硬件基础-锁相放大器详解

---

一、理论基础

简单的数学理论基础-积化和差公式：

二、锁相放大器的基本应用

锁相放大器是用于微弱信号检测的装置，微弱信号常淹没在各种噪声中，锁相放大器可以将微弱信号从噪声中提取出来并对其进行准确测量。锁相放大器是基于互相干方法的微弱信号检测手段，其核心是相敏检测技术，利用与待测信号有相同频率和固定相位关系的参考信号作为基准，滤掉与其频率不同的噪声，从而提取出有用信号成分。

总结：锁相放大器是一种能够大幅度抑制无用噪声，提高检测灵敏度和信噪比的信号检测仪器。

二、应用分析

1.基本结构

图1 锁相放大器基本结构图

如图2所示，整个锁相放大器可以简单理解为以上三个部分：
1、输入信号的前置处理，包含平常所用的放大及带通模块，目标是对输入信号进行简单处理；
2、相敏检波，为锁相放大器的核心之处，具体会在下面进行详细的理论推导；
3、参考信号的处理：获得锁相所需要参考信号的频率与相位；

2.相敏检波-理论分析

设系统的输入信号为：
$$S_I(t)=Asin(wt+a)+B(t)$$
式中：A为输入信号幅值，w为输入信号频率，a为输入信号相位，$B(t)$为总噪声。
设参考信号为：
S O ( t ) = C