功能：在广谱噪声中提取特定频率的信号。

目的：很难解决与待测信号保持参考信号同相位的问题 方法:制作两个参考信号，同频90°与待测信号相乘的相移结果如下图所示： 两个直流平方加开根号，消除相位的影响，很容易找到被测幅值：

U O = U O A 2 U O B 2 = 0.5 A m 1 A m 2 sin 2 ( φ 1 A ? φ 2 ) cos 2 ( φ 1 A ? φ 2 ) = 0.5 A m 1 A m 2 U_{O}=\sqrt{U_{O A}^{2} U_{O B}^{2}}=0.5 A_{m 1} A_{m 2} \sqrt{\sin ^{2}\left(\varphi_{1 A}-\varphi_{2}\right) \cos ^{2}\left(\varphi_{1 A}-\varphi_{2}\right)}=0.5 A_{m 1} A_{m 2} UO=UOA2 UOB2​ ​=0.5Am1​Am2​sin2(φ1A​−φ2​)+cos2(φ1A​−φ2​) ​=0.5Am1​Am2​ 被测信号相位也可以通过分析两个直流量的大小得到： φ 1 A − φ 2 = tan ⁡ − 1 U O B U O A \varphi_{1 A}-\varphi_{2}=\tan ^{-1} \frac{U_{O B}}{U_{O A}} φ1A​−φ2​=tan−1UOA​UOB​​

由于保持参考信号与待测信号同频是有困难的，因此 实际使用时，锁定放大器的工作模式如下图所示： 方波模拟信号一方面控制模拟开关的同时，另一方面转换后输入到待测网络中，这样就保证了待测信号与参考信号频率相同，继而准确的测定待测网络中的一些参数。

比较器高电平期间，电路2倍放大；低电平期间-2倍放大。A点输入400Hz的正弦信号，衰减、加入噪声得到B点的被测信号，同时与调制波进行比较得到控制信号。电路没有使用双相位法，这是因为A到B全部由电阻组成，不会由相位移动。

为了更好的研究、理解AD630这块芯片，下面对其进行具体分析。AD630这块芯片实现的功能是调制与解调，其内部结构如下图所示。其实下面两张图展示的更清楚： 上面的两张图同时也是调制模式所接的电路，调制的信号会被2倍放大。底下的比较器外接方波载波，其作用在于切换开关的状态。当下半部分的电路被导通的时候，等效的电路为： 运用虚短虚断可以很快分析出此时电路实现的是2倍增益。当方波翻转，使用上面的运放的时候，此时等效电路为：

)同样的，运用虚短虚断可以很快的分析出，此时电路实现的是-2倍增益。因此，随着方波的不断翻转，输出也会不断翻转。最终电路以及输出的结果如下图： 这样就实现了调制的功能。仿真过程中记得把方波信号的占空比改为100%，不然会报错。

在锁定放大器中，实际上使用到的是AD630的解调功能。数据手册中给出的一个典型的应用如下图所示： 这个电路的结构是这样的，一个干净的1V的信号一方面输入到比较器的一端，另一方面通过电阻，给信号上带上了噪声，同时通过衰减器进入到AD630的输入端，待AD630从噪声中提取出信号。如果再关注一下AD630的内部的话，可以得到解调模式下电路是如何工作的。 上图为解调模式下的连接示意图。连接上有两点微小的差别。第一，就是12与13口连在了一起。这个倒是无足轻重，就是接上了补偿电容，提高了压摆率。主要的区别就是将原始信号（而非方波、或者是加了噪声的信号）输入到了比较器。其它的部分是一致的，当比较器A工作时，放大倍数为-2倍；当比较器B工作时，放大倍数为2倍。由于输入到比较器的信号和输入到放大器的信号的需要提取的部分频率和相位是一致的，这样子的结构可以保证需要提取的正弦信号保持在正值，就像乘上了一个相位、频率相同的方波一样。测量得到滤波后的直流分量的值后，可以通过之前得到的公式反解出待提取信号的幅值。 下图展示了所搭建的电路以及最终的结果，这里输入放大器和比较器的信号都是同样的正弦波，并没有加入噪声信号，因为这只是单纯的演示一下解调的功能并验证。 输出的直流分量为252mV： 前文中提到，直流分量的计算公式为： U O ≈ 0.6366 A m 1 × A m 2 cos ⁡ φ 1 U_{O}\approx 0.6366 A_{m 1} \times A_{m 2} \cos \varphi_{1} UO​≈0.6366Am1​×Am2​cosφ1​ 这里的 A m 1 A_{m1} Am1​为2， c o s φ 1 cos\varphi _1 cosφ1​为1，则可以反解出： A m 2 = 0.252 ÷ 0.636 ÷ 2 = 0.198 V A_{m 2} =0.252\div 0.636\div 2=0.198V Am2​=0.252÷0.636÷2=0.198V 实际输入的信号为0.2V，这说明用这个方法测量的结果是准确的。

数据手册中给出了一个使用AD630搭建锁定放大器的参考示意图，基本的原理仍然是与之前的解调模式是一致的，只不过的端口发生了变化而已。下面要做的只是确定一下这个电路的增益，从而准确的推导出待测信号的幅值。 画出实际的电路图以后，可以发现，其实与之前的解调模式的电路是一样的，放大倍数在2倍到-2倍两个值之间切换。

题目：设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。 基本要求：

1. 噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V±0.1V；加法器的输出VC =VS+VN，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。
2. 微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1 M。
3. 当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。

拓展要求：

1. 当输入正弦波信号VS 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时， 检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
2. 扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz ~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
3. 进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。
4. 其它（例如，进一步降低VS 的幅度等）。

噪声源： Multisim中的噪声源器件为： 产生的噪声电压的有效值为： V r m s = N o i s e F a c o t r × 4 k T R B V_{rms}= Noise Facotr\times \sqrt{4kTRB} Vrms​=NoiseFacotr×4kTRB ​ 这里的k为玻尔兹曼常数，值为 1.38 × 1 0 − 23 1.38\times 10^{-23} 1.38×10−23，T为开氏温标，根据题目要求要产生1V有效值的噪声，电阻阻值可以设置为 6 × 1 0 13 6\times 10^{13} 6×1013，结果如下图所示，可以看出，这样设置是满足要求的。

宽带通滤波器： 为了消除频率过高或者过低的噪声，在噪声信号后加上一个带通滤波器。输入信号频率在500Hz ~ 2kHz，想在噪声信号和正弦波信号进入AD630之前进行部分滤除。可以将带通滤波器上限截止频率定为10KHz，下限截止频率为200Hz，选巴特沃斯型Q=0.707，两个SK型四元件的低通滤波器和高通滤波器串联。