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鎖相放大器

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鎖相放大器的工作原理是什么？

鎖相放大器簡介
鎖相放大器技術(shù)于20世紀30年代問世，并于20世紀中期進入商業(yè)化應用階段，這種電子儀器能夠在極強噪聲環(huán)境中提取信號幅值和相位信息（參見Figure 1）。鎖相放大器采用零差檢測方法和低通濾波技術(shù)，測量相對于周期性參考信號的信號幅值和相位。鎖相測量方法可提取以參考頻率為中心的指定頻帶內(nèi)的信號，有效濾除所有其他頻率分量。
如今，市面上最好的鎖相放大器具有高達120dB的動態(tài)儲備，意味著這些放大器可以在噪聲幅值超過期望信號幅值百萬倍的情況下實現(xiàn)精準測量。幾十年來，隨著科技的不斷發(fā)展，研究人員已經(jīng)針對鎖相放大器研發(fā)出諸多不同的應用方法。如今的鎖相放大器主要用作精密交流電壓儀和交流相位計、噪聲測量單元、阻抗譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀以及鎖相環(huán)中的鑒相器。

工作原理簡要介紹
鎖相放大器利用信號的時間相關(guān)性將信號從嘈雜背景中提取出來。鎖相放大器首先將輸入信號與參考信號相乘（有時也稱下混頻或外差/零差檢測），然后通過一個可調(diào)低通濾波器進行濾波，這種方法稱為解調(diào)檢測或相敏檢測，用于將期望頻率的信號從所有其他頻率分量中分離出來（參見Figure 2）。
參考信號可由鎖相放大器自身生成，也可由外部信號源提供給鎖相放大器和實驗設(shè)備。參考信號通常為正弦波，但也可以采用其他信號。采用純正弦波解調(diào)時，可以有選擇地對基礎(chǔ)頻率或其任意諧波進行測量。有些儀器采用方波進行解調(diào)，但方波會捕捉信號的所有奇次諧波，從而可能引入系統(tǒng)性測量誤差。

應用領(lǐng)域簡要介紹
鎖相放大器的功能極其豐富多樣。與頻譜分析儀和示波器一樣，鎖相放大器對于很多實驗室來說不可或缺，已經(jīng)成為光學和光子學、納米技術(shù)和材料科學、量子技術(shù)、掃描探針顯微鏡和傳感器等領(lǐng)域的研究實驗室的重要組成部分。

END
與大多數(shù)強大的工具一樣，要想充分發(fā)揮鎖相放大器的作用并成功設(shè)計各種實驗，用戶必須充分了解其工作原理及特性。相關(guān)視頻內(nèi)容請點擊下方鏈接：
【鎖相放大器的基本工作原理】 https://b23.tv/DA6mnIC
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