池工作原理、原电池的形成条件的认识等，提高的是学生对原电池本质条件(氧化还原反应)、实用性开发等方面的认知发展。 在化学必修2中，学生已经学习了原电池的相关知识，如锌铜(稀硫酸)原电池的工作原理，简单原电池的形成条件。但在理解原电池本质条件(氧化还原反应)、锌铜(稀硫酸)原电池作为化学电源开发的缺点等方面还有不足。所以本节教学的重点应该放在引导学生分析现象产生的原因，学生在加深理解原电池原理的基础之上，体会必修2中单液原电池的缺点，并根据实际需要，能设计出较为科学的原电池模型(双液或盐桥原电池)，学生体会盐桥的设置不仅仅是一个普通的实验技术的改进，而是对旧的思维模式的一个质的突破，在有盐桥的原电池这种特定装置中氧化剂、还原剂近乎完全隔离却能实现电子的定向转移，其优点是能持续、稳定产生电流，这也为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。
河北省中小学实验室及实验教学档案管理表格 一、实验室管理表格说明
二、实验室管理工作程序 三、实验室管理表格 表一实验室工作大事记 表二实验室资料档案目录
表三教学仪器说明书索引 注：存入实验档案 表四实验室业务人员统计表年月日 注：存入实验室档案 表五实验教学进度表 学科班级任课教师 注：实验所需特殊仪器和材料在备注栏目内说明以便实验室准备存入档案表六实验通知单 学科高（初）中班级实验日期年月日 任课教师（签名）领出日期月日 实验员（签名）归还日期月日 注：1、任课教师填写演示实验提前三天，学生分组实验提前一周通知实验室准备。2、本单位注销由实验室存入档案。 3、实验分类按教学活动分类方法是指演示实验；学生分组实验，边讲边实验。
表七实验教学原始记录表 任课教师（签名）实验员（签名） 注：1、本表填写送交实验室存入资料档案。2、根据不同班级实验情况认真填写记录。表八实验事故报告单 填写日期 领导（签名）任课教师（签名）实验员（签名） 注：由任课教师和实验员将事故经过原因落实后认真填写存入实验室档案中备查。
表九中学理科实验课开出率统计表 实验室负责人（签字）： 实验完成情况综合分析 1、分析实验完成开出率：物理 %；化学 %；生物 %。 2、分析选做实验总计。 3、分科未完成实验的个数及原因说明。 ⑴物理实验个；化学实验个；生物实验个。⑵未完成实验的原因（可另附） 4、分科实验课应开出实验个数，各学校根据所用教材内容统计总数为准。 5、学期终了统计后存入档案。 主管领导（签名）教务主任（签字）实验室负责人（签名）实验员（签名） 表十一教学仪器验收单 到货日期：检验日期： 实验室负责人（签名）验收人（签名） 注：存入资料档案
锁相放大器 物理112班 朱佳亮 11180249 【摘要】 锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的方法，将微弱信号从噪声中提取出来。本实验通过测量锁相放大器的工作参数和特性，掌握相关检测原理以及锁相放大器的正确使用方法。 【关键词】锁相放大器；微弱信号放大；PSD 输出波形；谐波响应 一引言 随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。 二、实验原理 1、噪声 在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱的信号。这类信号检测的最终极限将取决于测量设备的噪声，这里所说的噪声是指干扰被测信号的随机涨落的电压或电流。噪声的来源非常广泛复杂，有的来自测量时的周围环境，如50Hz 市电的干扰，空间的各种电磁波，有的存在于测量仪器内部。在电子设备中主要有三类噪声：热噪声、散粒噪声和1／f 噪声，这些噪声都是由元器件内部电子运动的涨落现象引起的。从理论上讲涨落现象永远存在，因此只能设法减少这些噪声，而不能完全消除。 2、相干检测及相敏检波器 微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。相关反映了两个函数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。