微弱信號檢測第二章ppt

第二章同步相干檢測-鎖定放大器§2-1鎖定放大器的基本概念對于幅度較小的直流信號或慢變信號,為防止1/f噪聲和直流漂移的影響,常是使用調(diào)制器或斬波器將其變換成交流信號后,再進(jìn)行放大和處理，用帶通濾波器抑制寬噪聲，提高信噪比，之后再進(jìn)行解調(diào)和低通濾波，以得到放大的被測信號。為提高信噪比，常用Q值非常高的帶通濾波器，而Q值太高會使其不穩(wěn)定，易受溫度、電源電壓等波動使其中心頻率發(fā)生變化，使系統(tǒng)不能穩(wěn)定可靠工作。一、鎖定放大器中的頻譜遷移鎖定放大器抑制噪聲的基本出發(fā)點(diǎn)：(1)用調(diào)制器將直流或慢變信號的頻譜遷移到調(diào)制頻率ω0處，再進(jìn)行放大，以避開1/f噪聲的不利影響。(2)利用相敏檢測器實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號的解調(diào)，可以同時利用頻率ω0和相角θ進(jìn)行檢測，噪聲與信號同頻又同相的概率很低。(3)用低通濾波器而不是帶通濾波器來抑制寬帶噪聲。低通濾波器的頻率可以做得很窄，而且其頻帶不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于帶通濾波器。鎖定放大器對信號頻譜的遷移0S(w)w0w調(diào)制(a)調(diào)制過程：將低頻信號乘以頻率頻率ω0的正弦波，從而使頻譜遷移到調(diào)制頻率ω0的兩邊。(b)信號放大：采用交流選頻放大，可避免把1/f噪聲和低頻漂移也放大。S(w)0w0w放大0S(w)w0wPSD(c)信號解調(diào)：用相敏檢測器(PSD)將頻譜回遷到直流(ω=0)的兩邊,再用窄帶低通濾波器濾除噪聲,得高信噪比的放大信號。一、鎖定放大器的工作原理鎖定放大器的基本結(jié)構(gòu)示意圖信號輸入信號通道PSDLPF參考通道參考輸入x(t)r(t)up(t)uo(t)信號通道—對調(diào)制的信號(正弦或方波)輸入進(jìn)行交流放大到足于推動PSD工作的電平,并要濾除部分干擾和噪聲,同時為找到最佳輸入阻抗匹配。參考通道—對參考輸入(正弦或方波，可以是外部輸入的周期信號，也可就是進(jìn)行調(diào)制的載波或用于斬波的信號)進(jìn)行放大，滿足PSD工作的電平,同時對參考輸入進(jìn)行移相處理，以達(dá)到最佳檢測效果。信號輸入信號通道PSDLPF參考通道參考輸入x(t)r(t)up(t)uo(t)相敏檢測—以參考信號為基準(zhǔn)，對輸入信號的幅值進(jìn)行放大，同時對其幅值和相位進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)前面所述的頻譜遷移，將調(diào)制的有用信號的頻譜由ω=ω0處遷移回ω=0處。低通濾波—對遷移回ω=0處的信號進(jìn)行低通濾波，進(jìn)一步濾除噪聲，輸出和有用信號的幅值和相位都敏感的放大信號。實(shí)現(xiàn)其功能的集成電路有很多，如MC1496、MC1596等?！?-2相敏檢測常用相敏檢測器：模擬乘法器式和電子開關(guān)式實(shí)際上相當(dāng)于參考信號為方波情況下的模擬乘法器一、模擬乘法器型相敏檢測器其要實(shí)現(xiàn):(一)x(t)為正弦波含單頻噪聲和r(t)為正弦波設(shè):得:經(jīng)LPF濾波后①當(dāng)Δω>ωT，則輸出信號正比于輸入信號幅值和相差余弦。②當(dāng)0<Δω<ωT，則輸出信號中有噪聲信號分量存在?！粢蚨鳯PF的帶寬可設(shè)計(jì)的很窄，提高信噪比。當(dāng)設(shè)定θ=0或180，則有用信號放大明顯。(二)x(t)為正弦波含窄帶噪聲和r(t)為正弦波設(shè):由窄帶噪聲定義有:nc(t)和ns(t)是兩個獨(dú)立的低頻平穩(wěn)隨機(jī)過程，其均值為零，幅度為高斯型，功率密度在-B/2和B/2范圍內(nèi)恒定為N0/2。經(jīng)LPF濾波后則乘法器輸出①當(dāng)ωn與ω0不十分靠近，LPF的等效噪聲帶寬足夠窄，就可使后兩項(xiàng)的功率大為衰減。②當(dāng)ωn-ω0≈0時，sin(ωn-ω0

