SR124 模擬鎖相放大器

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，鎖定放大器一直是在存在噪聲的情況下測(cè)量小交流信號(hào)的儀器。早期的儀器設(shè)計(jì)有模擬電子設(shè)備、多聯(lián)機(jī)械開(kāi)關(guān)、指針指示器等，并且通常使用圖表記錄儀監(jiān)控測(cè)量結(jié)果。基于微處理器的設(shè)計(jì)出現(xiàn)在 1980 年代，到 1990 年代初期，甚至鎖定的模擬解調(diào)器也被高分辨率 ADC 和數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 所取代。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制、數(shù)字讀數(shù)和用戶(hù)友好的前面板都產(chǎn)生了。

現(xiàn)代 DSP鎖定放大器在穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備和靈活性方面的能力是革命性的，使其成為多個(gè)領(lǐng)域的研究人員和工程師的支柱。但在前進(jìn)的過(guò)程中，留下了一些東西。對(duì)于包括低溫研究人員在內(nèi)的核心用戶(hù)群體來(lái)說(shuō)，新儀器成為了潛在的高頻干擾源。這體現(xiàn)在一種儀器——PAR124A——在停產(chǎn)幾十年后仍被許多研究人員積極使用的持久性上。

回到模擬

SRS 認(rèn)識(shí)到一種尺寸不一定適合所有尺寸，因此很自豪地推出 SR124單相和 SR2124雙相模擬鎖定放大器。SR124 和 SR2124 受到上一代鎖定的啟發(fā)，但利用了當(dāng)今的低噪聲模擬組件和設(shè)計(jì)方法，是低噪聲、高性能模擬儀器的杰作。

建筑學(xué)

SR124/SR2124 設(shè)計(jì)遵循兩個(gè)基本主題。首先，信號(hào)路徑由低噪聲模擬電子設(shè)備構(gòu)成： JFET、晶體管、運(yùn)算放大器和分立元件。其次，配置控制由微控制器管理，其系統(tǒng)時(shí)鐘僅在更改增益或?yàn)V波器設(shè)置所需的短暫時(shí)間內(nèi)振蕩。這種“時(shí)鐘停止”架構(gòu)首先由 SRS 在 SR560 電壓前置放大器中引入，消除了與機(jī)械面板控制相關(guān)的不便和可靠性問(wèn)題，并使這些鎖定的遠(yuǎn)程操作成為可能。

不要讓數(shù)字顯示欺騙您——SR124 和 SR2124 在運(yùn)行期間確實(shí)會(huì)停止所有數(shù)字時(shí)鐘。數(shù)字顯示屏顯示精度設(shè)置信息，例如輸入濾波器頻率、解調(diào)器相移和源輸出幅度。驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備是靜止的，沒(méi)有“掃描”或刷新以產(chǎn)生最輕微的干擾。

每當(dāng)微控制器激活時(shí)，“CPU Activity”指示燈就會(huì)亮起，清楚地顯示數(shù)字時(shí)鐘何時(shí)運(yùn)行。這是響應(yīng)前面板按鈕按下或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)命令而發(fā)生的。

當(dāng)它真的很重要時(shí)——保持沉默！

有時(shí)，您需要確信您的實(shí)驗(yàn)不會(huì)受到干擾：您已將樣品冷卻至幾毫開(kāi)爾文，所有接線(xiàn)仍完好無(wú)損，并且您全年制造的設(shè)備已準(zhǔn)備好進(jìn)行測(cè)量。前面板上的鎖定撥動(dòng)開(kāi)關(guān)可以設(shè)置為“LOCKED OUT”，即使您按下其他按鈕或旋鈕，也會(huì)強(qiáng)制數(shù)字時(shí)鐘保持關(guān)閉。鎖定的模擬配置保持穩(wěn)定，讓您運(yùn)行幾分鐘、幾小時(shí)、幾天——只要您需要。

低噪聲輸入放大器

SR124 和 SR2124 具有電壓和電流輸入。電壓輸入是一個(gè)單端/差分 FET 前置放大器，具有2.5 nV/√Hz的超低輸入噪聲。輸入阻抗為 10 MΩ，最小滿(mǎn)量程輸入電壓靈敏度為 100 nV。電流輸入前置放大器具有 10 6和 10 8  V/A 的可選增益。提供交流和直流耦合，儀器可以在接地或浮動(dòng)模式下運(yùn)行。

SRS 還生產(chǎn)各種遠(yuǎn)程前置放大器，包括SR550  （FET 輸入）、SR551  （Hi-Z 輸入）、SR552  （BJT 輸入）和SR554  （變壓器輸入），它們都可以直接從鎖定的后面板前置放大器供電電源端口。這些前置放大器具有的特性，針對(duì)各種實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)與 SR124 或 SR2124 一起使用時(shí)，它們通常可以顯著改善您的測(cè)量。

輸入過(guò)濾器

SR124 和 SR2124 提供多種濾波器類(lèi)型，用于在信號(hào)到達(dá)相敏檢測(cè)器之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。可選擇平坦（無(wú)濾波）、帶通、高通、低通和陷波濾波，濾波器的Q 因子可設(shè)置在 1 到 100 之間。

在帶通模式下，可調(diào)諧窄帶放大器抑制通帶外的信號(hào)，提供多達(dá) 60 dB 的額外動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備。

高通和低通濾波器允許您限制呈現(xiàn)給鎖定放大器的頻帶，并抑制通帶之外的頻率。這些濾波器的衰減為每倍頻程 –12 dB。

在陷波模式下，使用可調(diào)諧帶阻濾波器，在特定頻率下提供高達(dá) 80 dB 的衰減。

動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備

在給定的滿(mǎn)量程輸入靈敏度下，鎖定放大器的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備是干擾信號(hào)與滿(mǎn)量程輸入電壓的比值。干擾信號(hào)定義為在鎖定無(wú)法以精度測(cè)量信號(hào)之前，可應(yīng)用于輸入的任何頻率的信號(hào)幅度。