相关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。设信号f 1(t )为被检信号V s (t )和噪声V n (t )的叠加，f 2(t )为与被检信号同步的参考信号V r (t )，二者的相关函数为： ()()()()[]()()() d )(21lim d 21lim nr sr r n s 2112 τττττR R t t V t V t V T t t f t f T R T T T T T T +=-?+=-?=??-∞→-∞→ 由于噪声V n (τ)和参考信号V r (τ)不相关，故R nr (τ)=0，所以R 12(τ)=R sr (τ)。锁相放大器 通过直接实现计算相关函数来实现从噪声中检测到被淹没信号。 锁相放大器的核心部分是相敏检波器(phase —sensitive detector,简称PSD)，也有称它为混频器(mixer)的，它实际上是一个乘法器。加在信号输入端的信号经滤波器和调
数据处理 在无噪声的条件小下测得的数据如下 Te Vi/mV 50.5 56.1 64.0 72.6 79.3 0.1s Vo1/V 5.08 5.68 6.31 7.19 7.88 1s Vo2/V 5.12 5.73 6.29 7.18 7.10 10s Vo3/V 5.01 5.65 6.32 7.10 7.61 根据表格得到如下曲线，其中横坐标为输入电压mv,纵坐标为输出电压V,转换成同一单位后，斜率就为放大倍数. 由上图可知，Vo1斜率为0.0730，即在0.1秒的时候，放大倍数为73.倍Vo2斜率为为0.0959，即在1s的时候，放大倍数为95.9.倍Vo3斜率为0.0895，即放大倍数为89.5倍。以上方法倍数在不考虑误差的情况下，可以近似的看做相等。综合可以得出在噪声为零的的条件下，放大倍数大约为86.5倍。 在噪声大小为149mv的条件下测得的数据如下 Te Vi/mV 58.2 75.9 85.6 92.4 99.4 0.1s Vo1/V 5.92 7.67 8.38 9.32 10.02 1s Vo2/V 5.78 7.59 8.29 9.30 9.97 10s Vo3/V 5.77 7.58 8.57 9.25 9.69 根据表格得到如下曲线，其中横坐标为输入电压mv,纵坐标为输出电压V,转换成同一单位后，斜率就为放大倍数. 由上图可知，Vo1斜率为0.0987，即在1秒的时候，放大倍数为98.7倍。Vo2斜率为为0.1012，即在1s的时候，放大倍数为100.2倍。Vo3斜率为0.0972，即放大倍数为92.7倍。以上方法倍数在不考虑误差的情况下，综合可以得出在噪声为149mv的的条件下，放大倍数大约为99.8倍。
锁相放大实验 物理082班 08180202 陈蓓蓓 摘要 在做这个实验的时候我们不仅要了解什么事锁相放大器，更要利用锁相放大器观测信号输入信号通道前后的幅值、波形情况，观测参考通道前后信号的变化情况，观测锁相放大器输入输出波，并通过调节参考通道相移器来改变两信号间的相差的同时，观测锁相放大器输出信号幅值及波形变化，从中得出相关检波原理。 关键词 锁相放大器、信号 引言 随着科学技术和生产的发展，需要测量许多物理量的微小变化。特别是极端条件下的微弱信号的测量，成为我们可以深化认识自然、开拓新材料、创造新器件的基础。通常我们用传感器将其转化为相应的电信号，然后对这些电信号进行放大，再被我们显示和记录。但是，这些微小的变化被转化的过程中，各种条件下的噪声和干扰信号很可能将这些微弱信号淹没。所以在本实验中我们使用锁相放大器来测量淹没在噪声背景中的正弦波或方波信号。 正文 首先，我们需要清楚为什么锁相放大器能有很强的抗噪声能力呢？ 锁相放大器不容易受到噪声影响的原因，是因为很好地利用了噪声（白噪声）与目的信号（正弦波）之间在性质上的差别。在这里，我们一方面整理白噪声的性质和正弦波的性质，一方面解说为什么锁相放大器会具有很强的噪声抑制能力。噪声的性质 1、平坦的频谱 在宽阔的频率范围内，该信号具有几乎相同的频谱。信号的瞬时电平成为预测不到的随机的值。 2随着频带宽度不同测量电压会改变 在用毫伏计测量白噪声时，得到的测量值和白噪声所具有的频谱带宽（BandWidth: B.W.）的平方根以及电平成比例。测量得到的电压值，与下图中的浅蓝色部分的面积成比例。
