鎖相放大器介紹

1、微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器1.1.概述概述自從1962年，美國EG&G PARC公司制作了第一臺(tái)鎖相放大器(LIA)的后，微弱信號(hào)檢測技術(shù)得到了突破性的發(fā)展。后來又出現(xiàn)了模擬鎖相放大器(ALIA) 和數(shù)字鎖相放大器(DLIA) 。對(duì)于數(shù)

2、字鎖相放大器而言，又出現(xiàn)基于單片機(jī)的DLIA 和基于專用DSP的DLIA 。還有基于PC 的系統(tǒng)級(jí)模塊化DLIA ，這種鎖相的算法是采用C， C+等語言實(shí)現(xiàn)的。由于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在PC平臺(tái)上，所以可以使用各種仿真軟件對(duì)算法進(jìn)行研究。 模擬鎖相放大器數(shù)字鎖相放大器微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器2. 2. 鎖定放大器抑制噪聲的基本出發(fā)點(diǎn)鎖定放大器抑制噪聲的基本出發(fā)點(diǎn)( 1 )用調(diào)制器將直流或慢變信號(hào)的頻譜遷移到調(diào)制頻率處,再進(jìn)行放大, 以避開1 /f 噪

3、聲的不利影響；( 2 )利用相關(guān)器實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，同時(shí)檢測頻率和相位，噪聲 與信號(hào)同頻又同相的概率很小；（3）利用低通濾波器來抑制噪聲，低通濾波器的頻帶可以做的較窄， 而且其頻帶寬度不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性也大大地提高。 頻譜遷移頻譜遷移微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器3.3. 鎖相放大器的基本原理鎖相放大器的基本原理鎖相放大器是以相關(guān)檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，利用互相關(guān)的原理設(shè)計(jì)的一種同步相干檢測儀。它是一種對(duì)檢測信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的電子設(shè)備

4、，利用參考信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率相關(guān)，與噪聲頻率不相關(guān)，從而從噪聲中提取有用信號(hào)。它而是把交流分量放大并變成相應(yīng)的直把交流分量放大并變成相應(yīng)的直流信號(hào)輸出流信號(hào)輸出。是從強(qiáng)噪聲中提取弱信號(hào)的重要手段。在國外常把這類儀器稱為鎖定放大器(Lock-in Amplifier) 。可理解為:把待測信號(hào)中與參考信號(hào)同步的信號(hào)放大并檢測出來。微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器經(jīng)過調(diào)制m送入鎖相放大器(t)I信號(hào)恢復(fù)(t)I 隨時(shí)間緩變的信號(hào)信號(hào)輸入?yún)⒖夹盘?hào)m輸出信

5、號(hào)（與信號(hào)幅度成正比，與相對(duì)相位有關(guān)）Lock-in鎖相放大器的工作過程鎖相放大器的工作過程微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 兩個(gè)具有確定頻率和相位的周期性信號(hào)，它們的相關(guān)特性可以用互相關(guān)兩個(gè)具有確定頻率和相位的周期性信號(hào)，它們的相關(guān)特性可以用互相關(guān)函數(shù)來表達(dá)：函數(shù)來表達(dá)：互相關(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù) ttftfTRTTTd)()(21)(2112lim式中式中f f1 1( (t t) ) 和和 f f2 2( (t t) )為兩個(gè)周期信號(hào)，為兩個(gè)周期信號(hào)

6、，為兩個(gè)信號(hào)之間的任意延遲時(shí)間，為兩個(gè)信號(hào)之間的任意延遲時(shí)間，T T為平均積分時(shí)間（或稱為時(shí)間常數(shù)）。為平均積分時(shí)間（或稱為時(shí)間常數(shù)）。 微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 可以證明，只有當(dāng)可以證明，只有當(dāng) f f1 1( (t t) ) 和和 f f2 2( (t t) ) 為同頻信號(hào)時(shí)，才為同頻信號(hào)時(shí)，才可能有較大的輸出值。鎖相放大器正是利用了這個(gè)特性，可能有較大的輸出值。鎖相放大器正是利用了這個(gè)特性，在隨時(shí)間的演變過程中兩個(gè)同頻信號(hào)可以相互關(guān)聯(lián)，

