一種基于開關電容技術的鎖定放大器設計

利用開關電容實現相關算法的電路如圖5所示。開關控制信號由信號源輸出的方波信號提供，用CD4052兩片模擬開關來控制開關電容和積分電容充放電，A2是第一級BPF電路，U0接入后續電路。

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

由圖6可知，電路的線性度較好，說明本方法是可行的。改變開關電容和積分電容的大小，會改變電路靈敏度的大小，但不會改變線性度和穩定性。該電路結構簡單，在降低噪聲的同時，可以將微弱信號放大很多倍，并變成與其對應的直流信號，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，會引起測量誤差。為了便于后續處理，通過改變BPF的級數和放大倍數以增加整體電路的放大倍數，從而能夠測量更小的微弱信號。

4 結論
本文利用開關電容和積分器相結合實現了鎖定放大器的功能。該電路結構簡單，線性度和穩定性較好。不但可以降低噪聲，而且將微弱信號放大很多倍，并變成與其對應的直流信號，以便采集和顯示。對于皮安級電流，采用本相關器，可以使輸出電壓達到微伏級，通過BPF后可以達到伏特級。