鎖相放大器是一種用于測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的電子儀器。它的主要組成部分有振蕩器，混頻器和低通濾波器。它的最基本，也是最常用的功能是從被噪聲淹沒(méi)的信號(hào)中測(cè)出某一頻率的信號(hào)的相位和幅值。

　　它之所以具備這樣的能力是運(yùn)用了正交性原理，將非選定頻率的信號(hào)（即噪聲）去除而選定頻率的信息得以保留。因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)的抗噪聲能力，鎖相放大器被廣泛應(yīng)用于各種高精測(cè)量系統(tǒng)中，比如MEMS研究。

　　鎖相放大器的結(jié)構(gòu)是輸入待測(cè)信號(hào)，經(jīng)放大和帶通濾波后與參考信號(hào)共同輸入混頻器得到的結(jié)果再通過(guò)低通兩個(gè)1Hz正弦信號(hào)相乘的結(jié)果濾波器濾波后輸出。這篇文章主要還是說(shuō)明鎖相放大器的重要參數(shù)，順便一起了解一下他的發(fā)展歷史。

　　鎖相放大器參數(shù)

　　1） 帶寬

　　鎖相放大器的決定因素的是帶寬〔，因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)量中是無(wú)法完全濾去十分接近參考頻率的噪音信號(hào)，所以帶寬成了影響信號(hào)檢測(cè)靈敏度的重要因素。現(xiàn)在可以提供檢測(cè)帶寬可以達(dá)到。

　　2） 參考頻率

　　鎖相放大器需要一個(gè)參考頻率。通常是用振蕩器或函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，用鎖相放大器檢測(cè)該信號(hào)在參考頻率的響應(yīng)。鎖相放大器用PLL產(chǎn)生參考信號(hào)。如果用外部參考信號(hào)，鎖相放大器中的就把內(nèi)部參考振蕩器的相位鎖定，產(chǎn)生一個(gè)固定相移的正弦信號(hào)。因?yàn)榭梢愿櫷獠款l率，所以外部頻率的變化不會(huì)影響測(cè)量。

　　3） 品質(zhì)因數(shù)

　　品質(zhì)因數(shù)決定選頻特性，其倒數(shù)稱(chēng)為相對(duì)帶寬，也就是增益衰減為的兩個(gè)截止頻率之間的帶寬。通過(guò)設(shè)定時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整濾波器的帶寬。而時(shí)間常數(shù)尤，其中是信號(hào)增益衰減為時(shí)的頻率。它可以反應(yīng)輸出響應(yīng)的速度和輸出信號(hào)的平滑度。

　　4） 動(dòng)態(tài)延續(xù)量

　　動(dòng)態(tài)延續(xù)量表示的是所能接受的最大噪音信號(hào)與被測(cè)量信號(hào)的增益之比在這個(gè)限度內(nèi)的信號(hào)不會(huì)帶來(lái)輸出信號(hào)的過(guò)載。為了增加這個(gè)比率，輸入信號(hào)必須很小以防止過(guò)載，但是實(shí)際情況不允許將這個(gè)值變得很高，因?yàn)楹椭绷鞣糯笃鞫加幸恍┢疲绻鼈兊脑鲆孢^(guò)大，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的測(cè)量誤差。為此可以通過(guò)改變時(shí)間常數(shù)來(lái)進(jìn)行抑制。

　　鎖相放大器歷史

　　上世紀(jì)六十年代美國(guó)公司研制出第一臺(tái)利用模擬電路實(shí)現(xiàn)微弱正弦信號(hào)測(cè)量的鎖相放大器，使微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)突破性飛越，為解決大量電子測(cè)量做出貢獻(xiàn)，在物質(zhì)表面組份分析以及表面電子能態(tài)研宄方面有重大意義。自上世紀(jì)后期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的人開(kāi)始研宄鎖相放大器，隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多性能優(yōu)良的鎖相放大器被研發(fā)出來(lái)，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，極大程度上推動(dòng)了各個(gè)學(xué)科的發(fā)展，目前，從提高系統(tǒng)的靈敏度、減小噪聲帶寬、提高檢測(cè)精度、改善信噪比上都有了很大的進(jìn)步。

　　近年來(lái)，數(shù)字電子技術(shù)飛速發(fā)展，鎖相放大器也在這一契機(jī)下，出現(xiàn)了模數(shù)混合的鎖相放大器與數(shù)字鎖相放大器，這在一定程度上彌補(bǔ)了由于物理器件造成的模擬鎖相放大器的缺點(diǎn)，極大改善了性能，提升了研究層次與擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。國(guó)外相較于國(guó)內(nèi)而言，起步要早一些，己研發(fā)出一系列鎖相放大器。美國(guó)公司、美國(guó)公司是行業(yè)的龍頭企業(yè)，它們所研制的模擬型：、和數(shù)字型：、、、均已有較成熟的發(fā)展與應(yīng)用。

　　其中公司是世界范圍內(nèi)數(shù)字鎖相放大器研制的佼佼者，該公司的產(chǎn)品在到的頻率帶寬內(nèi)可測(cè)，具有自動(dòng)獲取、自動(dòng)補(bǔ)償功能，具有諧波抑制功能、度的相位分辨率和大于的動(dòng)態(tài)保留，時(shí)間常數(shù)位從到可調(diào)，它的數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)使它具有很大的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，這就減少了使用帶通濾波器時(shí)帶進(jìn)的噪聲以及系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。就國(guó)內(nèi)而言，南京大學(xué)唐鴻賓等對(duì)鎖相放大器的研宄起步較早，研發(fā)出了系列鎖相放大器，該校微弱信號(hào)檢測(cè)中心順勢(shì)。

　　研發(fā)出了新一代系列鎖相放大器，在著名的唐鴻賓教授帶領(lǐng)下，該中心現(xiàn)在仍然在不斷出現(xiàn)新的研宄成果。如：能抑制同頻干擾的鎖相放大器、型鎖相放大器、虛擬鎖相放大器等。在新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)的同時(shí)，越來(lái)越多人投入到有關(guān)數(shù)字鎖相算法的研究中，采樣方法中反向與正交法、累加法中四、六等分累加法與分段累加法接連出現(xiàn)，這些新的算法的出現(xiàn)，都為微弱信號(hào)檢測(cè)提供了支持與方便。