7、而噪在隨時(shí)間的演變過程中兩個(gè)同頻信號(hào)可以相互關(guān)聯(lián)，而噪聲作為隨機(jī)變量與被測信號(hào)不相關(guān)聯(lián)，經(jīng)過長時(shí)間積分平聲作為隨機(jī)變量與被測信號(hào)不相關(guān)聯(lián)，經(jīng)過長時(shí)間積分平均后對(duì)周期性重復(fù)信號(hào)的累計(jì)要比對(duì)隨機(jī)噪聲的累計(jì)大得均后對(duì)周期性重復(fù)信號(hào)的累計(jì)要比對(duì)隨機(jī)噪聲的累計(jì)大得多，從而有可能將深埋于噪聲背景中的信號(hào)取出多，從而有可能將深埋于噪聲背景中的信號(hào)取出，這就是，這就是相關(guān)檢測方法能提高信噪比的原因相關(guān)檢測方法能提高信噪比的原因。微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 我們

8、可以按照上式來設(shè)計(jì)一個(gè)電路，其方框圖如下，我們可以按照上式來設(shè)計(jì)一個(gè)電路，其方框圖如下， f f1 1( (t t) ) 和和 f f2 2( (t t) ) 為周期函數(shù)：為周期函數(shù)：相關(guān)檢測方框圖相關(guān)檢測方框圖f1(t)f2(t)延時(shí)器乘法器積分器T輸出ttftfTRTTTd)()(21)(2112lim微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 如果兩個(gè)信號(hào)的頻率分別為如果兩個(gè)信號(hào)的頻率分別為1 1和和2 2，并記為：，并記為：)sin()()sin()(

9、)(22221111tVtSttVtSS S1 1( (t t) ) 和和 S S2 2( (t t) ) 的互相關(guān)函數(shù)為：的互相關(guān)函數(shù)為： ttTVVttTVVtttVVTtRTTTTTTTTTdcos4dcos4d)sin()sin(21)(21212212121222112112limlimlim微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器ttTVVtRTTTdcos4)(212112lim相關(guān)檢測的輸出信號(hào)：相關(guān)檢測的輸出信號(hào)：兩個(gè)信號(hào)頻率不等的情況下，

10、經(jīng)過長時(shí)間積分平均后輸出必定為零，說明兩個(gè)信號(hào)頻率不等的情況下，經(jīng)過長時(shí)間積分平均后輸出必定為零，說明頻率不等的兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的。只有當(dāng)兩個(gè)信號(hào)頻率完全相等（頻率不等的兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的。只有當(dāng)兩個(gè)信號(hào)頻率完全相等（1 1= =2 2） 時(shí)，才有相關(guān)信號(hào)輸出：時(shí)，才有相關(guān)信號(hào)輸出： )cos(2)()(2112VtVR微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 上式說明當(dāng)輸入信號(hào)與參考信號(hào)頻率相等時(shí)，上式說明當(dāng)輸入信號(hào)與參考信號(hào)頻率相等時(shí)，相關(guān)檢測相關(guān)檢測的

11、輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅度的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅度V V1 1( (t t) )成正比，還與兩個(gè)信號(hào)成正比，還與兩個(gè)信號(hào)的相對(duì)相位的相對(duì)相位 有關(guān)有關(guān)。鎖相放大器就是基于相關(guān)檢測的原。鎖相放大器就是基于相關(guān)檢測的原理，將與參考信號(hào)同頻的信號(hào)檢測出來，而把與參考信號(hào)理，將與參考信號(hào)同頻的信號(hào)檢測出來，而把與參考信號(hào)不同頻的噪聲或干擾信號(hào)抑制掉，從而提高了測量的信噪不同頻的噪聲或干擾信號(hào)抑制掉，從而提高了測量的信噪比。比。微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器

