同步檢波器又稱為相干檢波器，有疊加型同步檢波和乘積型同步檢波兩類。同步檢波器可提取淹沒在噪底內(nèi)的小信號(hào)，用于進(jìn)行各種物理量測(cè)量，例如極小的電阻、明亮背景下的光吸收或反射量，或者存在于高噪聲電平下的應(yīng)變。

在很多系統(tǒng)中，隨著頻率趨近于零，噪聲會(huì)不斷增加。例如，運(yùn)算放大器具有1/f 噪聲，而光學(xué)測(cè)量易受因環(huán)境光條件變化而產(chǎn)生的噪聲影響。在遠(yuǎn)離低頻噪聲處進(jìn)行的測(cè)量可提高信噪比，從而可檢測(cè)到較弱信號(hào)。例如，將光源調(diào)制到幾千赫茲有助于測(cè)量原本會(huì)淹沒在噪底內(nèi)的反射光。圖1 顯示了調(diào)制技術(shù)如何恢復(fù)原本低于噪底的信號(hào)。

圖1. 通過調(diào)制使信號(hào)遠(yuǎn)離噪聲源

調(diào)制激勵(lì)信號(hào)的方法有多種。最簡(jiǎn)單的方法是重復(fù)打開、關(guān)閉。在驅(qū)動(dòng)LED、為應(yīng)變計(jì)電橋供電的電壓源和其他類型激勵(lì)時(shí)，這種方法很有效。而對(duì)于光譜儀器上使用的白熾燈泡和其他不易開關(guān)的激勵(lì)源，可通過使用機(jī)械快門截?cái)喙饩€來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。調(diào)制激勵(lì)信號(hào)的方法有多種。最簡(jiǎn)單的方法是重復(fù)打開、關(guān)閉。在驅(qū)動(dòng)LED、為應(yīng)變計(jì)電橋供電的電壓源和其他類型激勵(lì)時(shí)，這種方法很有效。而對(duì)于光譜儀器上使用的白熾燈泡和其他不易開關(guān)的激勵(lì)源，可通過使用機(jī)械快門截?cái)喙饩€來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。

窄帶帶通濾波器可濾除目標(biāo)頻率以外的所有其他頻率，使原始信號(hào)得以恢復(fù)，但使用分立元器件設(shè)計(jì)所需的濾波器可能很難。另一種方法是考慮使用同步解調(diào)器，該器件可將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)至直流，同時(shí)抑制與參考信號(hào)不同步的各信號(hào)。運(yùn)用這種技術(shù)的設(shè)備稱為鎖定放大器。

圖2 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的鎖定放大器應(yīng)用。用一個(gè)調(diào)制為1 kHz 的光源照射測(cè)試表面。再由光電二極管測(cè)量測(cè)試表面反射的光線，其強(qiáng)度與表面的污染程度成比例。參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)都是正弦波，并且頻率和相位相同，但幅度不同。驅(qū)動(dòng)光電二極管的參考信號(hào)具有固定幅度，而測(cè)量信號(hào)的幅度會(huì)隨反射光量而變化。

圖2. 使用鎖定放大器測(cè)量表面污染程度

兩個(gè)正弦波相乘所得的結(jié)果是一個(gè)具有和頻與差頻形式頻率分量的信號(hào)。這里，兩個(gè)正弦波具有相同的頻率，因此結(jié)果是一個(gè)直流信號(hào)和一個(gè)兩倍于原始頻率的信號(hào)。負(fù)號(hào)表示它具有180°的相移。低通濾波器會(huì)濾除信號(hào)中直流分量以外的所有分量。

考慮有噪輸入信號(hào)時(shí)，運(yùn)用這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將變得非常明顯。相乘只會(huì)使調(diào)制頻率的信號(hào)移回直流，所有其他頻率分量則移至其他非零頻率。圖3 顯示了一個(gè)具有50 Hz 和2.5 kHz 高噪聲源的系統(tǒng)。微弱的目標(biāo)信號(hào)采用1 kHz 正弦波進(jìn)行調(diào)制。輸入信號(hào)與參考信號(hào)相乘所得到的是一個(gè)直流信號(hào)，以及頻率為950 Hz、1050 Hz、1.5 kHz、2 kHz 和3.5 kHz 的其他信號(hào)。直流信號(hào)包含所需的信息，因此可使用低通濾波器濾除其他頻率。