SR124 和 SR2124 具有高達(dá) 60 dB 的動(dòng)態(tài)保留，具體取決于靈敏度設(shè)置和保留模式。使用輸入帶通濾波器可以額外增加 20 到 60 dB 的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備，使可實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備為 100 dB。

輸出時(shí)間常數(shù)

鎖定提供兩級(jí)輸出低通濾波。時(shí)間常數(shù)可以選擇長(zhǎng)達(dá) 300 秒以地降低噪聲，或短至 1 毫秒。可選擇每倍頻程衰減 –6 dB 或 –12 dB。最小時(shí)間常數(shù)設(shè)置繞過(guò)輸出濾波器，輸出信號(hào)帶寬僅由內(nèi)部雜散電容確定。

抵消

偏移功能可以輕松評(píng)估存在滿(mǎn)量程信號(hào)時(shí)的微小變化。您可以在滿(mǎn)量程的 ±1000 % (10×) 之間手動(dòng)調(diào)整偏移，或者您可以使用自動(dòng)偏移功能通過(guò)按下按鈕將偏移設(shè)置為等于信號(hào)值。調(diào)整偏移后，您可以通過(guò)降低靈敏度設(shè)置來(lái)增加增益（ 10 倍）。

自動(dòng)功能

方便的自動(dòng)功能允許您快速配置鎖定的設(shè)置。按下增益、相位或偏移按鈕啟動(dòng)微控制器，然后調(diào)整儀器以獲得靈敏度（增益）、相移以信號(hào)（相位）或使輸出為零（偏移）。Ref Range 按鈕可打開(kāi)和關(guān)閉頻率自動(dòng)量程功能，這使儀器可以在振蕩器解鎖時(shí)自動(dòng)設(shè)置適當(dāng)?shù)膮⒖挤秶?/span>

參考頻道

SR124 和 SR2124 中有三種參考模式：內(nèi)部、外部和后 VCO。在所有模式下，首先在前面板的參考部分選擇頻率范圍——手動(dòng)或通過(guò)自動(dòng)參考范圍功能。

在外部參考模式下，儀器鎖定到幅度至少為 100 mVpp 的外部信號(hào)。參考振蕩器將鎖相到外部參考輸入的正過(guò)零。支持鎖定在 f、2f（二次諧波）或 3f（三次諧波）。

在內(nèi)部模式下運(yùn)行，參考頻率從前面板設(shè)置，精度為 ±0.1 %。除了內(nèi)部和外部參考模式之外，SR124 和 SR2124 還具有內(nèi)置的壓控振蕩器 (VCO)，可以作為鎖定的參考。后面板VCO 輸入接受 0 至 +10 VDC 信號(hào)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于前面板設(shè)置范圍內(nèi)的和頻率。這個(gè)方便的功能允許您鎖定到可變或掃描控制電壓。

前面板 Ref Out BNC 連接器上始終存在同步參考輸出信號(hào)。正弦波和方波均可選擇，輸出幅度可設(shè)置在 100 nV 和 10 V 之間。參考也可在后面板上使用。0°、90°、180° 和 270°的四個(gè)相移1 Vrms 輸出可用于各種應(yīng)用。

直流偏置

通過(guò)打開(kāi)“DC Bias”，可以將獨(dú)立于 AC 參考幅度的雙極性 DC 偏置電壓添加到參考輸出。此功能在進(jìn)行差分電導(dǎo)和相關(guān)傳輸測(cè)量時(shí)特別有用，其中必須在一系列不同的偏置值下測(cè)量實(shí)驗(yàn)的小信號(hào)交流響應(yīng)。偏置值可以設(shè)置為±1000×參考幅度，具體取決于幅度。

相位控制

SR2124 是雙鎖相放大器，具有 X 和 Y 顯示器。SR124 是單鎖相放大器，只有一個(gè) X 顯示器。參考的相位通常需要調(diào)整。手動(dòng)調(diào)零相位很容易——按下相位按鈕并轉(zhuǎn)動(dòng)大旋鈕直到信號(hào)調(diào)零，然后將相位移動(dòng) 90°。或者，只需按下自動(dòng)相位按鈕。相位分辨率為 0.01°，在中頻帶頻率下相位精度為 ±1° 。

交流電壓表模式

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，用戶(hù)通常會(huì)在鎖定模式下運(yùn)行，但該模式可以更改為交流電壓，允許鎖定作為寬帶或頻率選擇性交流電壓表運(yùn)行。在此模式下，無(wú)需參考信號(hào)即可快速測(cè)量交流信號(hào)的平均值。

電腦控制

對(duì)于需要計(jì)算機(jī)控制鎖定放大器的用戶(hù)，后面板上有一個(gè)RS-232接口。儀器的所有功能都可以通過(guò)界面進(jìn)行設(shè)置或讀取。當(dāng)向儀器發(fā)送命令時(shí)，微控制器將被激活，并且可能存在數(shù)字噪聲。在此期間，前面板遠(yuǎn)程活動(dòng) LED 會(huì)提醒您正在進(jìn)行通信。

對(duì)于具有電氣隔離的遠(yuǎn)程接口，有一個(gè)后面板光纖接口。當(dāng)連接到SX199 遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接口單元時(shí)，它提供了通過(guò) GPIB (IEEE-488.2)、以太網(wǎng)和 RS-232控制鎖定的路徑。