12、鎖相放大器采用的是外差式振蕩技術(shù)，它把被測量的信號(hào)通過頻率變換的方式轉(zhuǎn)變成為直流。即利用鎖相放大器中的信號(hào)相關(guān)原理，對(duì)兩個(gè)混有噪聲的周期信號(hào)進(jìn)行相乘和積分處理后，將信號(hào)從噪聲中檢測出來，并達(dá)到通過互相關(guān)運(yùn)算削弱噪聲影響的目的。鎖相放大器的工作原理鎖相放大器的工作原理微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器如果是一個(gè)1Hz和一個(gè)1.1Hz的信號(hào)相乘，用乘法器相乘得到的結(jié)果是一個(gè)交流調(diào)制波，基頻是1Hz，幅頻是0.1Hz 只有與參考信號(hào)頻率完全一致的信號(hào)才能在乘

13、法器輸出端得到直流偏量，其他信號(hào)在輸出端都是交流信號(hào)。如果在乘法器的輸出端加一個(gè)低通濾波器，那么所有的交流信號(hào)分量全部被濾掉，剩下的直流分量就只是正比于輸入信號(hào)中的特定頻率的信號(hào)分量的幅值。 微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器圖為典型的鎖相放大器原理構(gòu)成圖。一般鎖相放大器的組成分為三部分:信號(hào)通道、參考通道和相關(guān)器信號(hào)通道、參考通道和相關(guān)器。被檢測的信號(hào)往往是很微弱的，并且伴隨的噪聲很大。信號(hào)通道的作用是將伴有噪聲的微弱信號(hào)放大到足以推動(dòng)相關(guān)器工作的電

14、平，并兼有抑制和濾除部分干擾及噪聲功能，從而擴(kuò)大儀器的動(dòng)態(tài)范圍。因此信號(hào)通道信號(hào)通道位于相關(guān)器之前，它由輸入變壓器、低噪聲前置放大器、各種功能的有源濾波器和主放大器等組成。傳統(tǒng)鎖相放大器的構(gòu)成原理傳統(tǒng)鎖相放大器的構(gòu)成原理微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 通常鎖定放大器的參考通道參考通道輸出是和信號(hào)同步的對(duì)稱方波或正弦波，用以驅(qū)動(dòng)相關(guān)器的場效應(yīng)管開關(guān)。參考通道主要由觸發(fā)電路、倍頻電路、相移電路、方波形成電路及驅(qū)動(dòng)電路組成。參考觸發(fā)信號(hào)可在儀器內(nèi)部產(chǎn)生，

15、也可從外部輸入，大部分產(chǎn)品由外部輸人。輸入波形可以是正弦波、方波、三角波、脈沖波等各種周期信號(hào)。 相關(guān)器相關(guān)器是一種完成被測信號(hào)與參考信號(hào)兩者互相關(guān)函數(shù)運(yùn)算的電子線路。它必須具有動(dòng)態(tài)范圍大、漂移小、時(shí)間常數(shù)可調(diào)、線性好、增益穩(wěn)定和曲率范圍寬等性能。由相關(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式可知，需要一個(gè)乘法器和積分器實(shí)現(xiàn)這一數(shù)學(xué)運(yùn)算，從理論上講用一個(gè)模擬乘法器和一個(gè)積分時(shí)間為無窮大的積分器，就可以把深埋在任意噪聲中的微弱信號(hào)檢測出來。微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 相

