鎖相放大器

鎖相放大器（也稱為相位檢測器）是一種可以從干擾極大的環境（信噪比可低至-60dB，甚至更低）中分離出特定載波頻率信號的放大器。 Lock-in放大器是由普林斯頓大學的物理學家羅伯特·H·迪克發明的。

基本介紹

• 中文名：鎖相放大器
• 外文名：Lock-in Amplifier，LIA
• 動態儲備：120dB
• 集成功能：頻譜儀，阻抗分析儀，PID控制等
• PC接口：USB 2.0、GPIB、RS232、LAN等
• 相位解析度：10μdeg
• 頻率解析度：10μHz

簡介

鎖相放大器（也稱為相位檢測器）是一種可以從干擾極大的環境（信噪比可低至-60dB，甚至更低）中分離出特定載波頻率信號的放大器。 Lock-in放大器是由普林斯頓大學的物理學家羅伯特·H·迪克發明的。

鎖相放大器技術於20 世紀30 年代問世，並於20 世紀中期進入商業化套用階段，這種電子儀器能夠在極強噪聲環境中提取信號幅值和相位信息。鎖相放大器採用零差檢測方法和低通濾波技術，測量相對於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120 dB 的動態儲備，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精準測量。幾十年來，隨著科技的不斷發展，研究人員已經針對鎖相放大器研發出諸多不同的套用方法。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、網路分析儀、頻譜分析儀以及鎖相環中的鑒相器。相關研究領域幾乎覆蓋了所有波長範圍和溫度條件，例如全日光條件下的日冕觀測、分數量子霍爾效應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，鎖相放大器不可或缺，已經成各種實驗室裝備中的核心工具，比如物理、工程和生命科學等。

基本原理

鎖相放大器是根據正弦函式的正交性原理工作的。具體來說，就是當一個頻率為的正弦函式與另一個頻率為的正弦函式相乘，然後對乘積進行積分（積分時間遠大於兩個函式的周期），其結果為零。如果相等，並且兩個函式是同相位的，則平均值等於幅值乘積的一半。

放大器

放大器（英語：Amplifier），俗稱音箱，一般而言是指能夠使用較小的能量來控制較大能量的任何器件。現在，在日常使用中，這個名詞常常是指放大器電路，經常用於音頻套用中。

一個放大器的輸入輸出關係——常常表示為一個與輸入頻率相關的函式，這個關係稱為放大器的傳輸函式，同時這個傳輸函式的係數定義為增益。

信噪比

信噪比（英語：Signal-to-noise ratio，縮寫為SNR或S/N）是科學和工程中所用的一種度量，用於比較所需信號的強度與背景噪聲的強度。其定義為信號功率與噪聲功率的比率，以分貝（dB）為單位表示。大於比率1:1（高於0分貝）表示信號多於噪聲。信噪比通常用於描述電子信號，也可以套用在各種形式的信號，比如冰芯內的同位素量，或細胞間的生物化學信號。