了解锁相放大器的类型和相关噪声源
时间：2023-11-13 浏览：328
模拟或数字当个锁定放大器出现时，它的所有组件（滤波器、乘法器、移相器等）都是纯模拟的。由于技术的发展以及数字信号处理器 (DSP) 价格的降低，一些部件（例如滤波器或放大器）变得数字化。
然而，在某些非常特殊的情况下，模拟部件非常有用。这就是为什么一些放大器仍然保留其某些组件模拟的原因。实际上，纯数字锁定放大器并不存在，因为输入滤波器或放大器等级仍然是模拟的。
单相或双相检测器
正如我们在回顾上一篇文章中的零差收发器时所看到的，锁定放大器的支柱使用参考信号来恢复同相 (I)分量；他们还使用相同的 90° 偏移信号来恢复正交 (Q)分量。因此，双相锁定放大器可检测两个分量，而单相锁定放大器仅检测同相分量。
双相和双通道锁定放大器之间的区别有时可能会令人困惑。双相位锁定放大器可以检测相位和正交分量，而双通道锁定放大器可以测量两个不同的信号。因此，可以具有双相单通道锁定放大器以及单通道双相锁定放大器。
锁相放大器噪声源
我们已经看到，当目标是从非常嘈杂的环境中恢复信号时，锁定放大器是一个很好的工具。当在旨在对抗噪声的实验中使用锁相放大器时，您必须首先了解噪声从何而来。
热噪声
热噪声，也称为约翰逊-奈奎斯特噪声，是由静止电荷载流子（即电子）的热波动引起的。这些波动是由温度变化引起的，并且与施加的电压无关。每个电阻都会产生热噪声，根据 Nyquist [1] 初进行的实验，可以用以下公式表示：
[V_{热}(rms)=sqrt{4kTRDelta f}]
在此公式中，k是玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，(Delta f )是带宽，R是电阻值。该公式说明了仔细选择所有模拟级电阻值同时尽可能减少不必要带宽的重要性。
散粒噪声
电流是由离散电荷（电子或空穴）的流动引起的，具体取决于结的类型。由于这些电荷不是连续的而是离散的，因此电荷的流动不均匀，从而导致统计噪声。这个原理可以用下面的表达式来概括：
[I_{shot}(rms)=sqrt {2qI Delta f}]
这里，q是电子电荷，I是电路中施加的 RMS 电流， (Delta f )是带宽。使用锁定放大器时，输入带宽通常很小，因此散粒噪声不会对测量产生太大影响。