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锁相放大器的工作原理

锁相放大器的工作原理

假定要放大的信号是10nV,10kHz的正弦信号,好的低噪声放大器输入噪声为5nV/√Hz。

在测量信号放大后,放大器具有100kHz带宽和1000增益。

10nv×1000=10μV。


输入噪音

mv=1000mV=1000mV=1000mV=1000mV=100kHz=1000mV=1000mV=1000mV。

噪音远大于待测范围,淹没信号。

增加了一种理想的带通滤波器,使其质量系数Q=100,中心频率10kHz,可以有效地检测到信号在9.95kHz-10.05kHz之间。

Q=100Hz,10kHz-100Hz/2=9.95kHz,10kHz+100Hz/2=10.05kHz。

在过滤后仍能检测到10μV信号。

5nV/√Hz×√100Hz×1000=50μV。


噪音远大于待测信号。

不需要滤波,放大后加入敏感探测器PSD。PSD能探测10kHz信号,带宽0.01Hz。

在这个时候,检测到还是10μV,这是一个噪声。

5nV/√Hz×√0.01Hz×1000=0.5μV。

测试结果:10μV/0.5μV=20。


测定法

用被测信号相同的基准信号作为基准信号,过滤各种参考信号。

锁定放大器内部结构图。

有关试验方法。

Vs=Acos测量输入信号(omega+δ)

a是输入信号的范围,omega是角频率,δ是信号角。

Vr=bcos基准输入信号(ω+φ)

很明显,被测信号的频率与基准信号相同。

一,用低噪声放大器对被测信号进行放大,使信号到达驱动模拟装置。

使用混合器混合这两种情况:Vpsd=Vs×Vr=AB/2[cos(2wt+n+)+cos(cos)+cos(cos)+cos(cos)+cos(cos)+cos(cos)=AB/2。当然,混频器输出的信号还会乘以虚拟现实和噪声。因为包含w频率的噪声信号的概率很小,所以可以认为DC项与被测信号正相关。


Vpsd通过采用极低截止频率的低通滤波器,仅保留DC重量,因此输出信号中的噪声水平非常小。

由于DC项目是AB/2*cos(non-φ),当皋-φ=90°时,DC项目就变成了0,但我们不知道这个信号的相位位楔,因此不能设置参考信号的相位楔。

该方法是将基准信号分成两个方向,其中一个方向不变,与被测信号混合得到DC项目。

Vpsd1=AB/2*cos(δ-φ)

6.另一个移相器将相位降低90°并与被测信号混合以获取DC项目。

Vpsd2=AB/2*cos(δ-90°-φ)=AB/2*sin(δ-φ)

7.寻求Vpsd1和Vpsd2的平方和,然后寻找平方根。

Vpsd=AB/2。

不重要。