日本株式會社NF回路設計-什么是鎖相放大器？

日本株式會社NF回路設計-什么是鎖相放大器？

主要特點

• *大測量頻率: 11 MHz
• 分次諧波測量
• 雙頻同時測量
• 外部10 MHz同步輸入

什么是鎖相放大器？

鎖相放大器是通過組合使用PSD和LPF的方式，來測量交流信號的振幅和相位的儀器。輸入交流的“參考信號”， 并且只測量與其相同頻率的信號。盡管測量信號中摻雜了交流噪聲，還是可以通過去除噪聲且只測量目標頻率的信號。

什么是 "DR" ?

DR是用來表現鎖相放大器性能的重要參數。鎖相放大器的降噪能力是由DR（動態范圍）規定的。NF的鎖相放大器DR規格在100 dB以上。換而言之，當1 Vp-p的噪聲信號重疊在10 μV的交流信號上時，也可以完成測量。從而知曉，鎖相放大器通常都具有極高的降噪能力。

鎖相放大器適合于什么類型的測量？

1: 微小信號測量

在一般的測試環境中，存在mV程度的電壓和μA程度的電流殘余噪聲信號。所以想要測量被背景的噪聲信號所覆蓋住的振幅信號，是十分困難的。但是鎖相放大器的降噪能力優良，就算是極其微小的信號也可以測量。

以下是NF鎖相放大器測量信號的*小量程：

• *小電壓范圍: 10 nV (LI5660 / LI5655 / LI5650 /LI5645)
• *小電流范圍: 10 fA* (LI5660 / LI5655 / LI5650)

*"f"為femto = 10-15

2: 相位測量

3. 噪聲測量

用于鎖相放大器中的PSD不但能夠測量到信號，還可以測量到噪聲。鎖相放大器的操作與BPF相同，通過設定BPF（帶通濾波器）的頻段來測量噪聲。

NF鎖相放大器有什么特征？

1: 數字鎖相放大器

測量信號和參考信號在輸入后轉換成數字信號，PSD和LPF的處理也基本上是采用數字運算的。
數字運算有以下性能及功能上的優勢：

• 信號波形通過順序運算，縮短了低頻段的測量時間
• 通過減少信號處理端的直流失調，來減少輸出誤差

2: 高速響應

“時間常數”的*小設定值是非常短的。

• LI5660/LI5655: 1 μs
• LI5650/LI5645: 5 μs

十分適合需要用于高速圖像處理顯微鏡（如AFM）的信號處理。

3: 寬頻段頻率響應

LI5660的*高頻率為11MHz。且LI5650以及LI5645的*低頻率為1mHz。

• LI5660: 0.5 Hz ~ 11 MHz
• LI5655: 0.5 Hz ~ 3 MHz
• LI5650/LI5645: 1 mHz ~ 250 kHz

在微赫茲級別的低頻段中，十分適合做DLTS等半導體物質的深層瞬態分析。

4: 雙PSD

雙PSD可以在不調整相位的前提下，同時測量信號的振幅和相位。

5: 雙頻率測量 (LI5660 / LI5655 / LI5650)

一般的測量往往通過測量參考信號的頻率，雙頻率測量功能則是通過疊加參考信號頻率，再同時測量其他頻率。

• 諧波信號測量
• 基準樣品和對比樣品的差分測量

在“差分測量”模式下，使用通用鎖相放大器的話一般需要2臺，但如果使用具有雙頻率測量功能的鎖相放大器，只需要一臺即可完成測量。

6. 顯示采樣的輸出數據

輸出數據可以通過以下方式獲取并顯示。

• 正面板顯示 (可選擇數值或條形圖顯示)
• 模擬直流信號 (*多可4個系統同時輸出)
• 數字化數據 (USB, GPIB, 或 LAN界面)
• 
  
• 7: 豐富的周邊產品

• 通過增加時間常數設定, 鎖相放大器可以測量到摻雜了噪音的信號。增加時間常數會延長測量時間，并且僅使用鎖相放大器是無法將其縮短的。
  但是，在鎖相放大器的前端連接其他的濾波器或前置放大器，可以改善輸入信號的信噪比，從而實現測量時間的縮短。

  NF提供一系列前置放大器，可以與具有不同截止頻率的濾波器和前置放大器搭配使用。鎖相放大器與周邊產品的組合也十分容易，例如，為鎖相放大器的前置放大器裝配電源等。搭配使用“前置放大器+鎖相放大器”或“濾波器+鎖相放大器”，性能則有望進一步提升。

  微小信號測量儀

  型號	品名	概 要	詳細
  LI 5660	寬頻數字鎖相放大器	5 Hz ～ 11 MHz, 雙相位，雙頻
  LI 5655		5 Hz ～ 3 MHz, 雙相位，雙頻
  LI 5650	數字鎖相放大器	0.1 mHz to 250 kHz, 雙相位，雙頻
  LI 5645		0.1 mHz to 250 kHz, 雙相位，單頻
  LI 5640	數字鎖相放大器 (多功能型)	1 mHz ～ 100 kHz, 2 nV / F.S 相位穩定度: 0.01°/°C, 增益穩定度: ±100 ppm/°C *小時間常數: 10 μs, 內置振蕩器	停止銷售的產品
  LI 5630	數字鎖相放大器 (將LI 5640的功能濃縮、簡化了的經濟型)
  5610B	2相位鎖相放大器	0.5 Hz ～ 200 kHz, 100 nV / F.S 2相位, 自動設定功能, 標準內置振蕩器
  LI-575	同步跟蹤鎖相放大器	0.5 Hz ～ 200 kHz, 100 nV / F.S 配備噪聲測量模式	停止銷售的產品
  5571	微小信號測量儀頻率放大器	可將微小信號測量儀的 頻率增大到*高 5 MHz ?輸入頻率: 10 kHz ～ 5 MHz ?輸出頻率: 2 kHz / 20 kHz	停止銷售的產品