带通滤波器的中心频率fo、品质因数Q以及通频带BW分别为
＝
Q＝
BW＝
式中，
＝1+
为同相放大电路的电压增益，同样要求
<3电路才能稳定工作。
当f＝
时，带通滤波电路具有最大电压增益称为通带电压增益，用
表示，它等于
根据上述公式，可以得到带通滤波器的各元件参数：
R1=31.83KΩ，R2=11.10KΩ，R3=30.78KΩ，R4=R5=61.50KΩ
C1=C2=0.01uF
（a）带通滤波电路图
2）锁相放大电路
锁相放大器（Lock-inAmplifier简称LIA）是以相关检测技术为基础，利用互相关的原理设计的一种同步相干检测仪。
它是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子设备，利用参考信号频率与输入信号频率相关，与噪声频率不相关，从而从噪声中提取有用信号。
它不同于一般的带通放大器，它所输出的信号并不是输入信号的简单放大，而是把交流分量放大并变成相应的直流信号输出。
使用锁相放大器是从强噪声中提取弱信号的重要手段。
可理解为:
把待测信号中与参考信号同步的信号放大并检测出来。
一般锁相放大器的组成分为三部分:
信号通道、参考通道和相关器（相敏检波器）。
其核心部分是相敏检波器（phase-sensitivedetector简称PSD），它实际上是一个乘法器。
输入信号和参考信号分别加在相敏检波器的两个输入端。
图锁相放大器结构框图
（b）调相器电路图
（c）锁相放大电路图
锁相放大器的最基本原理是相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数f1（t）和f2（t）的相关函数表示为：
其中f2（t）为参考信号，
为测量信号，S（t）为需要检测出来的信号，f2（t）与S（t）频率相同。
下面详细讨论这一原理是怎么具体应用在锁相放大器的设计上，锁相放大器又是如何通过直接计算相关函数来实现从噪声中检测淹没信号的。
三、电路设计
1、电路机理
1）噪声放大模块
根据虚短虚断的原理可以求出其增益，进而可以得到想要的放大程度的信号。
如下图所示，此图上的电路是采用OPA134芯片搭建反相可调增益的集成运放电路，可以通过调节电位器达到放大电路信号的目的。
（d）噪声放大电路图
2）加法器模块
加法器是产生数的和的装置。
如下图所示，此图上的电路是采用INA2134芯片搭建同相加法器电路。
可以将输入的信号叠加成一个新的叠加信号后输出，达到混合多个信号的目的。
并且INA2134的带宽超过1M符合题目要求。
（e）加法器电路图
3）纯电阻分压模块
采用纯电阻串联的方式进行分压，其原理是在串联电路中，各电阻上的电流相等，各电阻两端的电压之和等于电路总电压。
可知每个电阻上的电压小于电路总电压，故串联电阻分压。
如下图所示，采用高精密的电阻进行分压，衰减的倍率为
（f）纯电阻分压电路图
4）低通滤波模块
低通滤波（Low-passfilter）是一种过滤方式，规则为低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱。
但是阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以及不同的滤波程序（目的）而改变。
它有的时候也被叫做高频去除过滤（high-cutfilter）或者最高去除过滤（treble-cutfilter）。
（g）低通电路图
5）跟随器模块
跟随器是一种电子线路，其输出信号基本等同于输入信号，但提高了带负载能力。
电压跟随器，就是输出电压与输入电压是相同的，电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，可以显著增强对后继的驱动能力。
（h）跟随器电路图
2、各部分电路实现的功能
1）OPA134音频放大
通过使用OPA134芯片搭建的放大电路来放大噪声信号。
2）INA2134PA加法器
由于该芯片内部就有电阻所以不用再外接电阻，这样使得电路简化。
用该芯片构成的加法器主要是将正弦波信号源和放大后的噪声源叠加。
3）OPA134跟随器
在加法器后接跟随器为了增强对后继电路的驱动能力
4）纯电阻分压网络
此电路的功能是为了衰减放大后的噪声源与正弦波的叠加信号。
5）带通滤波电路与锁相放大电路
滤除噪声信号，从而得到所要检测的微弱信号。
6）微弱信号检测电路
检测到微弱信号，在示波器上显示出滤波后的波形图，读出波形的峰值。
四、程序设计
1、软件功能结构
AD采集信号
算法滤波
LCD显示
2、主模块实现流程
通过定时检测AD端口，采集数据，再通过去抖进一步消去抖动。
再进行程序内部算法转化得到幅值，通过LCD12864显示出来。