)t≈0,故噪聲輸出僅有第二項(xiàng)。在鎖定放大器中,輸入信號一般采用交流選頻放大器進(jìn)行放大.故電路中產(chǎn)生的白噪聲經(jīng)選頻濾波后,就變成了中心頻率和選頻網(wǎng)路中心頻率相同的窄帶噪聲。鎖定放大器的信噪比改善情況

設(shè)選頻放大器的帶寬為Bi,則窄帶噪聲的帶寬也為Bi,功率密度為N0/2。則輸入噪聲功率：輸入信號功率：輸入信噪比：經(jīng)鎖定放大器后輸出信號功率(θ=0)：輸出噪聲功率：為nc(t)的均方值,也就是其功率,如相敏檢測器的等效噪聲帶寬為Be。則有：則輸出信噪比：信噪比改善當(dāng)LPF為一階RC低通濾波器時，Be=1/(2RC)①相敏檢測器的等效噪聲帶寬取決于LPF的帶寬，它可以做得很窄。而選頻放大器的帶寬不可能做得很窄，故具有良好的抑制作用。②即使在Bi=Be的情況下，相敏檢測器的相敏特性也對不同相位的噪聲有一定的抑制作用。③實(shí)際中Bi不能做得很大，否則當(dāng)輸入噪聲太大時，模擬乘法器有可能進(jìn)入非線性區(qū)。則有(三)x(t)為正弦波含噪聲和r(t)為方波設(shè):則有經(jīng)LPF后，和頻項(xiàng)定能可濾除，第三項(xiàng)比較復(fù)雜。①如n(t)為單頻噪聲(ωn),那只有|ωn-ω0|<LPF的等效噪聲帶寬的噪聲才有輸出。②如n(t)為寬帶噪聲,設(shè)為Vncos(ωnt+ψ),則噪聲項(xiàng)為:

噪聲與參考信號的和頻項(xiàng)可由LPF濾除，噪聲分量不僅在ω=ω0，且在ωn=(2n-1)ω0第附近出現(xiàn)，幅度按1/(2n-1)下降。(四)x(t)為和r(t)均為方波圖解得：x(t)VSt-VSθr(t)Vrt-Vrup(t)t-VSVrVSVruo(t)隨著θ的變化，up(t)的占空比隨之線性變化，而up(t)的平均值正比于占空比，如用積分器作為LFP，則相敏檢測器的輸出uo(t)也與θ成正比。u0(θ)θ-VSVrVSVruo(t)0π2π二、電子開關(guān)型相敏檢測器模擬乘法器型相敏檢測器的輸出信號正比于參考信號的幅度，為保證輸出信號的精度，必須保證參考信號的幅度具有更高的精度，在實(shí)際中有一定的困難，此外模擬乘法器均有一定的非線性，故輸出信號中還有x2(t)r(t)，x3(t)r(t)……等項(xiàng)，這會導(dǎo)致較大的輸出誤差。開關(guān)式相敏檢測器：相當(dāng)于參考信號幅度為±1的方波時的模擬乘法器式相敏檢測器，當(dāng)r(t)為1時，電子開關(guān)接通x(t)，當(dāng)r(t)為-1時，電子開關(guān)接通-x(t)，實(shí)現(xiàn)了r(t)和x(t)的相乘。優(yōu)點(diǎn)：①輸出信號幅度不受參考信號幅度的影響；②沒有非線性問題；③動態(tài)范圍大，抗過載能力強(qiáng)；④結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行速度快，成本低等。