16、敏檢測器（相關(guān)器）相敏檢測器（相關(guān)器）是鎖定放大器的核心部件，它實(shí)現(xiàn)了被測信號(hào)與參考信號(hào)的互相關(guān)運(yùn)算。敏檢測器有模擬乘法器式和電子開關(guān)式，其中電子開關(guān)式相敏檢測器由于受到參考信號(hào)幅度波動(dòng)的影響較小，所以得到更廣泛的應(yīng)用。電子開關(guān)式相敏檢測器的輸出等效為被測信號(hào)與幅度為1、占空比為50的方波信號(hào)r(t)的乘積。0( )cos()x tVt1014( 1)( )cos(21)21nnr tntn設(shè)輸入信號(hào)為：根據(jù)傅立葉變換，r(t)可用三角函數(shù)的形式表示：r(t)與 相乘的結(jié)果為：( )x t微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Wea

17、k Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器1100112( 1)2( 1)cos(22)cos22121nnnnVVntntnn式右邊的第一項(xiàng)為差頻項(xiàng)，第二項(xiàng)為和頻項(xiàng)。經(jīng)過低通濾波器（LPF），所有的和頻項(xiàng)與的差頻項(xiàng)都被濾除，最后濾波器的輸出為： 2( )cos( )oVu t說明被測信號(hào)通過相敏檢測器(PSD)和低通濾波器(LPF)后，輸出正比于被測信號(hào)的幅度、同時(shí)正比于參考信號(hào)與被測信號(hào)的相位差的余弦函數(shù)，此時(shí)，輸出最大。1001( )( )( )4( 1)cos()cos(21)21pnnutx tr tVtntn微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Sig

18、nal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器適合于鎖相放大器檢測的信號(hào)應(yīng)該是單頻率的，或者說傳導(dǎo)頻譜所占寬度是較窄的，也就是要求信號(hào)所攜帶的檢測量(信息)的變化是很緩慢的，否則檢出的信息就會(huì)因丟失高額分量而畸變。微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signa

19、l Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 在光譜測量中，經(jīng)常遇到的是一種幅度隨時(shí)間緩慢變化的在光譜測量中，經(jīng)常遇到的是一種幅度隨時(shí)間緩慢變化的連續(xù)型信號(hào)連續(xù)型信號(hào)V V1 1( (t t) )。在采用鎖相放大器進(jìn)行檢測時(shí)，先要對(duì)此。在采用鎖相放大器進(jìn)行檢測時(shí)，先要對(duì)此信號(hào)進(jìn)行某種調(diào)制，變換成一個(gè)與參考信號(hào)同頻率的交流信信號(hào)進(jìn)行某種調(diào)制，變換成一個(gè)與參考信號(hào)同頻率的交流信號(hào)，經(jīng)過鎖相放大器同頻相檢后，將一個(gè)與號(hào)，經(jīng)過鎖相放大器同頻相檢后，將一個(gè)與V V1 1( (t t) )成正比的放成正比的放大信號(hào)恢復(fù)出來，而隨輸入信號(hào)一起攜帶進(jìn)來的干擾噪聲由大信號(hào)恢復(fù)出來，而隨輸入信號(hào)一起

20、攜帶進(jìn)來的干擾噪聲由于與參考信號(hào)頻率不同都被濾除了。于與參考信號(hào)頻率不同都被濾除了。 例：光譜測量過程例：光譜測量過程微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器隨時(shí)緩慢變化的連續(xù)信號(hào)隨時(shí)緩慢變化的連續(xù)信號(hào)V V1 1(t)(t)經(jīng)過調(diào)制經(jīng)過調(diào)制V V1 1(t)sin(t)sin(m mt+t+1 1) )經(jīng)過同頻參考信號(hào)解調(diào)和積分經(jīng)過同頻參考信號(hào)解調(diào)和積分將將V V1 1(t)(t)信號(hào)放大恢復(fù)出來信號(hào)放大恢復(fù)出來鎖相放大器處理信號(hào)的過程鎖相放大器處理信號(hào)的

21、過程微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器光源光源斬光器斬光器探測器探測器 m m參考信號(hào)參考信號(hào)Lock-in信號(hào)信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)測量過程測量過程I( (t t) )I( (t t) )m微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 在使用過程中須注意對(duì)在使用過程中須注意對(duì)相位相位的調(diào)整，只有在某個(gè)恰當(dāng)?shù)南辔坏恼{(diào)整，只

