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日本株式会社NF回路设计-什么是锁相放大器?
日本株式会社NF回路设计-什么是锁相放大器?
主要特点
-
*大测量频率: 11 MHz
-
分次谐波测量
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双频同时测量
-
外部10 MHz同步输入
![](http://yt.yzimgs.com/ComFolder/200088071/image/202304/202304011611315861.png)
什么是锁相放大器?
锁相放大器是通过组合使用PSD和LPF的方式,来测量交流信号的振幅和相位的仪器。输入交流的“参考信号”, 并且只测量与其相同频率的信号。尽管测量信号中掺杂了交流噪声,还是可以通过去除噪声且只测量目标频率的信号。
什么是 "DR" ?
DR是用来表现锁相放大器性能的重要参数。锁相放大器的降噪能力是由DR(动态范围)规定的。NF的锁相放大器DR规格在100 dB以上。换而言之,当1 Vp-p的噪声信号重叠在10 µV的交流信号上时,也可以完成测量。从而知晓,锁相放大器通常都具有极高的降噪能力。
锁相放大器适合于什么类型的测量?
1: 微小信号测量
在一般的测试环境中,存在mV程度的电压和µA程度的电流残余噪声信号。所以想要测量被背景的噪声信号所覆盖住的振幅信号,是十分困难的。但是锁相放大器的降噪能力优良,就算是极其微小的信号也可以测量。
以下是NF锁相放大器测量信号的*小量程:
-
*小电压范围: 10 nV (LI5660 / LI5655 / LI5650 /LI5645)
-
*小电流范围: 10 fA* (LI5660 / LI5655 / LI5650)
*"f"为femto = 10-15
2: 相位测量
能够测量到测量信号和参考信号间的相位差。且相位测量的*小分辨率为0.001°。可以测量2个信号之间的相位差,就意味着可以测量信号之间十分微小的时间差。
3. 噪声测量
用于锁相放大器中的PSD不但能够测量到信号,还可以测量到噪声。锁相放大器的操作与BPF相同,通过设定BPF(带通滤波器)的频段来测量噪声。
NF锁相放大器有什么特征?
1: 数字锁相放大器
测量信号和参考信号在输入后转换成数字信号,PSD和LPF的处理也基本上是采用数字运算的。
数字运算有以下性能及功能上的优势:
-
信号波形通过顺序运算,缩短了低频段的测量时间
-
通过减少信号处理端的直流失调,来减少输出误差
2: 高速响应
“时间常数”的*小设定值是非常短的。
-
LI5660/LI5655: 1 µs
-
LI5650/LI5645: 5 µs
十分适合需要用于高速图像处理显微镜(如AFM)的信号处理。
![](http://yt.yzimgs.com/ComFolder/200088071/image/202304/202304011611511111.png)
3: 宽频段频率响应
LI5660的*高频率为11MHz。且LI5650以及LI5645的*低频率为1mHz。
-
LI5660: 0.5 Hz ~ 11 MHz
-
LI5655: 0.5 Hz ~ 3 MHz
-
LI5650/LI5645: 1 mHz ~ 250 kHz
在微赫兹级别的低频段中,十分适合做DLTS等半导体物质的深层瞬态分析。
![](http://yt.yzimgs.com/ComFolder/200088071/image/202304/202304011611617381.png)
4: 双PSD
双PSD可以在不调整相位的前提下,同时测量信号的振幅和相位。
5: 双频率测量 (LI5660 / LI5655 / LI5650)
一般的测量往往通过测量参考信号的频率,双频率测量功能则是通过叠加参考信号频率,再同时测量其他频率。
双频率测量示例
![](http://yt.yzimgs.com/ComFolder/200088071/image/202304/202304011611614931.png)
-
谐波信号测量
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基准样品和对比样品的差分测量
在“差分测量”模式下,使用通用锁相放大器的话一般需要2台,但如果使用具有双频率测量功能的锁相放大器,只需要一台即可完成测量。
6. 显示采样的输出数据
输出数据可以通过以下方式获取并显示。
-
正面板显示 (可选择数值或条形图显示)
-
模拟直流信号 (*多可4个系统同时输出)
-
数字化数据 (USB, GPIB, 或 LAN界面)
-
- 7: 丰富的周边产品
-
通过增加时间常数设定, 锁相放大器可以测量到掺杂了噪音的信号。增加时间常数会延长测量时间,并且仅使用锁相放大器是无法将其缩短的。
但是,在锁相放大器的前端连接其他的滤波器或前置放大器,可以改善输入信号的信噪比,从而实现测量时间的缩短。NF提供一系列前置放大器,可以与具有不同截止频率的滤波器和前置放大器搭配使用。锁相放大器与周边产品的组合也十分容易,例如,为锁相放大器的前置放大器装配电源等。搭配使用“前置放大器+锁相放大器”或“滤波器+锁相放大器”,性能则有望进一步提升。
微小信号测量仪
型号 品名 概 要 详细 LI 5660 宽频数字锁相放大器 5 Hz ~ 11 MHz, 双相位,双频 LI 5655 5 Hz ~ 3 MHz, 双相位,双频 LI 5650 数字锁相放大器 0.1 mHz to 250 kHz, 双相位,双频 LI 5645 0.1 mHz to 250 kHz, 双相位,单频 LI 5640 数字锁相放大器
(多功能型)1 mHz ~ 100 kHz, 2 nV / F.S
相位稳定度: 0.01°/°C,
增益稳定度: ±100 ppm/°C
*小时间常数: 10 µs,
内置振荡器停止销售的产品
LI 5630 数字锁相放大器
(将LI 5640的功能浓缩、简化了的经济型)5610B 2相位锁相放大器 0.5 Hz ~ 200 kHz,
100 nV / F.S
2相位, 自动设定功能,
标准内置振荡器LI-575 同步跟踪锁相放大器 0.5 Hz ~ 200 kHz,
100 nV / F.S
配备噪声测量模式停止销售的产品 5571 微小信号测量仪频率放大器 可将微小信号测量仪的
频率增大到*高 5 MHz
・输入频率: 10 kHz ~ 5 MHz
・输出频率: 2 kHz / 20 kHz停止销售的产品