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为什么要使用锁相放大器?

时间:2023-06-09 16:55:50 作者:博纳德 点击:

我们来看一个例子。假设信号是10 kHz的10 nV正弦波。很明显需要一些放大。一个好的低噪声前置放大器可能有输入噪声约为5 nV/√Hz。如果放大器带宽为100 kHz,增益为1000,则我们预计输出信号为10 μV(10 nV × 1000)和1.6 mV的宽带噪声(5 nV/√Hz × √100 kHz ×1000)。如果我们不单独分离感兴趣的频率,那么我们很难测量输出信号。

锁相放大器

如果我们在放大器后面加一个品质因数为100(非常好的)、中心频率为10 kHz的带通滤波器,任何在100 Hz带宽内的信号都会被检测到(10 kHz/Q)。滤波带内的噪声为50 μV(5 nV/√Hz × √100 Hz ×1000),而信号仍为10 μV。输出噪声仍然远大于信号,无法进行精确的测量。进一步增益并不能解决信噪比问题。

现在我们试试在放大器之后接一个相敏检波器(PSD)。PSD可以在0.01 Hz的带宽内检测到10 kHz的信号!在这种情况下,检测带宽内的噪声仅为0.5 μV(5 nV/√Hz × √.01 Hz ×1000),而信号仍为10 μV。信噪比现在为20,可以进行信号的精确测量。

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