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多通道鎖相放大器的基本原理

更新時(shí)間:2022-05-06 點(diǎn)擊次數(shù):1189
   多通道鎖相放大器技術(shù)于20世紀(jì)30年代問世,并于20世紀(jì)中期進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段,這種電子儀器能夠在JI強(qiáng)噪聲環(huán)境中提取信號(hào)幅值和相位信息。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(duì)于周期性參考信號(hào)的信號(hào)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(hào),有效濾除所有其他頻率分量。如今,市面上好的鎖相放大器具有高達(dá)120dB的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備,意味著這些放大器可以在噪聲幅值超過期望信號(hào)幅值百萬倍的情況下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(duì)鎖相放大器研發(fā)出諸多不同的應(yīng)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(jì)、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。相關(guān)研究領(lǐng)域幾乎覆蓋了所有波長范圍和溫度條件,例如全日光條件下的日冕觀測、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的測量或者分子中原子間鍵合特性的直接成像。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*,已經(jīng)成各種實(shí)驗(yàn)室裝備中的核心工具,比如物理、工程和生命科學(xué)等。
  鎖相放大器(也稱為相位檢測器)是一種可以從干擾大的環(huán)境(信噪比可低至-60dB,甚至更低)中分離出特定載波頻率信號(hào)的放大器。Lock-in放大器是由普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家羅伯特·H·迪克發(fā)明的。
  信噪比
  信噪比(英語:Signal-to-noiseratio,縮寫為SNR或S/N)是科學(xué)和工程中所用的一種度量,用于比較所需信號(hào)的強(qiáng)度與背景噪聲的強(qiáng)度。其定義為信號(hào)功率與噪聲功率的比率,以分貝(dB)為單位表示。大于比率1:1(高于0分貝)表示信號(hào)多于噪聲。信噪比通常用于描述電子信號(hào),也可以應(yīng)用在各種形式的信號(hào),比如冰芯內(nèi)的同位素量,或細(xì)胞間的生物化學(xué)信號(hào)。
  基本原理
  鎖相放大器是根據(jù)正弦函數(shù)的正交性原理工作的。具體來說,就是當(dāng)一個(gè)頻率為的正弦函數(shù)與另一個(gè)頻率為的正弦函數(shù)相乘,然后對(duì)乘積進(jìn)行積分(積分時(shí)間遠(yuǎn)大于兩個(gè)函數(shù)的周期),其結(jié)果為零。如果相等,并且兩個(gè)函數(shù)是同相位的,則平均值等于幅值乘積的一半。

 

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