一種基于開關(guān)電容技術(shù)的鎖定放大器設(shè)計(jì)

利用開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)相關(guān)算法的電路如圖5所示。開關(guān)控制信號(hào)由信號(hào)源輸出的方波信號(hào)提供，用CD4052兩片模擬開關(guān)來控制開關(guān)電容和積分電容充放電，A2是第一級(jí)BPF電路，U0接入后續(xù)電路。

3 數(shù)據(jù)分析
測(cè)量用的微弱信號(hào)通過電阻分壓獲得。在電路調(diào)試中選擇電容C1、C2的值均為0．1 μF，開關(guān)控制信號(hào)的頻率為1 kHz，輸入的電流為微安級(jí)，電路的輸入輸出關(guān)系如圖6所示。圖6(a)表示直流測(cè)量數(shù)據(jù)，圖6(b)表示交流測(cè)量數(shù)據(jù)(電容為O．1μF，控制信號(hào)和輸入信號(hào)的頻率均為1 kHz，控制信號(hào)是方波信號(hào)，輸入信號(hào)是正弦信號(hào))。

由圖6可知，電路的線性度較好，說明本方法是可行的。改變開關(guān)電容和積分電容的大小，會(huì)改變電路靈敏度的大小，但不會(huì)改變線性度和穩(wěn)定性。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在降低噪聲的同時(shí)，可以將微弱信號(hào)放大很多倍，并變成與其對(duì)應(yīng)的直流信號(hào)，便于采集和顯示。積分器輸出電壓不能太大，否則波形易失真，會(huì)引起測(cè)量誤差。為了便于后續(xù)處理，通過改變BPF的級(jí)數(shù)和放大倍數(shù)以增加整體電路的放大倍數(shù)，從而能夠測(cè)量更小的微弱信號(hào)。

4 結(jié)論
本文利用開關(guān)電容和積分器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了鎖定放大器的功能。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性度和穩(wěn)定性較好。不但可以降低噪聲，而且將微弱信號(hào)放大很多倍，并變成與其對(duì)應(yīng)的直流信號(hào)，以便采集和顯示。對(duì)于皮安級(jí)電流，采用本相關(guān)器，可以使輸出電壓達(dá)到微伏級(jí)，通過BPF后可以達(dá)到伏特級(jí)。