介紹鎖相放大器的基本工作原理
鎖相放大器的基本原理
鎖相放大器（也稱為(wei) 相位檢測器）是一種可以從(cong) 幹擾極大的環境（信噪比可低至-60dB，甚至更低）中分離出特定載波頻率信號 的放大器。可以從(cong) 下圖（頻譜圖）中看出
我們(men) 的需要的信號強度可能相比於(yu) 背景噪聲不是很明顯。而我們(men) 鎖相放大器的作用就是，把噪聲強度強勢地抑製下去，僅(jin) 提取出我們(men) 想要的信號。打個(ge) 比方：一個(ge) 信號中含有如下成分：100kHz是我們(men) 的實際信號，它的強度是1mV。還有200kHz\300kHz等噪聲，強度是5mV。那麽(me) 這個(ge) 信號經過了鎖相放大器，可能就會(hui) 被處理成100kHz 2mV的真實信號和 0.01mV的200kHz\300kHz的噪聲信號。
我們(men) 需要對鎖相放大器的基本原理有所了解，才能更好地調節相關(guan) 參數並解調出我們(men) 想要地信號。假定我們(men) 的真實信號是f1,首先我們(men) 要明確，對想解調的信號我們(men) 應該掌握一定信息，比如說我們(men) 已經知道了f1的確定頻率，或者它的頻率雖然在變化，但是我們(men) 有辦法得到和它頻率相同的不含噪聲的信號也就是參考信號。
任何信號根據傅裏葉級數展開都可被化為(wei) 一些列正、餘(yu) 弦波的組合。我們(men) 先來觀察任意兩(liang) 個(ge) 信號相乘的結果：利用積化和差，可以得到兩(liang) 路信號的和頻和差頻信號。當兩(liang) 路信號頻率接近時，我們(men) 會(hui) 得到一個(ge) 近二倍頻信號和一個(ge) 接近直流的信號。低通濾波器的作用就是可以濾去電路中的高頻信號，隻保留低頻（低通）的部分。所以兩(liang) 路頻率接近的信號經過乘法器和低通濾波器。Z終會(hui) 得到一個(ge) 低頻（差頻）信號。如果兩(liang) 路信號頻率完全相同，Z終會(hui) 得到一個(ge) 直流信號。如果f2幅值單位為(wei) 1，頻率確定。f1是輸入信號，頻率成分很多。那麽(me) 經過如上處理，Z後f1中隻有和f2頻率接近的信號會(hui) 被保留，因為(wei) 其它信號頻率不同的差頻也很大，被低通濾波器濾掉了。
乘法器和低通濾波器的可能實現圖如下：這裏了解即可。
需要注意的是，目前我們(men) 並沒有引入相位的計算。引入相位，在數學上已知，會(hui) 導致結果在原始信號強度基礎上多一個(ge) 係數。實際上我們(men) 很容易產(chan) 生特定頻率的參考信號f2，但精確控製f2的相位比較困難。幸運的是我們(men) 容易實現兩(liang) 路相位差90°的信號，雖然它們(men) 的具體(ti) 相位不知道。
這就是傳(chuan) 說中的雙相位解調。我們(men) 多了一路參考信號f2’,雖然f1*f2的結果多了一個(ge) cos60°的係數，實際上這個(ge) 係數可能是任何值。但它一定是和另一路f1*f2(角度+90°)即f1*f2’是有關(guan) 的。好比例子中的cos60°和cos150°。他們(men) 的平方和為(wei) 1。令X=f1*f2, Y=f1*f2’。那麽(me) X Y構成的直角三角形斜邊就是我們(men) f1待解調信號的幅值。
X Y的構成三角形的角度即Θ。f1引入相位對結果並無影響，此處證明略。需要額外說明的是：滾降階數的概念：低通濾波器可以多個(ge) 串聯。它們(men) 物理上的數量就是調節參數中的n。n越大，經過的低通濾波器數量越多，Z後的濾波效果也就越好。但是需要的時間（響應時間也就越長）。
另一方麵低通濾波器的其它參數：帶寬、時間常數、截至頻率（這三者組成一個(ge) 公式，詳見操作手冊(ce) ）。帶寬可以簡單理解為(wei) 允許通過的頻率範圍。截止頻率就是該頻率經過此低通濾波器，能量正好被減半。至此，已基本介紹完鎖相的基本內(nei) 容，更多內(nei) 容不再贅述。
下麵介紹一個(ge) 鎖相国产成人在线观看免费网站的典型案例：微流控。便於(yu) 深入理解。
鎖相產(chan) 生一個(ge) 固定頻率的交流信號（所以f1頻率已知）。加到電極E1 E2上。由於(yu) 細胞管，微流管阻抗很大，所以在E3 E4上隻會(hui) 感生出很弱的和f1頻率相同的交流信號。同時經過細胞後，阻抗變化，這部分微弱的感生信號也會(hui) 有所變化。我們(men) 需要把它提取出來。經過電流放大器模塊，I1 、I2放大後再接入鎖相放大器進行提取。那麽(me) 可能信號如下：
經過細胞時，可以明顯看見解調信號有所變化。把這個(ge) 信號作為(wei) 控製信號，控製E5的電極，生成電場，給細胞分類。控製細胞流向，進而達到”微流控”的效果。鎖相的具體(ti) 操作請見其它文章。
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