锁相放大实验预习

潘明良数理0920912400216 实验内容用锁相放大器测量结电容【实验目的】1.了解通过测量不同偏压下p-n结势垒电容求杂质分布的原理和方法2.学习使用锁相放大器【实验原理】1.p-n结的势垒电容在器件的使用温度范围内，p-n结的点穴性能由杂质决定。

即多子浓度与掺杂浓度相等而少子浓度比杂质浓度低得多。

因此，p区和n区交界处存在着空穴和电子的浓度梯度。

p区的空穴要想n区域扩散，放在p区剩下带负电的电离受主，形成一个带负电荷的区域。

同样，n区的电子要想p区扩散，在n区剩下带正电的电离施主，形成一个带正电荷的区域。

这样在p区和n区交界面两侧形成的带正负电荷的区域叫空间电荷区域。

CxVR图1 p-n 结的结电容给p-n 结加上反偏电压V R ，空间电荷区的宽度w 和空间电荷区域所带的空间电荷量Q 都会发生变化。

定义x RdQC dV =为p-n 结的结电容，这是个微分方程，它是p-n 结的势垒电容。

为了简单起见，下面我们只讨论突变结。

突变结p 区的杂质浓度为N A ，n 区的杂质浓度为N D ，p 区和n 区的交界处，杂质分布有一突变。

如果一边的杂质浓度比另一边大得多，则称之为单边突变结。

可以证明，单边突变结的结电容21/201[]2d x R DA q N C V V εε=+又由0xA w C εε=得到231122001()2[][]x x x D R Rd C C dC N A q dV A q dV εεεε--==2.结电容的测量方法在反向直流偏压V R 上叠加一个微小的交变电压信号，待测的p-n 结电容Cx 与一个固定电容Co 串联后接交流信号源v （t ）。

用锁相放大器检测Co 两端的电压v i ，当Co>>Cx 时，有1000111()[]()()x i x C v v t v t jwC jwC jwC C -=+≈ 上式表明，电容0C 上的交变电压i v 与待测的p-n 结电容x C 成正比。

锁相放大实验预习报告物理071冯才杰07180120摘要：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。

通过对本实验的预习及相关知识的了解，是我了解相关检测原理，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：锁相放大器噪声带宽信噪比引言：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：一、实验原理1、锁相放大器工作原理：锁相放大器的基本原理图如下：锁相放大器是采用相干技术制成的微弱信号检测仪器，其基本结构由信号通道、参考通道和相敏检波器（相关器）等三部分组成。

（1）相干检测及相敏检波器相关反映了两个函数由一定关系，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，微弱信号中一般采用抗干扰能力强的互相关检测。

设信号为被检信号和噪声的叠加，为与被检信号同步的参考信号，二者的相关函数为设加在PSD上的被测信号为，加在PSD上的方波参考信号幅度为1，若用傅立叶级数展开，则方波的表达式为，（n=0,1,2…）.于是PSD输出信号为（2－2－1）从上式可以看出，包括下列各频率分量：（2－2－2）……在正常工作情况下，参考信号的基波频率与被测信号的频率是相等的，即。

这时PSD的输出信号，中含有直流成分（2－2－3）经低通滤波器（low－pass filter，简称LPF）后，PSD输出信号中的交流成分被滤去，只有直流成分的输出，它的大小与输入信号和参考信号的相位差有关，当时，输出信号最大（2－2－4）同理，如果则相应的直流分量为。

锁相放大器【摘要】锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩旳措施，将微弱信号从噪声中提取出来。