22、有在某個(gè)恰當(dāng)?shù)南辔粭l件下有最大幅度的輸出信號(hào)。此外，條件下有最大幅度的輸出信號(hào)。此外，積分時(shí)間常數(shù)積分時(shí)間常數(shù) T T 的選的選取也很重要，時(shí)間常數(shù)取也很重要，時(shí)間常數(shù)T T 越長，相當(dāng)于低通濾波器的帶寬越窄，越長，相當(dāng)于低通濾波器的帶寬越窄，對(duì)噪聲的抑制能力越強(qiáng)。但由于我們所測量的是一個(gè)幅度緩慢對(duì)噪聲的抑制能力越強(qiáng)。但由于我們所測量的是一個(gè)幅度緩慢變化的信號(hào)變化的信號(hào) V V1 1( (t t) )，它仍然占有一定的頻帶寬度，因此，低通，它仍然占有一定的頻帶寬度，因此，低通濾波器就需要有一定的帶寬，保證該信號(hào)通過。如果時(shí)間常數(shù)濾波器就需要有一定的帶寬，保證該信號(hào)通過。如果時(shí)間常數(shù) T T 取

23、得過長，低通濾波器帶寬過窄，將會(huì)引起信號(hào)取得過長，低通濾波器帶寬過窄，將會(huì)引起信號(hào) V V1 1( (t t) ) 的的失真。失真。微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器鎖相放大器對(duì)信噪比的改善程度（輸出信噪比與輸入信噪比鎖相放大器對(duì)信噪比的改善程度（輸出信噪比與輸入信噪比的比例）為的比例）為TnBnBinSNRoutSNR式中式中B Bn n為相敏檢波器前的等效噪聲帶寬。相敏檢波器和隨后的為相敏檢波器前的等效噪聲帶寬。相敏檢波器和隨后的低通濾波器可以被看

24、成一個(gè)帶寬非常窄的組合濾波器，低通濾波器可以被看成一個(gè)帶寬非常窄的組合濾波器， 為低通濾波器的等效噪聲帶寬，由時(shí)間常數(shù)為低通濾波器的等效噪聲帶寬，由時(shí)間常數(shù) T T 來決定。這樣，來決定。這樣，鎖相放大器對(duì)信噪比的改善程度大致為鎖相放大器對(duì)信噪比的改善程度大致為10103 310106 6倍。倍。微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器掃描單色儀掃描單色儀聚焦透鏡聚焦透鏡PMTPMT高壓電源高壓電源記錄儀記錄儀鎖相放大器鎖相放大器參考信號(hào)參考信號(hào)信號(hào)信號(hào)斬光

25、器斬光器NeNe燈燈光譜燈電源光譜燈電源輸出輸出用鎖相放大器對(duì)用鎖相放大器對(duì)NeNe光譜進(jìn)行測量光譜進(jìn)行測量微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器斬光器，通常調(diào)制頻率為幾百赫茲斬光器，通常調(diào)制頻率為幾百赫茲微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器頻率調(diào)制光譜方框圖頻率調(diào)制光譜方框圖電光晶體電光晶體吸收樣品吸收樣品探測器探

26、測器鎖相放大器鎖相放大器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)調(diào)制驅(qū)動(dòng)源調(diào)制驅(qū)動(dòng)源V V參考參考輸入輸入輸出輸出掃描激光掃描激光微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器鎖相放大器（鎖相放大器（Lock-in amplifier)型號(hào)：型號(hào)：EG&G 5101型型 靈敏度：靈敏度：1 1 V V 補(bǔ)償調(diào)節(jié)：補(bǔ)償調(diào)節(jié)： 1010滿度信號(hào)滿度信號(hào)頻率：頻率：5Hz 100KHz 5Hz 100KHz 時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：1ms 30s1ms 30s微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (W

