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在測量各種物理量(如溫度、加速度等)時,用傳感器將其變換為電信號,然后輸入到分析儀或測量儀器,有時候,僅想獲得必要的信號是很難做到的。通常情況下,連不必要的噪聲信號也會被一起測量。實際上,在各種情況下,各種類型的噪聲都有可能混進來。此外,根據不同場合,有時也會出現噪聲強度遠遠高出所需要的目的信號電平的情況,如果測量的信號越弱,那么噪聲就相對的越大。對于微弱信號的基本處理通常是放大信號,傳統的放大處理,在放大信號的同時也放大了噪聲,而且在不進行帶限或濾波處理的情況下,任何放大操作都將使得信號的信噪比下降。因此,必須先采用濾波手段提純信號,提高信噪比,以實現對微弱信號的準確測量。

假設要放大的信號是一個10nV,10kHz的正弦波信號,好的低噪聲放大器有大概5nV/√Hz的輸入噪聲。考慮下列情況:
(1) 放大器的帶寬為 100kHz,增益為1000,則放大后信號為10μV (10nV x 1000),寬頻噪音為 1.6mV(5 nV/√Hz x √100kHz x 1000)。
           沒有辦法測量到該輸出信號。
(2) 在放大器后加一個理想的帶通濾波器,其品質因子Q=100,中心頻率在10kHz,則所有在100Hz(10kHz/Q) 帶寬內的信號都會被檢測到。此時輸出信號仍為10 μV,而濾波器通帶內的噪聲大小為50 μV (5nV/√Hz x √100 Hz x 1000)。
          輸出噪聲仍比輸出信號大很多,沒辦法進行測量。
(3) 在放大器后加一個相敏檢測器(PSD)。PSD可在帶寬僅為0.01Hz的情況下檢測到10kHz的信號。在此帶寬下,輸出信號仍為10μV,噪聲只有0.5μV (5 nV/√Hz x √.01Hz x 1000)。
          信噪比為20,可以對信號進行準確的測量。

鎖相放大器主要是基于互相關方法的微弱信號檢測技術,其核心是相敏檢測技術,利用與待測信號具有相同頻率和固定相位關系的參考信號為基準,濾除與參考頻率不同的噪聲,從而提取出有用的信號組分。

此外,通常情況下,如果測量的有用信號的幅值在幾個納伏到幾個毫伏的話,對于周期性的電信號,使用鎖相放大器檢測會得到比較好的結果。如果被測信號的占空比小于15%(占空比是指一個信號周期中有用信號長度與信號周期的比值),那么需要使用Boxcar平均器測量。如果所測量的信號是幾個到幾千個光子的數量,那么需要使用單光子計數方法。

那么,鎖相放大器工作原理是什么呢?通過本文中的視頻介紹,您可以詳細的了解到鎖相放大器的工作原理及關鍵的調節參數。

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