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锁相放大器测量原理

锁相放大器测量原理

   锁相放大器是用来检测微弱信号的一种装置,通常会被淹没在各种噪音中,而锁相放大器能将微弱信号从噪声中提取出来,并精确测量。锁相放大器是一种基于相互干法的微弱信号检测方法,其核心是采用相敏检测技术,将与被测信号具有相同频率和固定相位关系的参考信号作为被测信号的基底,滤掉与被测信号不同频率的噪声,以提取有用的信号成分。

  基本的处理方法是对微弱信号进行放大,传统的放大处理在放大信号的同时,还会放大噪声,而且,如果不加限制或滤波,任何放大操作都会使信号信噪比降低。为了精确地测量微弱信号,必须首先用滤波方法提取信号,提高信噪比。

 假定所放大的信号为10nV、10kHz正弦波形,好的低噪声放大器可能有5nV/√Hz的输入噪声。请考虑以下因素

 ①放大器带宽为100kHz,增益为1000,放大后的信号为10μV(10nVx1000),宽频段为1.6mV(5nV/√Hzx1000)。

 这个输出信号是无法测量的。

 ②放大器后部装有理想的带通滤波器,其质量系数Q=100,中心频率为10kHz,100Hz(10kHz/Q)带宽范围内的所有信号均可检测到。在这个时候,输出信号仍然是10µV,而滤波器通带中的噪声为50µV(5nV/√Hzx√Hzx1000)。

 它的输出噪声仍然比输出信号大,而且无法测量。

③放大后加一相敏探测器(PSD)。PSD可以检测10kHz信号,而带宽只有0.01Hz。对于这种带宽,输出信号仍然是10µV,噪声仅为0.5µV(5nV/√Hzx√.01Hzx1000)。

 噪声比值为20,可准确地测量信号。

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