27、eak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 靈敏度：靈敏度： 1V250mV1V250mV；頻率范圍：；頻率范圍： 5Hz100kHz5Hz100kHz； 輸入阻抗：輸入阻抗： 1M1M； 輸出幅度：輸出幅度：1V1V，600 600 滿度；滿度； 補(bǔ)償調(diào)節(jié)：補(bǔ)償調(diào)節(jié)：1010 滿度信號(hào)；滿度信號(hào)； 參考信號(hào)：不小于參考信號(hào)：不小于200mV200mVP PP P，最大不超過，最大不超過5V5VP PP P， 在在1V1VP PP P時(shí)，相位角指示絕對(duì)值最準(zhǔn)確；時(shí)，相位角指示絕對(duì)值最準(zhǔn)確；

28、 參考信號(hào)輸入阻抗：參考信號(hào)輸入阻抗： 1M1M； 時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)： 1ms30s 1ms30s 可調(diào)。可調(diào)。EG&G5101EG&G5101型鎖相放大器的參數(shù)型鎖相放大器的參數(shù)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 SR830 SR830 鎖相放大器鎖相放大器信號(hào)輸入信號(hào)輸入模擬輸出模擬輸出參考信號(hào)參考信號(hào)正弦波輸出正弦波輸出A A通道顯示通道顯示B B通道顯示通道顯示參考信號(hào)顯示參考信號(hào)顯示微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Det

29、ection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器SR830SR830鎖相放大器鎖相放大器靈敏度：靈敏度：2nV 2nV 1V 1V； 測量頻率：測量頻率：100KHz100KHz時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：10s 30s10s 30s； 補(bǔ)償：補(bǔ)償：1010倍滿度值倍滿度值微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 輸入滿刻度靈敏度輸入滿刻度靈敏度 2nV - 1V2nV - 1V； 輸入阻抗輸入

30、阻抗 10M+25pF, AC10M+25pF, AC或或DCDC耦合；耦合； 參考信號(hào)頻率范圍參考信號(hào)頻率范圍 1mHz 1mHz 102kHz 102kHz； 相位角度的誤差相位角度的誤差 11； 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 10s 10s 30s 30s； 內(nèi)置振蕩器頻率范圍內(nèi)置振蕩器頻率范圍 1mHz 1mHz 102kHz 102kHz； 調(diào)零補(bǔ)償范圍調(diào)零補(bǔ)償范圍(offset) (offset) 105%105%滿度值；滿度值； 輸出擴(kuò)展輸出擴(kuò)展 x x 和和 y y 可以被擴(kuò)展可以被擴(kuò)展1010至至100100倍。倍。 SR830 SR830鎖相放大器的主要指標(biāo)鎖相放大器的主要指標(biāo) 微弱信

31、號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器根據(jù)不同的用途可分類為：根據(jù)不同的用途可分類為：1.1.正交矢量型鎖定放大器正交矢量型鎖定放大器同相輸出：同相輸出：正交輸出：正交輸出： 被測信被測信 的幅度和的幅度和相位：相位：微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器2.2.外差式鎖定放大器外差式鎖定放大器避免信號(hào)頻率特性改變時(shí)使得信號(hào)的頻率位于帶通濾波器避免信號(hào)頻率特性改變時(shí)使得信號(hào)的頻率位于帶通濾波器的邊沿，導(dǎo)致輸出不穩(wěn)定的邊沿，導(dǎo)致輸出不穩(wěn)定微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)微弱信號(hào)檢測微弱信號(hào)檢測 (Weak Signal Detection)第四章第四章 鎖相放大器鎖相放大器 鎖相放大器的輸出信號(hào)中仍然會(huì)有剩余的噪聲，主要原鎖相放大器的輸出信號(hào)中仍然會(huì)有剩余的噪聲，主要原因是：（因是：（1 1）為了使信號(hào)不失真，低通濾波器必須要保留一）為了使信號(hào)不失真，低通濾波器必須要保留一定的帶寬，這會(huì)引起一些剩余的噪