[其他]一種高靈敏度選頻放大器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85102654
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN85102654A
• 公開（公告）日: 1986-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐洪賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H03G3/00
• 分類號(hào): H03G3/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明是與弱信號(hào)的放大、檢測(cè)儀表有關(guān)。

在現(xiàn)代科技中存在著大量的淹沒(méi)在噪聲背景中的弱信號(hào)需要放大顯示與檢測(cè)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的選頻放大器由于靈敏度不夠，抗干擾能力不強(qiáng)，無(wú)法精確地放大顯示與檢測(cè)信號(hào)。用現(xiàn)有的微弱信號(hào)檢測(cè)儀器-鎖定放大器，它必須要有與信號(hào)同步的外界參考信號(hào)，在許多場(chǎng)合下由于無(wú)法取出參考信號(hào)而無(wú)法采用。并且鎖定放大器不能得到被測(cè)信號(hào)波形。

本發(fā)明是提供一種提高選頻放大器靈敏度和抗干擾能力的一種裝置，能對(duì)淹沒(méi)在噪聲背景中的弱信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)或放大供顯示波形。

本發(fā)明的核心思想是：由普通的選頻放大器預(yù)選待測(cè)弱信號(hào)，濾去遠(yuǎn)離待測(cè)信號(hào)頻率的噪聲與干擾，便于采用鎖相環(huán)從噪聲背景中捕捉和鎖住待測(cè)信號(hào)頻率，并由鎖相環(huán)得到N次倍頻信號(hào)與4次倍頻信號(hào)。用N次倍頻信號(hào)作為多點(diǎn)信號(hào)平均器（取N個(gè)點(diǎn)）的同步觸發(fā)信號(hào)。由于多點(diǎn)信號(hào)平均器的觸發(fā)信號(hào)嚴(yán)格是待測(cè)信號(hào)的N次諧波，則N個(gè)積累器的每個(gè)取樣積累器都被分別嚴(yán)格固定在被測(cè)信號(hào)一個(gè)周期的某一固定位置，雖從選頻放大器輸出的信號(hào)還混有噪聲，經(jīng)多點(diǎn)信號(hào)平均器進(jìn)行長(zhǎng)期積累、信號(hào)得到了恢復(fù)、抑制了噪聲。輸給顯示裝置就能顯示被測(cè)信號(hào)的波形。另一路與待測(cè)信號(hào)嚴(yán)格成4倍頻的鎖相環(huán)輸出信號(hào)，可由方波形成電路得到與待測(cè)信號(hào)同步的相位合適的占空比為1∶1的方波，作為相敏檢波器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。多點(diǎn)信號(hào)平均器的輸出信號(hào)可由相敏檢波器和低通濾波器進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。輸出的直流電壓正比于待測(cè)信號(hào)的均方根值。當(dāng)只要求檢測(cè)信號(hào)的有效值時(shí)，可以不必采用多點(diǎn)信號(hào)平均器，由帶通濾波器與相關(guān)器連接輸出;當(dāng)只要求復(fù)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)波形時(shí)，也可以不必采用相關(guān)器，由多點(diǎn)信號(hào)平均器直接輸出顯示。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）它能較現(xiàn)有選頻放大器的檢測(cè)靈敏度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，能檢測(cè)淹沒(méi)在噪聲背景中所選頻率的弱信號(hào)。

（2）它比鎖定放大器優(yōu)越，不需要外加與被測(cè)信號(hào)同步的參考信號(hào)，使用范圍更廣，更方便。

（3）它能放大復(fù)現(xiàn)淹沒(méi)在噪聲背景中的所選頻率的待測(cè)信號(hào)波形。

（4）采用本裝置的方法能簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)超高靈敏度選頻放大器的設(shè)計(jì)。這種超高靈敏度選頻放大器具有現(xiàn)有選頻放大器和鎖定放大器的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們各自的缺點(diǎn)，解決或簡(jiǎn)化了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中對(duì)弱信號(hào)的檢測(cè)與放大。

附圖說(shuō)明

附圖是一種高靈敏度選頻放大器的框圖。

〔1〕是輸入變壓器。

〔2〕是低噪聲前置放大器。

〔3〕是帶通濾波器。

〔4〕是鎖相環(huán)。

〔5〕是多點(diǎn)信號(hào)平均器。

〔6〕是相關(guān)器。

實(shí)施例：

本發(fā)明的實(shí)施方框圖如附圖所示。

淹沒(méi)在噪聲背景中的弱信號(hào)由輸入端輸入。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的源內(nèi)阻是低阻抗時(shí)，信號(hào)作為最佳源內(nèi)阻匹配用的輸入變壓器〔1〕輸入，變壓比根據(jù)最佳源內(nèi)阻的條件設(shè)計(jì)，信號(hào)源內(nèi)阻較高，信號(hào)直接由低噪聲前置放大器〔2〕輸入，該放大器的放大倍數(shù)根據(jù)需要設(shè)計(jì)，低噪聲前置放大器的最重要指標(biāo)是低噪聲特性，設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮噪聲特性。前置放大器之后接帶通濾波器〔3〕，目的是濾去通帶外的噪聲或干擾。帶通濾波器最好采用增益、Q值、中心頻率單獨(dú)可調(diào)的多功能濾波器。根據(jù)需要能方便地選擇通帶頻率，增益和Q值。

帶通濾波器的輸出分成兩路，一路給鎖相環(huán)〔4〕，它可由自動(dòng)幅度控制電路，鎖相環(huán)電路，分頻電路組成，使鎖相環(huán)的固有振蕩頻率與帶通濾波器的中心頻率同步調(diào)節(jié)，根據(jù)待測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行選頻，目的是使鎖相環(huán)極易捕捉和鎖住待測(cè)信號(hào)頻率，這時(shí)鎖相環(huán)具有最強(qiáng)的從噪聲中鎖住信號(hào)的能力，同時(shí)鎖相環(huán)完成待測(cè)信號(hào)的N次倍頻和4次倍頻輸出。

要提取淹沒(méi)在噪聲背景中的信號(hào)，并恢復(fù)波形，完成極高Q值選頻特性的關(guān)鍵部件之一是多點(diǎn)信號(hào)平均器〔5〕，它可由一個(gè)時(shí)序控制電路和N個(gè)取樣平均器（或積累）組成。工作原理是：對(duì)被測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)取N個(gè)樣點(diǎn)，用信號(hào)的N次倍頻信號(hào)觸發(fā)時(shí)序控制電路，用時(shí)序電路控制N個(gè)取樣平均器，使N個(gè)取樣值分別對(duì)應(yīng)存放在N個(gè)取樣平均器中，每一個(gè)周期重復(fù)一次，并把每一次取樣值與對(duì)應(yīng)的平均器中原存貯的值相加取平均。由于各對(duì)應(yīng)樣點(diǎn)是在信號(hào)波形每一個(gè)周期的對(duì)應(yīng)固定位置上，通過(guò)多次取樣平均后，則各取樣平均器上的電壓值代表對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的信號(hào)電壓，而噪聲在各點(diǎn)上是隨機(jī)的，多次取樣平均為0。按照時(shí)間次序輸出各平均器上的信號(hào)電平，就完成了抑制噪聲、放大復(fù)現(xiàn)信號(hào)波形的目的。由附圖的交流輸出端輸出給顯示裝置顯示，就得到待測(cè)信號(hào)的波形。