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2025/09
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斯坦福鎖相放大器如何輸出信號-斯坦福技術支持中心

斯坦福鎖相放大器可通過多種方式輸出信號,其輸出類型與設置緊密關聯,不同型號在功能細節上存在一定差異,以下以常見的 SR830 型號為例進行介紹:

斯坦福鎖相放大器如何輸出信號

模擬電壓輸出

X 和 Y 輸出:SR830 鎖相放大器的後麵板設有 X 和 Y 模擬輸出端口,這兩路輸出對應輸入信號中與參考信號同頻率成分的正交分解結果。X 輸出代表輸入信號與參考信號同相的分量,Y 輸出則代表正交分量。通過這兩個輸出端口,可將處理後的信號直接輸出至示波器、數據采集卡等設備,用於實時監測信號的同相和正交分量變化情況。例如,在測量微弱的交流信號相位差時,X 和 Y 輸出能為後續分析提供基礎數據,方便研究人員判斷信號間的相位關係。其輸出更新頻率高達 256kHz,可滿足對信號變化快速監測的需求。

R 和 Θ 輸出(部分型號):部分斯坦福鎖相放大器型號還提供 R(幅度)和 Θ(相位)模擬輸出。R 輸出反映輸入信號中目標頻率成分的幅度,通過對 X 和 Y 輸出值進行平方和開方運算得出

Θ 輸出則表示輸入信號與參考信號的相位差,可由 X 和 Y 的比值經反正切運算得到(tan(Δϕ)= X/Y,再經象限判斷修正相位範圍)。這些輸出能直觀呈現信號的關鍵特征,在需要直接獲取信號幅度和相位信息的應用場景中,如阻抗測量實驗,可直接從 R 和 Θ 輸出端口連接設備讀取數據,無需額外計算,提高實驗效率。

輔助輸出

用戶定義輸出:SR830 具備多個用戶定義輸出端口,可配置為測量 X 噪聲、Y 噪聲、Aux 1 - 4 等信號。以測量噪聲為例,若在實驗環境中存在幹擾,通過將用戶定義輸出設置為 X 噪聲或 Y 噪聲輸出,可將噪聲信號引出,接入頻譜分析儀等設備,分析噪聲的頻率特性,從而針對性地采取抗幹擾措施,如調整濾波器參數、優化信號傳輸線纜等,確保測量結果的準確性。

可編程輸出(16 位 DAC):儀器配備 4 路可編程輸出(16 位 DAC),可輸出 - 10.5V 至 + 10.5V 的電壓。這些輸出可通過前麵板操作或計算機接口進行靈活設置,在一些自動化實驗係統中,可將其作為控製信號輸出端口,根據鎖相放大器的測量結果,對外部設備進行電壓控製。比如在光強調節實驗中,根據測量到的光信號相關參數,通過可編程輸出端口輸出相應電壓,控製光衰減器等設備,實現光強的自動調節。

數字數據輸出

數據通道輸出:可顯示和繪製 4 個數據通道(綠色、藍色、黃色、橙色)的數據,每個數據通道的數據源可靈活分配,包括 X、Y、R、Θ、Aux In 1 - 4、Aux Out 1 - 2、X 噪聲、Y 噪聲、正弦輸出幅度、正弦輸出 DC 電平、參考相位、參考頻率等。在複雜實驗數據記錄與分析場景下,研究人員可利用數據通道輸出功能,將多個關鍵參數同時輸出至計算機數據采集軟件,進行多參數聯合分析。例如在材料電學特性隨時間變化的研究中,可將 X(反映與參考信號同相的電信號分量)、Y(正交分量)以及參考頻率等數據同時輸出,分析材料在不同頻率激勵下電信號的動態變化。

捕獲緩衝區輸出:SR830 擁有 1Mpoints 的內部數據存儲捕獲緩衝區,能夠以高達 1.25MHz 的采樣率存儲 (X)、(X 和 Y)、(R 和 Θ) 或 (X、Y、R 和 Θ) 數據。在需要對信號進行長時間、高采樣率記錄的實驗中,如生物電信號的動態監測,可利用捕獲緩衝區先存儲數據,之後再通過計算機接口將數據傳輸至計算機進行詳細分析,有助於研究信號在複雜過程中的細微變化規律。

數據流實時傳輸:通過以太網接口,能以高達 1.25MHz 的采樣率實時傳輸 (X)、(X 和 Y)、(R 和 Θ) 或 (X、Y、R 和 Θ) 數據。在實時監測與反饋控製的應用場景中,如工業生產線上對信號質量的實時監控與調整,實時數據流傳輸可將鎖相放大器測量的數據快速傳輸至中央控製係統,控製係統根據接收到的數據及時調整生產參數,確保生產過程的穩定性和產品質量。

正弦波輸出

儀器設有正弦波輸出端(Sine Output),可輸出頻率範圍為 1mHz 到 102kHz 的正弦波,振幅設定範圍通常為 4mVrms 到 5Vrms 。該正弦波輸出可作為內部參考信號源,為自身或其他需要參考信號的設備提供穩定的正弦參考。例如在一些多儀器聯用的實驗係統中,若其他設備需要與斯坦福鎖相放大器同步工作,可直接從鎖相放大器的正弦波輸出端口獲取參考信號,保證整個係統各部分在同一頻率基準下運行,避免因頻率不一致導致的測量誤差。

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