杨建新 武银兰

(太原理工大学应用物理系 山西 太原 030024)

锁定放大器(LIA)使用在很多场合，它是一个以解调器为核心的微弱信号检测仪器，在噪声大于信号数千倍以上时仍能正常检测．自从锁定放大器问世以来，它获得了快速发展，性能指标有了很大提高.在物理、化学、生物医学、天文、通信等领域得到广泛的应用．从LIA的工作原理看，它对环境噪声的抑制能力可以达到无限大，实际上并不能做到这一点．G.T.Gillies提出LIA 的测量误差是输入信号信噪比(SNR)的函数[1]．文献[2]认为LIA的最小可测电压受交流通道的等效输入噪声等因素的影响．

本文对微弱信号及加了噪声的微弱信号用锁定放大器进行了测试，结果表明锁定放大器具有良好的检测微弱信号的功能，同时也具有良好的抑制噪声的能力，

1 锁定放大器的基本原理[3]

锁定放大器是以相干检测技术为基础，其核心部分是相关器，基本原理框图如图1所示．

图1 锁定放大器原理框图

锁定放大器的主要由三部分组成，即：信号通道(相关器前那一部分)、参考通道和相关器(包括直流放大器) .

1.1 相关器

相关器是锁定放大器的核心部件．锁定放大器中的相关器，通常采用图2所示的形式，由一个开关式乘法器(×)与低通滤波器(LPF)组成．

图2 锁定放大器中的相关器

令图2中输入开关乘法器的被测信号UA(t)和参考信号UB(t)分别为

(1)

(2)

则开关乘法器的输出信号为

U1(t)=UA(t)·UB(t)=

UAUBcos[(ωA+ωB)t+(φA+φB)]+

UAUBcos[(ωA-ωB)t+(φA-φB)]

(3)

可见开关乘法器的输出由和频ωA+ωB和差频ωA-ωB两部分组成．当ωA=ωB或ωA在ωB附近时，则以低通滤波器组成的积分器取出差额分量来检测信号．当ωA=ωB时，低通滤波器LPF的输出为