咱们聊聊锁相放大器，这可是个专门处理微弱信号的宝贝，主要就是用参考信号的频率和相位信息，帮你在一堆噪声里开出一条稳定的通道。5MHz就是它工作频率的一个代表，说明这仪器能处理高频信号的极限在哪儿。激光仪器公司的激光器、探测器、光纤元件还有相机镜头这些东西，你要是想了解更详细的，直接打开百度APP扫码下载就行。 锁相放大器一开始干的活儿可不是单纯放大信号，它得先做个坐标转换。把原来按时间走的那个坐标系，换成参考信号做主的坐标系。这就好比你本来盯着一条乱哄哄的线性时间轴看，现在你把视线转到一个按参考信号频率匀速转的盘子上。在这视角下，跟参考信号一样频率相位的成分就变成了静止不动的矢量，其他那些乱响的噪声就成了高速旋转的矢量，转来转去平均下来就是零。 实现这种转换的核心就是相敏检测器。这玩意儿其实就是一个乘法器跟低通滤波器搭档干活。把待测信号跟一个同频率的参考正弦波乘一下，根据三角函数的那些积化和差关系，一乘出来就有了两个新东西：一个是直流分量，它的大小跟两个信号的幅度乘积还有它们相位差的余弦成正比；另一个就是频率翻了一倍的高频分量。紧跟着的低通滤波器专门负责把这个高频分量给精确滤掉，只让直流分量通过。这样一来，那些既不跟参考信号同频也不同相的噪声，经过相乘滤波之后就都被压得差不多没了。 仪器能不能把微弱信号牢牢锁住，关键看它内部的参考通道纯不纯、稳不稳。参考信号一般是外面触发的或者是自己的振荡器发出来的，然后通过一个锁相环电路精调一下，保证它跟待测信号里想要的那个成分频率严丝合缝地同步上。“锁相”这个词就是这么来的，这机制能让相敏检测器的基准永远对准目标信号，哪怕信号有点微小的飘移也不怕。 把相敏检测器处理完的直流信号用低噪声放大器给弄大一点，这是直接提升灵敏度的办法。不过锁相放大器真正的大本事还在于它的等效噪声带宽特别窄。仪器最后出来的噪声功率并不看前面的放大器有多吵，而是看那个低通滤波器的时间常数有多长。把时间常数设成好几秒甚至更长，就能把等效噪声带宽压到几毫赫兹这么低的水平，这样就能把绝大部分宽频带的噪声能量全都挡在门外。 在实际干活的时候，5MHz的锁相放大器常被装到主动测量系统里用。比如测材料阻抗的时候，往样品上施加上5MHz的正弦电压刺激，这仪器就负责同步测量样品响应的大小和相位。在光学测量里，把光信号调制到5MHz的载波上让探测器接收到了以后，它产生的那点微弱电流也得靠锁相放大器来解调，把跟光强有关的直流信息给找回来。它处理高频信号的能力特别好，特别适合那些需要快速测量或者研究高频响应的场合。 评估它性能的指标主要看动态储备、输出稳定性和谐波检测这几样。动态储备就是说仪器在受多大过载噪声的情况下还能精确测出微伏级的信号。输出稳定性跟时间常数还有滤波器的斜率关系很大，积分时间越长读数越稳，但测量速度就会变慢。谐波检测功能能让它在参考信号的倍频点上进行测量，这对分析非线性系统的响应特别有用。