早期的 LIA 是由模拟电路实现的，随着数字技术的发展，出现了模拟与数 字混合的 LIA，这种 LIA 只是在信号输入通道，参考信号通道和输出通道采用了 数字滤波器来抑制噪声，或者在模拟锁定放大器（简称 ALIA）的基础上多了一 些模数转换（ADC）、数模转换（DAC）和各种通用数字接口功能，可以实现 由计算机控制、监视和显示等辅助功能，但其核心相敏检波器(PSD)或解调器仍 是采用模拟电子技术实现的，本质上也是 ALIA。直到相敏检波器或解调器用数 字信号处理的方式实现后，就出现了数字锁定放大器（简称 DLIA），DLIA 比 ALIA 有许多突出的优点而倍受青睐，成为现在微弱信号检测研究的热点，但是 在一些特殊情况，ALIA 是 DLIA 不能替代的。

1.2 选题依据

随着社会和科学技术的迅速发展，人们常常发现一些有用的信号被各种噪声 掩盖，传统的处理方法是采用窄带滤波法,频带宽度越窄，越能降低噪声对有用 信号的影响。但是因为滤波器的不稳定性，频带不能太窄，所以这一方法并不能 满足更高的滤波要求。而锁定放大器很好的解决了这一问题。本文设计的锁定放 大器将由相敏检测器 PSD、参考信号电路、前置放大电路、滤波器等组成。与传 统方法相比，锁定放大器特别的地方在于参考信号电路和 PSD 这两部分。其中 参考信号电路的主要部件是相移电路，是用来改变参考信号的相位使它与被测信 号同步。当 PSD 接收到被测信号和参考信号时对其进行相关运算，得到与被测 信号振幅成比例的直流电压，而噪声成分变成交流被滤除，从而实现对微弱信号 的有效检测。锁定放大器广泛的应用于物理、化学、生物医学、通信等领域，为人们的生活和科学研究领域带来了很大的变化，极具研究意义。

1.3 本文设计任务与要求

微弱信号检测是社会和科学研究不断发展而兴起的一门学科，检测对象是不 能用常规和传统方法检测到的微弱量。从强噪声背景环境中检测微弱信号的方法 和设备已经是很多领域进行现代科学技术研究不可缺少的研究手段，在物理、化 学、医学等各种领域也得到广泛应用。目前，探索新的微弱信号的检测方法和研 制新的微弱信号的检测设备是国内外检测领域的一大热点。

本文首先对锁定放大器的背景及工作原理进行分析，再对各个部件进行研究 分析和设计，最后完成系统测试并得出结论。

锁定放大器主要是由信号通道、参考通道、相敏检波器和低通滤波组成。通 过对输入信号与同频参考信号进行互相关计算，滤除绝大部分噪声，再经过低通 滤波器输出直流信号，达到测量出待测信号的目的。本文设计将达到的要求是参 考通道输出是方波信号，信号频率是 100 HZ -10 KHZ ；360°显示被测信号与参 考信号的相位差；通过显示输出信号与输入的待测信号判断锁定放大器抑制噪声 的能力；被测信号电压范围是 1 v --100 mv 等功能。论文网

2. 锁定放大器的工作原理

锁定放大器自问世以来，在位弱信号检测方面显示出优秀的性能，在科学研 究的各个领域得到广泛的应用。

锁定放大器抑制噪声从 3 个基本点出发：

（1）用调制器将直流或慢变信号的频谱迁移至调制频率0 处，再进行放大， 以避开1  f 噪声的不利影响。

（2）利用相敏检波器实现调制信号的解调过程，可以同时利用频率0 和相 角θ进行检测，噪声与信号同频又同相的概率很低。

（3）利用低通滤波器而不是带通滤波器来抑制噪声。低通滤波器的频带可 以做的很窄，而且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也远远的优于带通滤 波器。