本试验通过测量锁相放大器旳工作参数和特性，掌握有关检测原理以及锁相放大器旳对旳使用措施。

【关键词】锁相放大器、微弱信号放大一引言伴随科学技术旳发展，微弱信号旳检测越来越重要。

微弱信号检测是运用电子学、信息论、物理学和电子计算机旳综合技术。

它是在认识噪声与信号旳物理特性和有关性旳基础上，把被噪声沉没旳有用信号提取出来旳一门新兴技术学科。

锁相放大器就是检测沉没在噪声中微弱信号旳仪器。

它可用于测量交流信号旳幅度和位相，有极强旳克制干扰和噪声旳能力，极高旳敏捷度，可检测毫微伏量级旳微弱信号。

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旳诸多领域。

二、试验原理1、噪声在物理学旳许多测量中，常常碰到极微弱旳信号。

此类信号检测旳最终极限将取决于测量设备旳噪声，这里所说旳噪声是指干扰被测信号旳随机涨落旳电压或电流。

噪声旳来源非常广泛复杂，有旳来自测量时旳周围环境，如 50Hz 市电旳干扰，空间旳多种电磁波，有旳存在于测量仪器内部。

在电子设备中重要有三类噪声：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旳涨落现象引起旳。

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旳基础是被测信号在时间上具有前后有关性旳特点。

有关反应了两个函∞ 数有一定旳关系，假如两个函数旳乘积对时间旳积分不为零，则表明这两个函数有关。

有 关按概念分为自有关和互有关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强旳互有关检测。

设信号 f 1(t )为被检信号 V s (t )和噪声 V n (t )旳叠加，f 2(t )为与被检信号同步旳参照信号V r (t )，两者旳有关函数为：R (τ) = lim1Tf (t )⋅ f (t -τ)d t = lim1T[V (t )+ V (t )]⋅V (t -τ)d t12T →∞2T ⎰-T 12T →∞2T ⎰-Tsnr= R sr (τ)+ R nr (τ)由于噪声 V n (τ)和参照信号 V r (τ)不有关，故 R nr (τ)=0，因此 R 12(τ)=R sr (τ)。

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。

数字锁相放大器设计笔记现代主流锁相放大器设计一般分为三种：模拟锁相放大器，基于正交相关性的经典数字锁相放大器，和改进型数字锁相放大器。

这里只讨论数字型。

1 经典数字锁相放大器1.1 准备知识 1.1.1 互相关检测原理互相关检测的抗干扰性能优于自相关检测。

在待测信号频率一致的情况下，可借助与待测信号频率一致的无噪声干扰信号作为参考信号，与混有噪声的待测信号做互相关运算，提高信噪比。

设存在加性噪声的信号()()()x t s t n t =+()x t 作为待测信号输入乘法器，()y t 作为已知的参考信号经延时后与待测信号相乘、积分，得到互相关信息。

1()lim[()()]()()2Txy sy ny TT R x t y t dt R R Tττττ-→∞=-=+⎰因为只有有用信号与参考信号存在相关性，而噪声与草考信号不存在相关信息，因此()0ny R τ=，则得到()()xy sy R R ττ=，从而滤去噪声提出有用信号，提高信噪比。

1.1.2 相敏检波原理相敏检测一般使用混频器对输入信号进行频移，可以提取出输入信号与参考信号间的相位差，相敏检波原理框图如下所示：设待测输入信号为：()()()sin()()s s x t s t n t A t n t ωϕ=+=++式中()s t 为待测信号的有用信号，()n t 为噪声。

参考信号为：()sin()s y y t B t ωϕ'=+经过混频器后输出信号为：frequency-shift ()()()sin()sin()()sin()11cos[()()]cos[()()]22()sin()s s s y s y s s s y s s s y s y x t x t y t AB t t Bn t t AB t AB t Bn t t ωϕωϕωϕωωϕϕωωϕϕωϕ'''''==++++=-+--+++++g 经过低通滤波器后，则可以滤除高频分量为：1()cos[()()]{()sin()}2filter s s s y s y x t AB t LPF Bn t t ωωϕϕωϕ''=-+-++ 其实，由于()sin()s y Bn t t ωϕ'+在频域上相当于高斯噪声与冲激进行卷积，因此()sin()s y Bn t t ωϕ'+可以视为一个新的高斯噪声。