(一)變壓器式電子開關(guān)相敏檢測器特點(diǎn)：①利用變壓器將被測信號變換成+u和-u兩部分；②參考信號r(t)經(jīng)過移相后，控制電子開關(guān)K的接通位置，根據(jù)其電平高低分別使LPF的輸入端連接到+u或-u，實(shí)現(xiàn)被測信號x(t)和方波r(t)的相乘。x(t)upu-ur(t)移相K移相uo(二)運(yùn)放式電子開關(guān)相敏檢測器特點(diǎn)：①利用反相和不反相放大器分別對被測信號進(jìn)行放大，放大倍數(shù)均為A，從而得到+Ax(t)和-Ax(t)兩路信號。②參考信號r(t)經(jīng)過移相后，控制電子開關(guān)K的接通位置，根據(jù)其電平高低分別使LPF的輸入端連接到+Ax(t)和-Ax(t)，實(shí)現(xiàn)被測信號x(t)和方波r(t)的相乘。x(t)upr(t)移相K移相uoA-A(三)電子開關(guān)式相敏檢測器的相鑒特性設(shè):則有假設(shè)噪聲ωn和被測信號ωo相差很大，且n大于1后的項(xiàng)經(jīng)LPF后，均可濾除。則有x(t)tr(t)tup(t)t(a)θ=0000x(t)tr(t)tup(t)t(b)θ=90000x(t)tr(t)tup(t)t(c)θ=180000(四)開關(guān)式相敏檢測器與全波整流的不同由上可知當(dāng)θ=0時，相敏檢測器的功能類似于全波整流，似乎用全波整流也能實(shí)現(xiàn)解調(diào)作用。但全波整流只鑒幅不鑒相，故抑制噪聲的能力不如相敏檢測器。且全波整流不管信號的相位，都把信號整流成大于零的單向信號。ＶＳt(a)0x(t)t(b)0up(t)t(c)0uo(t)up(t)t(d)0uo(t)(五)開關(guān)式相敏檢測器實(shí)例§2-3鎖定放大器的組成與部件一、鎖定放大器的基本組成信號濾波參考r(t)x(t)uo(t)AacAacPSDLPFAdc濾波移相方波驅(qū)動參考通道信號通道(一)信號通道作用：對輸入的幅度調(diào)制正弦信號進(jìn)行交流、濾波等處理。要求：①前置放大器必須具備低噪聲、高增益和動態(tài)范圍大等特點(diǎn)。②前置放大器的等效噪聲要與信號源的輸出阻抗相匹配，共模抑制比要高。③信號通道中的濾波器通常為中心頻率為載波頻率ω0的帶通濾波器。通常帶通濾波器由一低通濾波器和一高通濾波器串聯(lián)而成，其轉(zhuǎn)折頻率fcL和fcH均可調(diào)，且?guī)挷荒芴?。④為抑?0HZ工頻干擾，需在信號通道中設(shè)置中心頻率為50HZ的陷波器。⑤信號通道的增益應(yīng)可調(diào)，為不破壞系統(tǒng)的噪聲特性，增益開關(guān)設(shè)置在前置放大器后的某級電路中。⑥由于信號通道的總增益一般較大，為防止過載毀壞電路，應(yīng)設(shè)置過載監(jiān)視和保護(hù)電路。(二)參考通道作用：為相敏檢測器提供與被測信號相干的控制信號。要求：①輸入端一般有放大或衰減電路，以適應(yīng)不同幅度的參考輸入。②通過觸發(fā)電路將不同的參考輸入變換為規(guī)則的同步脈沖波。③參考通道輸出常用方波，故要求其波形的占空比要精確的占空比50%。④必須設(shè)置移相電路，實(shí)現(xiàn)按級跳變的相移和連續(xù)可調(diào)的相移，以滿足0～360度的相移。⑤根據(jù)PSD設(shè)置參考信號驅(qū)動輸出電路，以滿足PSD對參考信號的要求。由于常采用電子開關(guān)相敏檢測器，故通常為方波驅(qū)動電路，滿足電子開關(guān)的電平要求。(三)低通濾波器作用：濾除噪聲，實(shí)現(xiàn)解調(diào)，改善信噪比。要求：①LPF要有很低的轉(zhuǎn)折頻率，即通頻帶寬度很窄，以便有很強(qiáng)的噪聲抑制能力。