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為什么鎖相放大器具有很強(qiáng)的抗噪能力?

  • 發(fā)布日期:2022-10-26      瀏覽次數(shù):812
    •   鎖相放大器不容易受到噪聲影響的原因,是因?yàn)楹芎玫乩昧嗽肼?白噪聲)與目的信號(hào)(正弦波)之間在性質(zhì)上的差別。具有原因請(qǐng)看下面內(nèi)容。

        1、平坦的頻譜

        在寬闊的頻率范圍內(nèi),該信號(hào)具有幾乎相同的頻譜。信號(hào)的瞬時(shí)電平成為預(yù)測(cè)不到的隨機(jī)的值。

        2、隨著頻帶寬度不同電壓會(huì)改變

        在用毫伏計(jì)測(cè)量白噪聲時(shí),得到的測(cè)量值和白噪聲所具有的頻譜帶寬(BandWidth: B.W.)的平方根以及電平成比例。測(cè)量得到的電壓值,與下圖中的淺藍(lán)色部分的面積成比例。

        即使對(duì)于同樣的噪聲,如果用帶通濾波器(BPF)來限制所通過的頻帶,那么測(cè)量所得的電壓值就會(huì)不同。

        把測(cè)量所得的噪聲電壓(Vrms),除以頻帶寬度的平方根,就得到用表示噪聲大小的單位、也即稱作噪聲電壓密度(V/√Hz)來衡量的值。頻道寬度如果縮小到1/100,那么測(cè)量所得的噪聲電壓就縮小到1/10。

        3、頻譜非常集中

        1kHz正弦波信號(hào)的頻譜,只存在于1kHz的位置,其他地方的頻譜的電平都為零。

        4、與頻帶寬度無(wú)關(guān),測(cè)量所得電壓保持一定的值

        因?yàn)轭l譜是集中分布的,所以不受頻帶寬度的影響,測(cè)量所得的電壓保持一定的值。但是,必須要使信號(hào)頻率存在于所取的頻帶之內(nèi)。用交流電壓表所測(cè)量的電壓值,與頻帶寬度無(wú)關(guān)。那么,在正弦波上疊加了白噪聲以后會(huì)怎么樣呢?

        即使白噪聲與正弦波進(jìn)行加法運(yùn)算所得的信號(hào),測(cè)量所得的電壓對(duì)于頻帶寬度所具有的各種性質(zhì)也不會(huì)有變化。所以,當(dāng)帶通濾波器的頻帶寬度變狹窄時(shí),就會(huì)有以下結(jié)果:想要測(cè)量的信號(hào)的電平不變;白噪聲的強(qiáng)度減小;交流聲等頻率不同的成分也當(dāng)然被削弱。

        從以上這些結(jié)果可知,為了測(cè)量被噪聲所掩埋的信號(hào),應(yīng)該將帶通濾波器的頻帶寬度變窄。如果將頻帶寬度縮小到1/N,那么噪聲就減小到1/√N(yùn),而信號(hào)卻不改變,其結(jié)果SN比(信噪比)改善為1/√N(yùn)。

        但是,這樣的帶通濾波器也是有一個(gè)限度的。

        5、使通帶變狹窄的限度

        使用帶通濾波器只讓想要測(cè)量的頻率信號(hào)通過,可以抑制噪聲,讓目的信號(hào)浮現(xiàn)出來。但是,使帶通濾波器的通帶寬度變窄,這也是有限度的。

        在帶通濾波器中,中心頻率與通帶寬度的比值稱作Q值,作為衡量帶通濾波器的濾波尖銳程度的一項(xiàng)指標(biāo)來使用。

        Q值越大,通帶寬度就越窄,抑制噪聲的能力就越強(qiáng)。但是,一般的濾波器所能夠?qū)崿F(xiàn)的Q值,大約在100左右。對(duì)于1kHz的中心頻率,相應(yīng)的通帶寬度的限界大約在10Hz左右。Q值不能任意增大的原因,在于組成濾波器的零部件的精確度和時(shí)間/溫度的穩(wěn)定性是有限的。

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