斯坦福SR124 模拟锁相放大器

SR124 & SR2124 模拟锁定放大器

半个多世纪以来，锁定放大器一直是在存在噪声的情况下测量小交流信号的仪器。早期的仪器设计有模拟电子设备、多联机械开关、指针指示器等，并且通常使用图表记录仪监控测量结果。基于微处理器的设计出现在 1980 年代，到 1990 年代初期，甚至锁定的模拟解调器也被高分辨率 ADC 和数字信号处理器 (DSP) 所取代。远程计算机控制、数字读数和用户友好的前面板都产生了。

现代 DSP锁定放大器在稳定性、动态储备和灵活性方面的能力是革命性的，使其成为多个领域的研究人员和工程师的支柱。但在前进的过程中，留下了一些东西。对于包括低温研究人员在内的核心用户群体来说，新仪器成为了潜在的高频干扰源。这**体现在一种仪器——PAR124A——在停产几十年后仍被许多研究人员积极使用的持久性上。

回到模拟

SRS 认识到一种尺寸不一定适合所有尺寸，因此很自豪地推出 SR124单相和 SR2124双相模拟锁定放大器。SR124 和 SR2124 受到上一代**锁定的启发，但利用了当今的低噪声模拟组件和设计方法，是低噪声、高性能模拟仪器的杰作。

建筑学

SR124/SR2124 设计遵循两个基本主题。首先，信号路径由低噪声模拟电子设备构成：**的 JFET、晶体管、运算放大器和分立元件。其次，配置控制由微控制器管理，其系统时钟仅在更改增益或滤波器设置所需的短暂时间内振荡。这种“时钟停止”架构首先由 SRS 在 SR560 电压前置放大器中引入，消除了与机械面板控制相关的不便和可靠性问题，并使这些锁定的远程操作成为可能。

不要让数字显示欺骗您——SR124 和 SR2124 在运行期间确实会停止所有数字时钟。数字显示屏显示精度设置信息，例如输入滤波器频率、解调器相移和源输出幅度。驱动电子设备是静止的，没有“扫描”或刷新以产生最轻微的干扰。

每当微控制器激活时，“CPU Activity”指示灯就会亮起，清楚地显示数字时钟何时运行。这是响应前面板按钮按下或远程计算机命令而发生的。

当它真的很重要时——保持沉默！

有时，您需要确信您的实验不会受到干扰：您已将样品冷却至几毫开尔文，所有接线仍完好无损，并且您全年制造的**设备已准备好进行测量。前面板上的锁定拨动开关可以设置为“LOCKED OUT”，即使您按下其他按钮或旋钮，也会强制数字时钟保持关闭。锁定的模拟配置保持稳定，让您运行几分钟、几小时、几天——只要您需要。

低噪声输入放大器

SR124 和 SR2124 具有电压和电流输入。电压输入是一个单端/差分 FET 前置放大器，具有2.5 nV/√Hz的超低输入噪声。输入阻抗为 10 MΩ，最小满量程输入电压灵敏度为 100 nV。电流输入前置放大器具有 10 6和 10 8  V/A 的可选增益。提供交流和直流耦合，仪器可以在接地或浮动模式下运行。

SRS 还生产各种远程前置放大器，包括SR550  （FET 输入）、SR551  （Hi-Z 输入）、SR552  （BJT 输入）和SR554  （变压器输入），它们都可以直接从锁定的后面板前置放大器供电电源端口。这些前置放大器具有的特性，针对各种实验条件进行了优化。当与 SR124 或 SR2124 一起使用时，它们通常可以显着改善您的测量。

输入过滤器

SR124 和 SR2124 提供多种滤波器类型，用于在信号到达相敏检测器之前对其进行预处理。可选择平坦（无滤波）、带通、高通、低通和陷波滤波，滤波器的Q 因子可设置在 1 到 100 之间。

在带通模式下，可调谐窄带放大器抑制通带外的信号，提供多达 60 dB 的额外动态储备。

高通和低通滤波器允许您限制呈现给锁定放大器的频带，并抑制通带之外的频率。这些滤波器的衰减为每倍频程 –12 dB。

在陷波模式下，使用可调谐带阻滤波器，在特定频率下提供高达 80 dB 的衰减。

动态储备

在给定的满量程输入灵敏度下，锁定放大器的动态储备是**干扰信号与满量程输入电压的比值。**干扰信号定义为在锁定无法以精度测量信号之前，可应用于输入的任何频率的**信号幅度。