五、测试方案与测试结果
1、测试仪器
示波器、函数发生器、数字万用表、
12V电源
2、测试方案
首先经过小组讨论在草稿纸上先设计出滤波电路图及其初步参数，用学校的实验箱搭建先前所设计的电路，对照题目要求，对A，B，C，D，E五点分别进行检测，逐步完善电路的缺陷，改良精度。
将改良好的电路按模块焊接在板子上，完成微弱信号的检测的装置。
3、测试结果与分析
1）A点检测:
因为是使用函数发生器产生的频率为1khZ,幅值为1V正弦波，所以A测试点显示完整的频率为1khZ,幅值为1V正弦波。
2）B点检测:
用交流毫伏表检测，因为经测，原始的噪声源的均方根的电压值达不到所要求的1V
0.1V，所以采用集成运放，将噪声信号放大3.6倍，经交流毫伏表测得其均方根电压值就可以满足要求，如下图所示：
第一次测量
第二次测量
第三次测量
平均值
交流毫伏表测得放大后噪声的均方根的值（V）
0.92
1.02
1.08
1.01
分析与结论:
噪声源经放大后均方根的电压值固定在1V
0.1V，符合题目要求。
3）C点检测:
用示波器对C点进行检测，测得经过加法器叠加信号的上下限的频率，求出其差，得出其带宽大于3MHz。
分析与结论:
C点检测符合题目要求。
4）D点检测:
用万用表对D点进行检测，未分压前电压为1.02V分压后电压为9.9mv，衰减系数为103.
分析与结论:
理论设计值的分压衰减系数是（10000+100）/100=101.因为103>101，符合题目要求。
因为在微弱信号检测电路的前面接了跟随器，其输入电阻接近无穷大，大于等于1MΩ，故D点检测合格。
5）E点检测:
使用示波器对E点进行检测，经测，将伏每格旋钮调至最小，E点测试在示波器上显示一条带有略微上下振动的直流信号水平线，其幅值与输入是正弦信号源的幅值误差不大，符合要求。
分析与结论:
经测试E点出显示正常。
综上所述：
此微弱信号检测装置可以有效的去除噪声信号，并且尽可能的通过的有用信号，说明此装置测试成功。
六、设计总结
1、存在的问题
1）由于电路中采用了带通滤波电路使得原始信号的频率范围受到限制，最好采用中心频率可调的带通滤波器，使得此微小信号检测电路能够更全面的应用于更广的频率范围。
2）电路板过于分散、导线来连接过多，从而对整个系统又引进许多噪声，增加了滤波难度。
3）电源处理不够精细给整个系统又引进较大的工频信号，且工频信号一旦引入很难清除。
2、设想展望
本作品主要针对微弱信号检测进行了研究，重点研究了被噪声污染的微弱信号的时域检测。
该作品以MPS430单片机为最小系统，通过对噪声源放大后与正弦信号的叠加、衰减、滤波、检波及到最后的显示，设计并制作了一套微弱信号检测装置系统。
完成了基本要求（基本要求3实现的不太理想），以及发挥部分的一些要求。
当然，除了之外，在题目的基础上有做了点延伸，让最后微弱信号检测出来的峰值在LCD显示屏上显现的更加直观化。
通过这次为期四天的竞赛，我们每个人都受益匪浅。
在整个实践的过程中学到了很多的知识，同时也清楚的认识到好多事情只有亲身实践才能真正的学到有价值的东西。
从理论到实践，在这四天中，可以说苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没学到的知识。
通过这次的竞赛使我们懂得了理论与实践实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，值有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
不过，我们在竞赛的过程中遇到了很多问题，可以说是困难重重，同时在这过程中也对自己有了重新的认识，了解到了自己的不足之处。
不过，虽然有很多困难，我们还是从中体会到了很多的乐趣。
而且，此次竞赛还培养了我们分工合作的精神，让我们对自己的工作能力树立了信心。
相信，在以后的工作学习中对我们有很大的裨益，成为我们学习中一笔宝贵的财富。
最后感谢学校和竞赛组提供这样的平台，让我们在实践中汲取知识，不断的丰富自己。
七、参考文献
[1]黄争,李琰.运算放大器应用手册——基础知识篇[M].电子工业出版社,2010.
[2]李桂安,葛年明,周泉.电子技术实验及课程设计.东南大学出版社,2008.
[3]王昊,李昕,集成运放应用电路设计360例.电子工业出版社,2007.
[4]胡宴如,耿苏燕.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2004.
八、附件
1、电路设计图。
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