同時LPF的轉(zhuǎn)折頻率常要求設(shè)置成可調(diào)。②LPF要有好的環(huán)境特性，特別是溫度特性，使其在不同的溫度范圍內(nèi)有穩(wěn)定的頻率特性。③為使LPF輸出能驅(qū)動合適的指示或顯示設(shè)備，常采用直流放大器對其輸出進(jìn)行放大。要求該直流放大器有低的輸入失調(diào)電壓和電流，同時溫度漂移和時間漂移要小?？偟膩碚f，鎖定放大器的各部分電路必須采取必要的屏蔽和接地措施，為抑制外部干擾的影響。同時各部分信號和電源電路還應(yīng)采取必要的隔離措施，避免彼此間的耦合而采生的內(nèi)部干擾。二、正交矢量型鎖定放大器正交矢量鎖定放大器可同時輸出同相分量和正交分量。BPFθx(t)IAacAacPSD1LPFAdc參考通道r(t)QPSD2LPFAdcθ+90則有:同相輸出為正交輸出為特點(diǎn)：θ的精度不影響測量結(jié)果，電路復(fù)雜。三、外差式鎖定放大器(一)外差式鎖定放大器結(jié)構(gòu)和原理由于信號通道中有帶通濾波器，故當(dāng)被測信號頻率變化時，需調(diào)整帶通濾波器的參數(shù)。采用類似收音機(jī)的同步外差技術(shù)，可避免這問題。美國的ITHACO39X系列和日本NF公司的LI-575等均采用這結(jié)構(gòu)。原理：將被測信號首先變頻到一個固定的中頻fi，然后再進(jìn)行帶通濾波和相敏檢測，這樣可以避免通過BFP的信號頻率的漂移和變化。AC放大及濾波混頻PSDLPF頻率合成器輸出x(t)r(t)fif0f0BPF移相θfifi+f0f0fi+2f0fifi實(shí)現(xiàn)：①在參考通道中有一單頻振蕩器fi，在頻率為f0的參考信號作用下，頻率合成器輸出頻率高穩(wěn)定度的fi和fi+f0兩種頻率信號輸出；②其中頻率為fi+f0信號與頻率為f0的信號進(jìn)行混頻（實(shí)際也是相乘），得到和頻項(xiàng)fi+2f0信號及差頻項(xiàng)fi信號。③兩頻率信號經(jīng)固定中心頻率為fi的帶通濾波器濾波器后，輸出頻率為fi的中頻信號，其幅值正比于被測信號。④之后用頻率合成器的另一輸出頻率fi信號作為PSD的參考信號，與經(jīng)BPF后得到的頻率為fi的中頻信號實(shí)現(xiàn)相敏檢測和隨后的LPF處理，實(shí)現(xiàn)對信號幅度的測量。(二)頻率合成器的工作原理其功能就是要產(chǎn)生高穩(wěn)定度的中頻fi和混頻所需的fi+f0信號。其內(nèi)部通常有一頻率fi穩(wěn)定性很高的晶體振蕩器，再利用鎖相環(huán)（PLL）合成出頻率為fi+f0的信號。積分器VCO晶體振蕩器r(t)f0fi+f0’VC2fi+f0’鑒相器LPF混頻ADCf0f0’fi+f0’fifi原理：①振蕩和混頻-兩振蕩器，一晶體振蕩器，另一為壓控振蕩器（VCO）。②鑒相，由鑒相器、積分器和比例放大器夠成。當(dāng)鑒相器輸出為零時，VCO的振蕩頻率不變。四、微機(jī)化數(shù)字式鎖定放大器(一)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)微機(jī)化數(shù)字式鎖定放大器的核心部件是微型計(jì)算機(jī)，鎖定放大所必須的各種濾波、相敏檢測等功能都由微機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)：①數(shù)字濾波器的等效噪聲帶寬可做得很窄；②可測量極低頻信號；③很高的線性度；④靈活性高。