锁相放大器报告1. 引言锁相放大器（Lock-in Amplifier）是一种用于检测和放大微弱信号的仪器。

它的原理是利用参考信号与待测信号进行相位比较，并通过频率调制将待测信号转换成与参考信号频率相同的信号，从而实现信号的放大与解调。

锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，例如光学测量、电子学实验、磁学、生物医学等。

本报告将重点介绍锁相放大器的原理、应用以及仪器的使用方法。

2. 原理锁相放大器的核心原理是相位敏感放大技术，它通过与参考信号进行相位比较，实现对待测信号的放大与解调。

具体原理可以分为以下几个步骤：1.信号混频：将待测信号与参考信号进行混频，产生一个电压与参考信号频率相同的交流信号。

2.低通滤波：对混频后的信号进行低通滤波，滤除高频噪声部分。

3.相位移动：通过改变参考信号的相位，实现对待测信号相位的调整。

相位调整后，待测信号与参考信号之间的相位差将被最小化。

4.放大器：对调整后的信号进行放大，增加信号的幅度。

5.解调器：将放大后的信号与参考信号进行相乘，得到待测信号的幅度信息。

锁相放大器将以上步骤组合在一起，能够对微弱信号进行高增益放大和高精度解调，从而提高信号的检测灵敏度和测量精度。

3. 应用锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用场景。

3.1 光学测量在光学测量中，锁相放大器常用于检测光能量、相位差、频率等参数。

例如在光学干涉仪中，通过锁相放大器可以对光的干涉信号进行放大和解调，从而实现对干涉信号的精确测量。

3.2 电子学实验锁相放大器在电子学实验中也有着广泛的应用，可以用于检测微弱信号、分析信号的谐波成分等。

例如在电阻、电容和电感测量中，锁相放大器可以消除噪声的影响，提高测量的精度。

3.3 生物医学在生物医学领域，锁相放大器被广泛应用于生物信号检测和分析。

例如在心电图检测中，锁相放大器可以提取出心电信号的有效部分，并抑制背景噪声干扰，从而实现对心电信号的准确分析和诊断。

锁相放大实验报告锁相放大实验报告摘要本实验利用锁相放大器对微弱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，获得相位角与电压、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，通道，噪声带宽，信噪比正文锁相放大器己成为现代科学技术中必不可少的常备仪器。

国内72年南京大学首先从事这方面的研究工作，1974年研制成了第一台实验室样机，继后物理所等单位相继进行了这一方面的研究工作，1978年才有了工厂生产产品。

现在测量毫微伏量级的信号已是可能。

锁相放大器在涉及到微弱信号检测的各个领域都已得到了广泛的应用。

一、实验原理简析锁相放大器就是用来检测淹没在噪声中的微弱交流信号。

本质上，锁相放大器是一个具有任意窄带宽的滤波器，其频率调谐到信号的频率，排除掉大多数不需要的噪声而只允许被测量信号通过。

除了滤波，锁相放大器也能够提供增益，锁相放大器可以从噪声中提取比噪声小1000倍甚至10000倍的信号，锁相放大器的信噪改善比特别高它可用于测量交流信号的幅度和相位。

有极强的抑制干扰和噪声的能力，有极髙的灵敏度。

1.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。

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）（ltf和）（2 tf为两个功率有限的信号，则可定义其相关函数为：TTldttftfTR）（）（2/llim21）（由于噪声的频率和相位都是随机量，它的偶尔出现可用长时间积分使它不影响信号的输出。

因而可以认为信号和噪声，噪声和噪声之间是互相独立，相关函数为零，通过推导，则：YTrsdttvtTR）（）（2/1 lim）（由此可知，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。

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),其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”相位灵墩侦测(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、相敬检测器(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敬检测器工作的平台，并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敬检测的动态范圉。