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有助于计测的信息
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「锁相放大器」是一种什么结构的测量仪器?

锁相放大器的原理

  锁相放大器采用在无线电电路中已经非常成熟的外差式振荡技术,把被测量的信号通过频率变换的方式转变成为直流。



在外差式振荡技术中被称为本地振荡(Local Oscillation)的、用于做乘法运算的信号,在锁相放大器中被称为参照信号,是从外面输入的。锁相放大器能够(从被测量信号中)检测出与这个参照信号频率相同的分量。在被测量的信号里所包含的各种信号分量中,只有与参照信号频率相同的那个分量才会被转换成为直流,因而才能够通过低通滤波器(LPF)。其他频率的分量因为被转换成为频率不等于零的交流信号,所以被低通滤波器(LPF)滤除。
在频率域中,如下图所示。



锁相放大器对于噪声的抑制能力,是由上图中低通滤波器(LPF)的截止频率来确定的。例如,在测量10kHz的信号时,如果使用1mHz的低通滤波器(LPF),那么就等效于在使用10kHz±1mHz的带通滤波器时的噪声抑制能力。如果换算成为Q值,就相当于5×106。要想真正制造这样高的Q值的带通滤波器,那是不可能的。但是,使用锁相放大器,这就很容易实现了。

如同前面所解说的那样,在使用通频带非常狭窄的带通滤波器(BPF)时,如果其中心频率与被测量信号的频率有所偏离,那么就会产生测量误差,最糟糕的情况下可能会把被测量信号也滤除了。

与这种情况相比较,对于锁相放大器来说,即使低通滤波器的截止频率多少有些偏离,只要还能够让直流通过,那么对测量结果也不会有大的影响。与带通滤波器相比较,锁相放大器更容易实现通频带非常狭窄的低通滤波器,不管通频带多么狭窄都能实现。由此可见,锁相放大器具有强大的能力从噪声中检测出被掩埋的信号。



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