顯示打印A/D微型計(jì)算機(jī)多路開關(guān)x(t)r(t)S/H移相θAacAacD/A電壓表和記錄儀等(二)DPSD的采樣方式由于相敏檢測器不僅要鑒幅還要鑒相，故要其有較高的工作速度，早期的微機(jī)運(yùn)行速度和采樣速度都較低，為解決這矛盾，產(chǎn)生了一些特殊的采樣方法。如在每個周期內(nèi)只采樣少數(shù)的幾個特征點(diǎn)，由多個周期的采樣值恢復(fù)出被測量，反相采樣法和正交采樣法就是這種機(jī)理。而隨著微機(jī)及集成電路工作速度的不斷提高，現(xiàn)更多地采用多次采樣法。多次采樣法：在被測信號的每個周期內(nèi)都采樣很多點(diǎn)，之后利用數(shù)值計(jì)算的方法實(shí)現(xiàn)模擬式相敏檢測的功能。設(shè)在被測信號周期T內(nèi)要均勻采樣M點(diǎn)，采樣控制信號p(t)是一連串的狄拉克函數(shù)其中1，x=00，x≠0則參考信號的采樣值有:被測信號的采樣值有:設(shè)用數(shù)字積分來實(shí)現(xiàn)LPF，積分時間為N個信號周期T:則有:當(dāng)r(t)為幅值為±1的方波時有:§2-4旋轉(zhuǎn)電容濾波及其在鎖定放大器中的應(yīng)用一、旋轉(zhuǎn)電容濾波器的工作原理(一)旋轉(zhuǎn)電容濾波原理旋轉(zhuǎn)電容濾波器為一種特殊的開關(guān)電容濾波器。RCK1K2i(t)p(t)VO(t)+1-10T0p(t)t等效電路RCi’(t)VO(t)設(shè)p(t)的ω0=2π/T0，有p(t)傅里葉級數(shù)的指數(shù)形式有:對上式傅里葉變換，并根據(jù)F[x(t)exp(jω1t)=X(ω-ω1)等效電路RCi’(t)VO(t)電路中阻抗為:由于等效電流源的頻率有多個，故對應(yīng)阻抗為:(二)旋轉(zhuǎn)電容濾波電路分析R1R2RCK1K2ABABVi(t)Vo(t)(a)電路原理圖R1R2RCVi(t)Vo(t)(b)等效電路電子開關(guān)在方波脈沖控制下切換，相當(dāng)于電容在兩半圓形極板中以開關(guān)頻率f0=ω0/2π旋轉(zhuǎn)。由圖知流進(jìn)電路的電流為:對其進(jìn)行傅里葉變換后有:又由于有:則有傳遞函數(shù):即幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):二、旋轉(zhuǎn)電容濾波器的性能根據(jù)幅頻響應(yīng)函數(shù)，且設(shè)輸入信號為正弦波時有:①當(dāng)n=1，ω=ω0時，②當(dāng)ω=(2n-1)ω0時，③當(dāng)ω=(2n-1)ω0+Δω時，則有幅頻圖0|H(ω)|ω0ω相對幅值13ω01/35ω01/57ω01/79ω01/9根據(jù)電路等效帶寬定義:則旋轉(zhuǎn)電容濾波電路的等效帶寬為:令三、基于旋轉(zhuǎn)電容濾波器的同步外差鎖定放大器旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG(一)電路結(jié)構(gòu)和工作原理只要選擇較大的時間常數(shù)RC，旋轉(zhuǎn)電容濾波器的等效噪聲帶寬就很窄。引入旋轉(zhuǎn)電容濾波器，實(shí)際上是對調(diào)制信號再次賦予一種頻率特征，再利用這種頻率特征將放大了的信號解調(diào)出來，可提高系統(tǒng)的交流增益，降低直流增益，提高穩(wěn)定性。如美國PARC的186A型①電路結(jié)構(gòu)框圖②工作原理t(a)t(d)t(b)t(c)t(e)t(f)t(g)(二)各點(diǎn)的電壓值設(shè):輸入信號方波振蕩器輸出信號則C點(diǎn)電壓值有旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG設(shè):參考信號則E點(diǎn)電壓值有旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG由于一般情況下ωr=ωs，可得:

