一、什么是锁相放大器
锁相放大器 (Lock-in Amplifier) 是用于检测和测量非常微小的交流信号的仪器 - 最低可达几纳伏。即使微弱信号被数千倍更大的噪声淹没，仍可以进行准确的测量。
锁相放大器采用一种称为相敏检测的技术，可以单独识别特定参考频率和相位的信号成分。 位于参考频率以外的噪声信号会被抑制，不会影响测量结果。
二、为什么要使用锁相放大器?
让我们来看一个例子。假设信号是 10 kHz 的 10 nV 正弦波。显然需要某种放大手段。一个好的低噪声放大器可能具有大约 5 nV/√Hz 的输入噪声。如果放大器带宽为 100 kHz，增益为 1000，那么我们可以期望我们的输出为 10 μV 的信号 (10 nV × 1000) 和 1.6 mV 的宽带噪声 (5 nV/√Hz × √100 kHz × 1000)。如果不单独分离出感兴趣的频率，我们将很难测量输出信号。
如果在放大器后面级联一个品质因数 (Q) 为 100 的带通滤波器 (一个非常好的滤波器) ，中心频率为 10 kHz，则任何落在 100 Hz 带宽内的信号都将被检测到 (10 kHz/Q)。滤波器通带内的噪声将为 50 μV (5 nV/√Hz × √100 Hz × 1000)，信号仍然为 10 μV。输出噪声仍然远大于信号，无法进行准确的测量。进一步放大对信噪比问题没有帮助。
现在尝试在放大器后面加入一个相敏检测器 (PSD)。PSD 可以检测 10 kHz 的信号，带宽可窄至 0.01 Hz!在这种情况下，检测带宽内的噪声将只有 0.5 μV (5 nV/√Hz × √0.01 Hz × 1000)，而信号仍然为 10 µV。此时信噪比为 20，可以进行信号的准确测量。
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