鎖相放大器是利用互相關(guān)原理設(shè)計(jì)的一種同步相關(guān)檢測儀，利用參考信號(hào)與被測信號(hào)的互相關(guān)特性，提取出與參考信號(hào)同頻率和同相位的被測信號(hào)。鎖相放大器可在比被測光信號(hào)強(qiáng)100dB的外來干擾中檢測出目的信號(hào)。從鎖相放大器問世以來，由于其在微弱信號(hào)檢測方面的優(yōu)越性能，在科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

　　鎖相放大器有三個(gè)特點(diǎn)：用調(diào)制器將直流或漸變信號(hào)進(jìn)行交流放大，可以避免噪聲的不利影響；利用相敏檢測器實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，同時(shí)檢測頻率和相位，噪聲與信號(hào)同頻又同相的概率很小；利用低通濾波器來抑制噪聲，低通濾波器的頻帶可以做的較窄，而且其頻帶寬度不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性也大大地提高。

　　一、鎖相放大器的工作原理

　　鎖相放大器采用外差式振蕩技術(shù)，利用信號(hào)的相關(guān)原理對(duì)混有噪聲的周期信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，從噪聲信號(hào)中檢測出目標(biāo)信號(hào)。其工作原理框圖如圖1所示。

　　信號(hào)通道的作用是將伴有噪聲的輸入信號(hào)放大，并經(jīng)選頻放大對(duì)噪聲進(jìn)行初步處理；參考通道的作用是提供一個(gè)與輸入信號(hào)相同的方波；相敏檢波的作用是對(duì)輸入信號(hào)和參考信號(hào)完成乘法運(yùn)算，從而得到輸入信號(hào)與參考信號(hào)的和頻與差頻信號(hào)；低通濾波的作用是濾除高頻信號(hào)成分，這使得等效帶寬變窄，從而實(shí)現(xiàn)提取噪聲中的微弱信號(hào)。

　　假設(shè)待測信號(hào)是Asin（ωt+α），噪聲為n（t），參考通道信號(hào)是Bsin（ωt+β），其中幅值B是確定的，兩路信號(hào)在相敏檢測環(huán)節(jié)中進(jìn)行相乘運(yùn)算，結(jié)果為：

　　式（1）中第一項(xiàng)為直流成分，大小與兩信號(hào)幅值及相位差的余弦成正比；第二項(xiàng)為待測信號(hào)的倍頻信號(hào)。和待測信號(hào)同時(shí)進(jìn)入乘法器的噪聲也要和參考信號(hào)相乘，結(jié)果n（t）Bsin（ωt+β）幾乎都是交流信號(hào)。低通濾波器的通帶可以做得很窄，經(jīng)過低通濾波器，待測信號(hào)的二倍頻信號(hào)和噪聲與參考信號(hào)相乘的結(jié)果都被濾掉，僅剩下直流信號(hào)，即0.5ABcos（α-β），只要兩個(gè)信號(hào)的初相位α和β是已知的，則cos（α-β）是恒定的。由于參考信號(hào)的幅值B是確定的，那么很容易得到待測信號(hào)的幅值A(chǔ)。

　　在單通道中很難做到cos（α-β）的恒定，即參考信號(hào)和被測信號(hào)同相位。為了消除（α-β）值的不確定帶來的影響，對(duì)參考信號(hào)做90°的移項(xiàng)作為第二路鎖相的參考信號(hào)，這樣雙通道的鎖相放大器就能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地測量幅值和相位。