鎖相放大器重要參數(shù)

　　鎖相放大器是一種用于測量動態(tài)信號的電子儀器。它的主要組成部分有振蕩器，混頻器和低通濾波器。它的最基本，也是最常用的功能是從被噪聲淹沒的信號中測出某一頻率的信號的相位和幅值。

　　它之所以具備這樣的能力是運用了正交性原理，將非選定頻率的信號（即噪聲）去除而選定頻率的信息得以保留。因為具有很強的抗噪聲能力，鎖相放大器被廣泛應(yīng)用于各種高精測量系統(tǒng)中，比如MEMS研究。

　　鎖相放大器的結(jié)構(gòu)是輸入待測信號，經(jīng)放大和帶通濾波后與參考信號共同輸入混頻器得到的結(jié)果再通過低通兩個1Hz正弦信號相乘的結(jié)果濾波器濾波后輸出。這篇文章主要還是說明鎖相放大器的重要參數(shù)，順便一起了解一下他的發(fā)展歷史。

　　鎖相放大器參數(shù)

　　1） 帶寬

　　鎖相放大器的決定因素的是帶寬〔，因為在實際測量中是無法完全濾去十分接近參考頻率的噪音信號，所以帶寬成了影響信號檢測靈敏度的重要因素?，F(xiàn)在可以提供檢測帶寬可以達到。

　　2） 參考頻率

　　鎖相放大器需要一個參考頻率。通常是用振蕩器或函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的信號驅(qū)動實驗，用鎖相放大器檢測該信號在參考頻率的響應(yīng)。鎖相放大器用PLL產(chǎn)生參考信號。如果用外部參考信號，鎖相放大器中的就把內(nèi)部參考振蕩器的相位鎖定，產(chǎn)生一個固定相移的正弦信號。因為可以跟蹤外部頻率，所以外部頻率的變化不會影響測量。

　　3） 品質(zhì)因數(shù)

　　品質(zhì)因數(shù)決定選頻特性，其倒數(shù)稱為相對帶寬，也就是增益衰減為的兩個截止頻率之間的帶寬。通過設(shè)定時間常數(shù)可以調(diào)整濾波器的帶寬。而時間常數(shù)尤，其中是信號增益衰減為時的頻率。它可以反應(yīng)輸出響應(yīng)的速度和輸出信號的平滑度。

　　4） 動態(tài)延續(xù)量

　　動態(tài)延續(xù)量表示的是所能接受的最大噪音信號與被測量信號的增益之比在這個限度內(nèi)的信號不會帶來輸出信號的過載。為了增加這個比率，輸入信號必須很小以防止過載，但是實際情況不允許將這個值變得很高，因為和直流放大器都有一些偏移，如果它們的增益過大，會導(dǎo)致嚴重的測量誤差。為此可以通過改變時間常數(shù)來進行抑制。

　　鎖相放大器歷史

　　上世紀六十年代美國公司研制出第一臺利用模擬電路實現(xiàn)微弱正弦信號測量的鎖相放大器，使微弱信號檢測技術(shù)突破性飛越，為解決大量電子測量做出貢獻，在物質(zhì)表面組份分析以及表面電子能態(tài)研宄方面有重大意義。自上世紀后期開始，國內(nèi)外越來越多的人開始研宄鎖相放大器，隨著科技的發(fā)展，越來越多性能優(yōu)良的鎖相放大器被研發(fā)出來，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，極大程度上推動了各個學(xué)科的發(fā)展，目前，從提高系統(tǒng)的靈敏度、減小噪聲帶寬、提高檢測精度、改善信噪比上都有了很大的進步。

　　近年來，數(shù)字電子技術(shù)飛速發(fā)展，鎖相放大器也在這一契機下，出現(xiàn)了模數(shù)混合的鎖相放大器與數(shù)字鎖相放大器，這在一定程度上彌補了由于物理器件造成的模擬鎖相放大器的缺點，極大改善了性能，提升了研究層次與擴大了應(yīng)用范圍。國外相較于國內(nèi)而言，起步要早一些，己研發(fā)出一系列鎖相放大器。美國公司、美國公司是行業(yè)的龍頭企業(yè)，它們所研制的模擬型：、和數(shù)字型：、、、均已有較成熟的發(fā)展與應(yīng)用。

　　其中公司是世界范圍內(nèi)數(shù)字鎖相放大器研制的佼佼者，該公司的產(chǎn)品在到的頻率帶寬內(nèi)可測，具有自動獲取、自動補償功能，具有諧波抑制功能、度的相位分辨率和大于的動態(tài)保留，時間常數(shù)位從到可調(diào)，它的數(shù)字信號處理設(shè)計使它具有很大的動態(tài)存儲，這就減少了使用帶通濾波器時帶進的噪聲以及系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。就國內(nèi)而言，南京大學(xué)唐鴻賓等對鎖相放大器的研宄起步較早，研發(fā)出了系列鎖相放大器，該校微弱信號檢測中心順勢。

　　研發(fā)出了新一代系列鎖相放大器，在著名的唐鴻賓教授帶領(lǐng)下，該中心現(xiàn)在仍然在不斷出現(xiàn)新的研宄成果。如：能抑制同頻干擾的鎖相放大器、型鎖相放大器、虛擬鎖相放大器等。在新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)的同時，越來越多人投入到有關(guān)數(shù)字鎖相算法的研究中，采樣方法中反向與正交法、累加法中四、六等分累加法與分段累加法接連出現(xiàn)，這些新的算法的出現(xiàn)，都為微弱信號檢測提供了支持與方便。