实验记录得到的波形如图五所示 信号 PSD输出
(a) 0°Udc=1.265V
信号 PSD输出
信号 PSD输出
(b) 90°Udc=-0.287V
信号 PSD输出
(d) 270°Udc=0.263V (c) 180°Udc=-1.286V 图五 信号波和PSD输出波波形
2Uicos?，表明交流信号波和参考如图五所示，实验得到的结果满足公式（4）udc??信号方波在相敏检波器PSD的作用后，输出结果中含有直流成分。通过直流电压的大小可
2Ui。当相位差为90°和270°时，理论上的以看出，当??0时，输出最大信号：udc??直流电压应为0，考虑到仪器的误差，理论与实际基本相符。
（2）相关器的谐波响应的测量与观察 实验得到分频数与输出直流电压值如下表一
表一 实验测得分频对应电压值和理论电压值
分频数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电压（V） 1.285 -0.009 0.418 -0.011 0.241 -0.011 0.169 -0.011 0.130 电压最大值的1.285 0.000 0.428 0.000 0.257 0.000 0.184 0.000 0.143 1/n(V) 根据数据绘制的谐波相应图，如图六所示
1.350 1.150 0.950 0.750 0.550 0.350 0.150 -0.050 电压/V123456分频数78n9实验电压值PSD谐波相应图 图六 PSD谐波相应图
从表一和图六可以看到，实验测得的奇次谐波的能量（这里用电压表示）与理论上的最
大能量的1/n有一定差距，在误差范围内基本满足实验要求，可以得到奇次谐波的能量为最大能量的1/n的结论。另外，当分频数为偶数次时，由公式（2）、（3）中的（2n+1）不为偶数可知，偶数次谐波的能量应为零，实验测得的数值较小，考虑到仪器的误差，可以认为是零。实验表明，相关器对奇次谐波的能量有限，当出现信号源中含有奇次谐波时，实验得到的结果会出现很大的误差。
（3）相关器对不相关信号的抑制
多功能信号源固定为100.2mV，199.77Hz，低频信号源固定为0.3V（即多功能信号源输出的三倍）。当低频信号源为任意频率，如448.47Hz时，直流电表测得的直流电压的最大值几乎不变，实验得到的波形与图五中的(a)相似；当低频信号为199.77Hz的奇数倍时，则可以看到直流输出电压有大幅度的波动，实验得到的波形很不稳定。实验表明，相关器能很好地抑制不相关的信号，但当信号为奇次谐波时，测量结果会出现很大的误差。
3、测量相关器的输入信噪比、输出信噪比，计算信噪比的改善
表二 信噪比和信噪比改善
输入噪 声电压 输出噪 声电压 110.5mV 95mV 输入直 流电压 输出直 流电压 49.7mV 5.13V 输入 信噪比 输出 信噪比 0.45 54 信噪 比改善 120 通过实验所得数据计算结果可以看出，经过相关器的处理，信噪比有了明显的改善。
五、结论与建议:
本实验利用ND-501型微弱信号检测实验综合装置。对锁相放大器的参考通道的研究表明，信号波形为任意波形，参考通道都能产生与信号波形具有相同频率幅值固定的参考波形，幅值固定的方波。对锁相放大器PSD的研究表明交流信号波和参考信号波在PSD的作用下，
2Uicos?的直流成分，其中直流成分的大小随相位差?的大小改产生满足公式（4）udc??变。测量和观察了相关器对谐波的相应和对不相关信号的抑制，结果表明，当输入信号中混有奇次谐波时，输出信号中奇次谐波仍占有一定比例，表明相关器对奇次谐波的抑制能力有限；当输入信号中混有不相关信号时，相关器能很好地抑制不相关信号，但是当不相关信号与奇次谐波频率接近时，输出直流电压会出现大幅波动。通过测量输入输出的直流电压和噪声电压，计算得到输入输出信噪比分别为0.45和54，信噪比改善为120。
【参考文献】:
熊俊. 近代物理实验. 北京.北京师范大学出版社2007