根據(jù)旋轉(zhuǎn)電容濾波器的特性，其僅在開關(guān)信號的基波頻率f0和各奇次諧波(2n-1)f0處有響應(yīng)，抑制除此之外外的任何信號和噪聲。故有效輸入信號電壓為:旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG頻域表示有:根據(jù)旋轉(zhuǎn)電容濾波器的幅頻響應(yīng)有:旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG則F點(diǎn)電壓幅度為:0|H(ω)|ω0ω相對幅值13ω01/35ω01/57ω01/79ω01/90|H’(ω)|ω0ω相對幅值13ω0-1/35ω01/57ω0-1/79ω01/9由圖可知:當(dāng)n=i時,兩項(xiàng)相乘有輸出;且當(dāng)RC足夠大時各奇次諧波處的帶寬就會足夠窄,則可認(rèn)為只有n=i及ω=(2n-1)ω0的各頻率點(diǎn)有輸出。旋轉(zhuǎn)電容濾波器PSDx(t)r(t)fsfr移相K1K2AC放大11HZ方波振蕩器AC放大解調(diào)LPFACBBBDEFG則F點(diǎn)電壓簡化為:經(jīng)再次放大、解調(diào)和低通濾波G點(diǎn)輸出電壓為:§2-5鎖定放大器的性能指標(biāo)與動態(tài)協(xié)調(diào)鎖定放大器處理的是微弱信號，是淹沒在噪聲中的有用信號，故除一般檢測儀表所要求的普通指標(biāo)外，還必須定出抵御噪聲能力的指標(biāo)。一、鎖定放大器的主要指標(biāo)①滿刻度時的輸入電平FS—針對有用信號輸入②過載電平OVL—針對各級的噪聲信號（用幅值來度量）③最小可測信號MDS—取決于系統(tǒng)漂移④輸入總動態(tài)范圍—給定測量靈敏度下過載電平OVL與最小可測信號MDS之比的分貝值。即輸入總動態(tài)范圍⑤輸出動態(tài)范圍—滿刻度輸出時的輸入電平FS與最小可測信號MDS之比的分貝值。即輸出動態(tài)范圍⑥動態(tài)儲備—過載電平OVL與滿刻度輸出時的輸入電平FS之比的分貝值。即動態(tài)儲備根據(jù)定義有相互關(guān)系:輸入總動態(tài)范圍=輸出動態(tài)范圍+動態(tài)儲備動態(tài)儲備輸出動態(tài)范圍輸入總動態(tài)范圍OVLFSMDS例：鎖定放大器的滿刻度輸出為1V，這時的輸入信號電平為1μV。當(dāng)輸入端附加噪聲的峰值大到0.45mV時，出現(xiàn)過載。當(dāng)輸入端短路時，輸出端有長時間漂移2.5mV。根據(jù)定義有：輸入總動態(tài)范圍輸出動態(tài)范圍動態(tài)儲備二、動態(tài)范圍與頻率的關(guān)系鎖定放大器的動態(tài)范圍是隨頻率變化的，同時與信號通道中的濾波器特性有關(guān)。OVLFSMDSffr(a)無濾波器OVLFSMDSffr(b)帶通濾波器OVLFSMDSffr(c)陷波器OVLFSMDSffr(d)LPF三、動態(tài)協(xié)調(diào)鎖定放大器的靈敏度一經(jīng)設(shè)定，系統(tǒng)的FS和總增益就確定?？傇鲆鏋镻SD之前的交流增益與PSD之后的直流增益的乘積，故存在如何分配兩者的增益，就是動態(tài)協(xié)調(diào)。