SR124 和 SR2124 具有高达 60 dB 的动态保留，具体取决于灵敏度设置和保留模式。使用输入带通滤波器可以额外增加 20 到 60 dB 的动态储备，使**可实现的动态储备为 100 dB。

输出时间常数

锁定提供两级输出低通滤波。时间常数可以选择长达 300 秒以**程度地降低噪声，或短至 1 毫秒。可选择每倍频程衰减 –6 dB 或 –12 dB。最小时间常数设置绕过输出滤波器，输出信号带宽仅由内部杂散电容确定。

抵消

偏移功能可以轻松评估存在满量程信号时的微小变化。您可以在满量程的 ±1000 % (10×) 之间手动调整偏移，或者您可以使用自动偏移功能通过按下按钮将偏移设置为等于信号值。调整偏移后，您可以通过降低灵敏度设置来增加增益（ 10 倍）。

自动功能

方便的自动功能允许您快速配置锁定的**设置。按下增益、相位或偏移按钮启动微控制器，然后调整仪器以获得**灵敏度（增益）、相移以**化信号（相位）或使输出为零（偏移）。Ref Range 按钮可打开和关闭频率自动量程功能，这使仪器可以在振荡器解锁时自动设置适当的参考范围。

参考频道

SR124 和 SR2124 中有三种参考模式：内部、外部和后 VCO。在所有模式下，首先在前面板的参考部分选择频率范围——手动或通过自动参考范围功能。

在外部参考模式下，仪器锁定到幅度至少为 100 mVpp 的外部信号。参考振荡器将锁相到外部参考输入的正过零。支持锁定在 f、2f（二次谐波）或 3f（三次谐波）。

在内部模式下运行，参考频率从前面板设置，精度为 ±0.1 %。除了内部和外部参考模式之外，SR124 和 SR2124 还具有内置的压控振荡器 (VCO)，可以作为锁定的参考。后面板VCO 输入接受 0 至 +10 VDC 信号，该信号对应于前面板设置范围内的**和频率。这个方便的功能允许您锁定到可变或扫描控制电压。

前面板 Ref Out BNC 连接器上始终存在同步参考输出信号。正弦波和方波均可选择，输出幅度可设置在 100 nV 和 10 V 之间。参考也可在后面板上使用。0°、90°、180° 和 270°的四个相移1 Vrms 输出可用于各种应用。

直流偏置

通过打开“DC Bias”，可以将独立于 AC 参考幅度的双极性 DC 偏置电压添加到参考输出。此功能在进行差分电导和相关传输测量时特别有用，其中必须在一系列不同的偏置值下测量实验的小信号交流响应。偏置值可以设置为±1000×参考幅度，具体取决于幅度。

相位控制

SR2124 是双锁相放大器，具有 X 和 Y 显示器。SR124 是单锁相放大器，只有一个 X 显示器。参考的相位通常需要调整。手动调零相位很容易——按下相位按钮并转动大旋钮直到信号调零，然后将相位移动 90°。或者，只需按下自动相位按钮。相位分辨率为 0.01°，在中频带频率下相位精度为 ±1° 。

交流电压表模式

对于大多数应用，用户通常会在锁定模式下运行，但该模式可以更改为交流电压，允许锁定作为宽带或频率选择性交流电压表运行。在此模式下，无需参考信号即可快速测量交流信号的平均值。

电脑控制

对于需要计算机控制锁定放大器的用户，后面板上有一个RS-232接口。仪器的所有功能都可以通过界面进行设置或读取。当向仪器发送命令时，微控制器将被激活，并且可能存在数字噪声。在此期间，前面板远程活动 LED 会提醒您正在进行通信。

对于具有电气隔离的远程接口，有一个后面板光纤接口。当连接到SX199 远程计算机接口单元时，它提供了通过 GPIB (IEEE-488.2)、以太网和 RS-232控制锁定的路径。