一、鎖相放大器測(cè)量什么?
那么鎖相放大器到底是用來(lái)衡量什么的呢?傅里葉定理基本上表明,任何輸入信號(hào)都可以表示為許多不同幅度、頻率和相位的正弦波的和。這通常被認(rèn)為是在“頻域”中表示信號(hào)。普通示波器在“時(shí)域”顯示信號(hào)。除了干凈的正弦波外,時(shí)域表示并不能傳達(dá)構(gòu)成信號(hào)的各種頻率的太多信息。
二、SRS鎖定衡量什么?
大多數(shù)SRS鎖相放大器(SR830, SR860, SR865A等)使用正弦波混頻,其中輸入信號(hào)乘以參考頻率的純正弦波。輸入信號(hào)的所有分量(感興趣的信號(hào)、噪聲、諧波等)同時(shí)乘以參考信號(hào)。從數(shù)學(xué)上講,不同頻率的正弦波是正交的,即兩個(gè)正弦波乘積的平均值為零,除非頻率完全相同。在大多數(shù)SRS鎖定中,這種乘法的乘積產(chǎn)生的直流輸出信號(hào)與頻率精確鎖定到參考頻率的信號(hào)分量成正比。
乘法器后面的低通濾波器提供平均,它去除參考信號(hào)與所有其他頻率的分量的乘積。由于大多數(shù)SRS鎖相放大器將輸入信號(hào)與純正弦波相乘,因此它們?cè)趨⒖碱l率處測(cè)量信號(hào)的單個(gè)傅立葉(正弦)分量。讓我們來(lái)看一個(gè)例子。假設(shè)輸入信號(hào)是頻率為f的簡(jiǎn)單方波。這個(gè)方波實(shí)際上是由許多頻率為f倍的正弦波組成的,這些正弦波的振幅和相位密切相關(guān)。
2V pk-pk方波可以表示為S(t) = 1.273 sin(ωt) + 0.4244 sin(3ωt) + 0.2546 sin(5ωt) +…其中ω = 2πf。鎖定到f,將挑出第一個(gè)分量。測(cè)量的信號(hào)將是1.273 sin(ωt),而不是你在示波器上測(cè)量的2V pk-pk。在一般情況下,輸入由信號(hào)加噪聲組成。噪聲表示為在所有頻率上變化的信號(hào)。理想的鎖相器只對(duì)參考頻率下的噪聲作出反應(yīng)。其他頻率的噪聲由乘法器后的低通濾波器去除。這種“帶寬縮小”是鎖相放大器提供的主要優(yōu)勢(shì)。只有參考頻率的輸入才會(huì)產(chǎn)生輸出。
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