即使对于同样的噪声，如果用带通滤波器（BPF）来限制所通过的频带，那么测量所得的电压值就会不同。 把测量所得的噪声电压（Vrms），除以频带宽度的平方根，就得到用表示噪声大小的单位、也即称作噪声电压密度（V/√Hz）来衡量的值。频道宽度如果缩小到1/100，那么测量所得的噪声电压就缩小到1/10。 正弦波的性质 1频谱非常集中 1kHz正弦波信号的频谱，只存在于1kHz的位置，其他地方的频谱的电平都为零。
检测微弱信号的核心问题是对噪声的处理，最简单、最常用的办法是采用选频放大技术，使放大器的中心频率f 0与待测信号频率相同，从而对噪声进行抑制，但此法存在中心频度不稳、带宽不能太窄及对等测信号缺点。后来发展了锁相放大技术。它利用等测信号和参与信号的相互关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效的抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。目前，锁相放大技术已广泛地用于物理、化学、生物、电讯、医学等领域。因此，培养学生掌握这种技术的原理和应用，具有重要的现实意义。 1.锁相放大器的工作原理 1.相关检测及相关检测器。所谓相关，是指两个函数不相关（彼此独立）； 如果它们的乘积对时间求平均（积分）为零，刚表明这两个函数的关系又可分为自相关和互相关两种。由于互相关检测抗干扰能力强，因此在微弱信号检测中大都采用互相关检测原理。 如果f1(t)和f2(t-τ)为两个功率有限信号，刚可定义它们的互相关函数为 (3.1.1) 令f1(t)=V1(t)+n1(t)，f2(t)=V1(t)+n2(t)，其中n1(t)和n2(t)分别代表与待测信号V1(t)及参考信号V2(t)混在一起的噪声，则式（3.1.1）可写成 （3.1.2） 式中Rsr(τ)，Rr2(τ)，Rr1(τ)，R12(τ)分别是两信号之间，信号对噪声及噪声之间的函数。由于噪声的频率和相位都是随机量，他们的偶尔出现可用长时间积分使它不影响信号的输出。所以，可认为信号和噪声、噪声和噪声之间是互相独立的，他们的互相关函数为零。于是式（3.1.2）可写成 （3.1.3） 上式表明，对两个混有噪声的功率有限信号进行相乘和积分处理（即相关检测）后，可将信号从噪声中检出，噪声被抑制，不影响输出。根据此原理设计的相关检测器见图（3.1.1）所示。它是锁相放大器的心脏。
《锁相技术》课程结业论文 题目：一阶PLL实现FM解调器 院系名称：信息科学与工程学院 专业班级：电子信息工程12级03班 学生姓名：刘海峰 学号： 0307 授课教师：朱春华 2015 年 7 月 8 日
目录 1.引言 (4) .课题目的和意义 (4) .课题研究内容 (4) 2.一阶PLL实现FM解调器工作原理 (4) .锁相环简介 (5) 实现FM解调器工作原理概述 (5) .锁相环FM鉴频器原理 (5) 3 .Systemview实验电路图 (6) .各元器件参数 (6) .仿真结果 (6) 4.结论 (7) 5.参考文献 (8)
1引言 课题目的和意义 大三下学期的锁相环课程设计，巩固了我们对课堂知识的理解，加深了我们对通信系统的认识，同时提高了我们分析问题、交流问题、动手查阅资料，交流合作等多方面的实践能力，让我们对本专业的学习有了深层次的认知，更重要的是让我们学习到SYSTEMVIEW软件，对我们今后的工作或者研究生的学习都大有裨益，真诚感谢老师这么多天认真的授课！ 课题研究内容 1.观察锁相环的输入和输出信号(VCO输入信号)频谱，调整环路参数。 2.观察环路增益变化时VCO输入信号即解调信号的频谱，推测其对环 路的影响。 2. 一阶PLL实现FM解调器工作原理 锁相环简介 锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 实现FM解调器工作原理概述 根据FM信号的性质，其瞬时角频率可表示为