(b)锁定放大器的等效噪声带宽ΔfN由相关器决定,即:?由低通滤波器的时间常数决定。?为了对锁定放大器的抑制干扰和抑制噪声能力有一个定量的了解。根据实际仪器假设几个数据,求出锁定放大器的信号带宽和噪声带宽。目前国内外的产品。由面板可控制的时间常数,最大值为300秒,即T0=R0C0=300秒,代入上两式求得:?
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这些△fs和△fN的数值表明,锁定放大器具有十分窄的信号带宽和噪声带宽。如果工作频率fs为100kHz,这时,相当的带通放大器的Q值:这样高Q的带通滤波器,是常规带通滤波器所不能达到的。同时,对于锁定放大器,不必担心这样高的Q值,会由于元件的环境温度,工作频率,工作环境的变化带来不稳定。因为相关器只是相当于带通滤波器,而不是8的带通一个真正的带通滤波器。如果真的有一个Q=10 放大器,很可能由于元件,信号源频率等稳定性问题,而使实际系统无法工作。这里的锁定放大器。是采用相关接收的原理,相当于一个“跟踪’’滤波器。关键是“跟踪’’两字。由于信号和参考信号严格同步,以就不存在频率的稳定性问题。等效Q值是由低通滤波器的时间常数决定。对元件的稳定性要求不高,常规带通放大器的缺点这里不存在。14?
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仰制噪声能力怎样?这是关心的问题。大家熟知白噪声电压和噪声带宽平方根成正比。设仪器输入级等效噪声带宽△fNi=200KHz,相关器的输出等效噪声带宽由上述假-3设的数据为1.67×10 Hz,可以求得电压输出信噪比S0/N0和电压输入信噪比Si/Ni的关系:?
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表明相关器使电压信噪比提高一万多倍。功率信噪比提高了80分贝以上。这些数据充分表明,采用相关器技术设计的锁定放大器,具有很强的仰制噪声能力。上述只是讨论了基波,如果考虑到用方波作为参考信号的相关器,其它各次谐波的响应,将会发现相关器的传输函数和方波的频谱一样,因此,相关器也是方波的跟踪匹配滤波器,方波的基频是fs=fR。15-7-23????
(c)当fs=fR时由前式可知,锁定放大器的输入信号Vi=Vicos(ωst+φ)和输出电压V0的关系由下式决定:式中K为锁定放大器的总放大倍数。φ为信号与参考信号之间的相位差。上式表明,锁定放大器的输出为直流电压,并正比于输入信号的幅值Vi和与参考信号之间的相位差φ的余弦的乘积成正比。改变参考信号和待测信号之间的相位差,可以求得输入信号的振幅和相位。·锁定放大器(Lock in amplifier)的“锁定”两字,是指仪器有响应的信号频率锁在参考信号频率fR上。参考信号可以是仪器内部产生或由外部输入信号触发。但是,有一点必须指出,锁定放大器和一般的带通放大器不同,输出信号并不是输入信号的简单放大,而是把交流信号变成了直流信号,这实际上并不符合常规放大器的定义。锁定放大器命名为“锁定检测仪’’或“同步检测仪”可能更确切一些,或命名“锁定分析器”更好。16?
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