锁相放大器实验

实验的目的、意义和要求

  1. 理解锁相放大器的原理。
  2. 学会锁相放大器的基本使用。
  3. 利用锁相放大器完成微弱信号的测量。

实验原理简述

  • 哪些实验领域中需要检查微弱信号?为什么检测难度较大?
  • 常有哪些技术手段可以用于测量微弱信号?
  • 锁相放大的基本原理是什么?为什么需要参考信号?待测信号的幅值和相位怎么计算得到?

实验室可提供的主要器材

  • 锁相放大器:通用型双相数字锁相放大器OE1022型(中山大学)
    【注意】
    • 使用电压模式时,输入最大不能大于 1 Vrms(即有效值1V)。有效值U=U_{max}/sqrt{2}
    • 发生前级溢出【Overload: INPUT NONE】时,应立即减小输入幅值(如信号发生器的输出幅值)。输入端峰值高于1.7V或谷值低于-1.7V时会发生前级溢出。
    • 发生放大溢出【Overload: NONE GAIN】时,应立即调节灵敏度值。默认灵敏度值为100 mV。
    • 恢复默认状态:SAVE RECALL- Recall- Channel: Default- Execute: Yes
  • 锁相放大器教学实验箱
  • 示波器

实验内容

  1. 熟悉锁相放大器的基本使用。调节并了解灵敏度、时间常数、滤波器陡降、动态储备的意义。观察并记录R、θ、X、Y的波形及数值变化。
  2. 强噪声背景下检测弱信号实验
    • 产生不同信噪比的信号并进行测量。同时记录示波器上的波形和测量值,以方便比较。
      【注意】如果显示溢出“Overload”,应立即减小输入幅值(如果是前级溢出),或调节灵敏度值(如果是放大溢出)。
    • 如果对相同的信噪比信号,采用不同的时间常数、陡降,对输出信号有何影响?
  3. 微弱信号多谐波测量实验
    • 理想方波的傅里叶展开式是什么?谐波的有效值与峰峰值如何转换?
    • (选做)如果给定的不是方波,而是三角波,是否可测?
  4. 微小阻抗测量实验
    • 四线法的原理是什么?比普通两引线法有何优势?(Four-terminal sensing
    • 测量微小电阻的阻抗。注:需手动测量,没有已编好的测量程序LCR_TOP.vi,下同。
    • 测量微小电容的阻抗。
  5. 变容二极管结电容测量实验
    • 什么是势垒电容、扩散电容?在正向和反向偏置有何差别?
    • 测量结电容与偏置电压的关系。与理论公式是否相符?
      【注意】反偏电压变化范围为1 V- 7.9 V,不超过8 V。
  6. 电阻热噪声测量试验
    • 电阻热噪声的理论公式是什么?
    • 噪声应该如何计算?为什么需要测量一段时间,而不能直接读取R值?采样点数和采样间隔对数据有何影响?
    • 不同电阻的热噪声和理论值是否相符?

要求:1,2为必做内容。3,4,5中应至少完成1个。

  • exp/lock_in/start.txt
  • 最后更改: 2019/04/15 09:47
  • 由 shiyun