锁相放大器 SR2124

半个多世纪以来，锁相放大器一直是在存在噪声的情况下测量小交流信号的首选仪器。早期的仪器设计有模拟电子、多单元机械开关、指针指示器等，测量通常使用图表记录仪进行监控。基于微处理器的设计出现在 1980 年代，到 1990 年代初，甚至锁相的模拟解调器也被高分辨率 ADC 和数字信号处理器 （DSP） 取代。远程计算机控制、数字读数和用户友好的前面板都实现了。

现代DSP锁相放大器在稳定性、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中流砥柱。但在前进的过程中，有些东西被抛在了后面。对于核心用户群体，特别是低温研究人员，新仪器成为高频干扰的潜在来源。这最好地反映在一种仪器 - PAR124A的持久性 - 在停产几十年后仍然被许多研究人员积极使用。

返回模拟

SRS 认识到一种尺寸不一定适合所有尺寸，因此自豪地推出 SR2124 双相模拟锁相放大器。SR2124 的灵感来自上一代锁相器件的精华，但利用当今的低噪声模拟组件和设计方法，是低噪声、高性能模拟仪器仪表的佼佼者。

建筑

SR2124 设计遵循两个基本主题。首先，信号路径完全由低噪声模拟电子器件构建：最好的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，微控制器的系统时钟仅在更改增益或滤波器设置所需的短暂时刻振荡。SRS在SR560电压前置放大器中首次引入这种“时钟停止”架构，消除了与机械面板控制相关的不便和可靠性问题，并使这些锁定的完全远程操作成为可能。

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

每当微控制器处于活动状态时，“CPU 活动”指示灯就会亮起，清楚地显示数字时钟何时运行。这是为了响应前面板按钮按下或远程计算机命令而发生的。

当真正重要的时候——保持沉默！

有时，您需要确信您的实验不会受到干扰：您已将样品冷却到几毫开尔文，所有接线仍然完好无损，并且您全年构建的最佳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“锁定”，即使您按下其他按钮或旋钮，也会强制数字时钟保持关闭状态。锁定的模拟配置保持稳定，让您根据需要运行几分钟、几小时、几天。

低噪声输入放大器

SR2124 具有电压和电流输入。电压输入为单端/差分FET前置放大器，具有2.5 nV/√Hz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的可选增益为10⁶和 10⁸V/A.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相的后面板前置放大器电源端口供电。 这些前置放大器具有独特的特性，针对各种实验条件进行了优化。当与 SR2124 一起使用时，它们通常可以显著改善您的测量。

输入滤波器

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。可以选择平坦（无滤波）、带通、高通、低通和陷波滤波，滤波器的Q因子可以设置在1到100之间。

在带通模式下，可调谐窄带放大器抑制通带之外的信号，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相放大器的频率频带，并抑制通带之外的频率。这些滤波器的滚降为每倍频程 –12 dB。

在陷波模式下，接合可调谐带阻滤波器，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，锁相放大器的动态储备是最大干扰信号与满量程输入电压的比值。最大干扰信号定义为在锁定无法以指定精度测量信号之前，可在任何频率施加到输入的最大信号的幅度。

SR2124 具有高达 60 dB 的动态储备，具体取决于灵敏度设置和储备模式。使用输入带通滤波器可以额外增加20至60 dB的动态储备，使可实现的最大动态储备达到100 dB。

输出时间常数

锁相提供两级输出低通滤波。可以选择长至 300 秒的时间常数以实现最大降噪，或短至 1 毫秒。可选择每倍频程滚降 –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决定。

抵消

偏移功能使得在存在满量程信号的情况下轻松评估微小变化。您可以在满量程的 ±1000 % （10×） 之间手动调整偏移，也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。调整失调后，您可以通过降低灵敏度设置来增加增益（最多10×）。

汽车功能

方便的自动功能使您可以快速配置锁定的最佳设置。按下增益、相位或偏移按钮启动微控制器，然后微控制器调整仪器以获得最佳灵敏度（增益）、相移以最大化信号（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，允许仪器在振荡器解锁时自动设置适当的参考范围。

参考通道

SR2124 有三种参考模式：内部、外部和后部 VCO。在所有模式下，频率范围首先在前面板的参考部分中选择——手动或通过自动 Ref 范围功能选择。

在外部参考模式下，仪器锁定至幅度至少为 100 mVpp 的外部信号。基准振荡器将锁相至外部基准输入的正过零点。支持锁定在 f、2f（二次谐波）或 3f（三次谐波）。

在内部模式下工作时，参考频率从前面板设置，精度为±0.1%。除了内部和外部基准模式外，SR2124 还具有内置压控振荡器 （VCO），可用作锁相基准。后面板VCO 输入接受 0 至 +10 VDC 信号，该信号对应于前面板上设置范围内的最低和最高频率。这种方便的功能允许您锁定到可变或扫描控制电压。

同步参考输出信号始终存在于前面板 Ref Out BNC 连接器上。正弦波和方波均可选择，输出幅度可在 100 nV 至 10 V 之间设置。该参考也位于后面板上。1°、0°、90° 和 180° 的四个相移 270 Vrms 输出可用于各种应用。

直流偏置

与交流基准电压幅无关的双极性直流偏置电压可以通过打开“直流偏置”来添加到基准输出。此功能在进行差分电导和相关传输测量时特别有用，其中实验的小信号交流响应必须在一系列不同的偏置值下测量。偏置值可以设置为参考幅度的±1000×，具体取决于幅度。

相位控制

SR2124 是一款双相锁相放大器，具有 X 和 Y 显示。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为零，然后将相位偏移 90°。或者，只需按下自动相位按钮。相位分辨率为0.01°，中频带频率下的相位精度为±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工作，但该模式可以更改为交流伏特，允许锁相作为宽带或频率选择流电压表运行。在这种模式下，无需参考信号即可快速测量交流信号的平均绝对值。

计算机控制

对于那些需要计算机控制锁相放大器的用户，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。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。

对于具有完全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，这提供了通过GPIB（IEEE-488.2）、以太网和RS-232控制锁定的路径。