2014年TI杯大学生电子设计竞赛题C题锁定放大器的设计
设计报告
f摘要
本作品基于锁定放大器设计由前级放大模块带通滤波器模块相敏检波模块触发整形模块和单片机显示模块组成具有微弱信号锁定放大功能。在前级放大电路中信号发生器经过分压网络得到交流放大器的信号来源。信号通过带通滤波器加上参考通道得到的方波一起输入到相敏检波电路得到整流波形经过低通滤波器得到变化极其缓慢的直流信号经过单片机显示。
本作品进行合理的级联和阻抗匹配加入单片机设计的示波器显示从而得到一个完整的锁定放大器系统。而且综合应用了电容去耦、滤波、旁路电容等抗干扰措施以减少放大器的噪声干扰。
关键词分压网络交流放大器相敏检波触发整形示波器
f一、总体方案设计
11系统总体方案
根据题目要求如图1要求系统分为三大部分第一部分信号通道实现对信号的放大去噪。第二部分为参考通道通过移相器和比较器得到方波。第三部分为检波电路得到信号幅值并显示。
图1锁定放大器基本组成结构框图
图2系统方案框图
f本方案系统总体框图如图2所示系统由加法器、衰减器、前置放大电路、带通滤波器、同相电路、反相电路、移相器、开关电路和低通滤波器构成其中由同相放大电路构成的加法器将噪声信号加到待测信号中使得信号湮灭在噪声中然后经过衰减器衰减100倍以上送到由放大电路、带通滤波、同相、反相、移相、比较和低通滤波器构成微信号检测电路中。本系统以相敏检波器为核心将参考信号经过移相电路和比较器输出方波驱动开关管乘法器输出直流信号然后通过单片机AD转换最后在液晶上显示出来。
12系统方案设计论证
121微信号放大设计
本题目要求采用锁相放大器检测小信号噪声强、信号弱是锁相放大器的工作情况对此我们要采用低噪声的精密放大运算放大器OPA2376。
前段放大电路需要有足够的放大倍数来保证信号的采集。对此本方案采用了放大60dBde的设计以期达到设计需求。
122移相网络设计
本题移相网络有全通滤波器模拟移相电路和数字步进移相两种方法可以选择。一阶全通滤波器的移相范围接近180度所以通过设计两级滤波则可使移相范围达到360度。数字移相由于单片机基础薄弱而且单片机具有天生的相位误差存在所以选择模拟移相电路方案。
123相敏检波设计
锁相放大器对于噪声的抑制能力低通滤波器LPF的截止频率来确定的。例如在测量10kHz的信号时如果使用1mHz的低通滤波器LPF那么就等效于在使用10kHz±1mHz的带通滤波器时的噪声抑制能力。如同前面所解说的r