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Chapter 4
Lock-In Amplifier (LIA)
1
4 ．1 Introduction
一、 问题的提出
调制放大器：
信号V 调制→ V cos(ωt+θ) AC放大→
S S 0
AV cos(ωt+θ)+n(t) 滤波（BPF), 解调 → AV
S 0 S
问题：主要由BPF改善SNR ，Q=ω/B 越高越好，
0
Q太高则稳定性差（ω 和Q不稳定) 。
0
2
二、LIA 出发点
1．频谱迁移
2 ．通过相敏检测器（PSD ），用LPF实现原BPF功能，
带宽B很窄且稳定，不受f 0 影响；
3 ．同时利用 ω 和 θ 进行检测，噪声与信号同频又同相
0
的概率很低 。
3
三、LIA性能
1．增益G 1011 （220dB ）, ∴0.1nV→10V
2 ．相对Q值可达 108 ,等效噪声带宽Be 0.0004Hz
3 ．噪声过载电压 60dB
4 ．u ∝V cos θ，鉴幅又鉴相
o i
5 ．可实现正交的矢量测量
四、锁定放大器工作原理
4
4．2 相敏检测器（PSD）
4. 2. 1 模拟乘法器型
u (t) = x (t)×r(t)
p
1. x(t) 与r(t) 均为正弦波
x (t) = V cos(ωt+θ）
s 0
r(t) = V cos(ωt)
r 0
则：u (t) = x (t)×r(t)= V cos(ωt+θ)×V cos(ωt)
p s 0 r 0
= 0.5 V V cosθ+ 0.5 V V cos (2ωt+θ)
s r s r 0
5
u (t) = 0.5 V V cosθ+ 0.5 V V cos (2ωt+θ)
p s r s r 0
差频分量 和频分量
频谱迁移：由ω迁移至 0及 2ω 处，
0 0
迁移后保持原谱形状及幅度。
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