OVLMDSOVLOVLMDSMDS高穩(wěn)定高儲備FS①增大交流增益，降低直流增益在保持FS和總增益不變的條件下:—交流增益增大使得噪聲隨之增大，容易使PSD過載，導(dǎo)致OVL下降，動態(tài)儲備減少；同時直流增益的降低也減少了直流漂移，從而使MDS相應(yīng)減少，即測量范圍加大，處于高穩(wěn)定狀態(tài)。②降低交流增益，增大直流增益—交流增益降低使PSD不易過載，使OVL增大，動態(tài)儲備提高；直流增益的增大也增加了直流漂移，提高了MDS，測量范圍減小，處于高儲備狀態(tài)?！?-6鎖定放大器的應(yīng)用鎖定放大器(LIA)是微弱信號檢測的重要手段，已被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、天文、電子技術(shù)等領(lǐng)域的研究工作中。例分子束質(zhì)譜儀、掃描電鏡(SEM)、軟X射線激發(fā)電位能譜儀(SXAPS)、餓歇(Aguer)電子譜儀等儀器中均采用了LIA。0、使用鎖定放大器的注意事項(xiàng)①其輸入信號一般是正弦波或方波。②實(shí)際中LIA中PSD后續(xù)的LPF常用積分器來代替，其時間常數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)被測信號的變化快慢來匹配。③根據(jù)信號和噪聲的具體情況適當(dāng)?shù)胤峙銵IA的交流增益和直流增益。④采用適當(dāng)?shù)钠帘闻c接地措施。⑤LIA的參考信號必須是與被測信號相關(guān)的同頻信號。⑥LIA的信號輸入前置放大器的工作參數(shù)必須適當(dāng)選擇，特別要在給定工作頻率下，根據(jù)放大器的NF圖進(jìn)行輸入電組匹配。一、掃描電鏡和調(diào)制型分子束質(zhì)譜儀(一)掃描電鏡（SEM）原理：電子束在樣品上掃描，樣品發(fā)射兩種不同能量范圍的電子，①反射電子，與入射電子束能量相同(15KeV～25KeV)，表征樣品的表面特征。②低能二次電子(0～20eV)，表征樣品表面的化學(xué)成分的變化。PMTLIA輸出脈沖發(fā)生器法拉弟筒參考-HV(A)樣品LIA輸出電流前放參考(B)樣品(二)調(diào)制型分子束質(zhì)譜儀原理：質(zhì)譜儀通過電子撞擊使分子離化，形成離子，按不同的質(zhì)荷比(m/e)分離,然后再用電子倍增器檢測，并將離子電流加于放大。但其他的電離形成物將干擾被研究的對象，成為噪聲信號，因而必須采用LIA，對被研究對象相關(guān)處理，降低干擾的影響。分子束質(zhì)譜儀可以用于對于高溫、高壓氣相反應(yīng)的研究。質(zhì)譜儀可以同時檢測反應(yīng)混合物中所含的穩(wěn)定和不穩(wěn)定成分。LIA輸出參考驅(qū)動質(zhì)量分析離子源電子倍增斬波器如圖：將分子束用機(jī)械方法調(diào)制，可以將真空系統(tǒng)中的污染（如少量的空氣和水，及碳?xì)浞肿拥龋┖透哒婵罩械姆肿邮⑸湫纬傻谋尘坝枰韵?。LIA輸出參考驅(qū)動質(zhì)量分析離子源電子倍增斬波器如氬分子束質(zhì)譜儀系統(tǒng)OH+H2O+Ar+N2+O2+Ar+離子電流（m/e）Ar+Ar+離子電流（m/e）二、阻抗微小變化的測量很多傳感器可以將被測物理或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電感、電容或電阻的變化，通過檢測這些阻抗的變化，指示出被測量。(一)交流電橋測量方法:電橋平衡條件:當(dāng)被測阻抗有ΔZx變化:Z1Z3Z2ZxLIAr(t)交流電橋檢測阻抗變化當(dāng)ΔZx變相對Zx化很微小，且有Z1≈Z2，Z3≈Zx時:對于復(fù)阻抗Zx=Rx+jXxZ1Z3Z2ZxLIAr(t)