做一个锁定放大器！

想必你已经康过 上一篇文章 了~（什么？还没看？快点去啊( •_•)>⌐■-■）

根据上一篇文章所讲述的锁定放大器的原理，我制作了一个利用 高速比较器 + 模拟开关 实现的锁定放大器。
使用KiCad设计，唔文件就不放了，挺简单的，如果你想要的话进群找我吧:p

PCB—

嗯，在某板厂打的骚紫色，4号下的单今天才发过来…无语子~
设计上我采用了4层板设计，主要信号线走在顶层上，拉不过去的话就走底层，中间层为2个电源层（正负轨），底层铺地平面。

画简单板子我喜欢把所有元件都放在正面，这样焊接起来非常方便。我使用了巨好用的 铁板烧（恒温陶瓷PTC发热片）来当作加热台，它能加热到200多度的高温且恒温，非常适合用来配合锡膏焊接贴片元件。先给空板预热一下，然后用牙签沾一点锡膏点到焊盘上，锡膏在高温的（这个温度很讲究，既要让锡膏软化又不能让他直接变成液相金属锡）的流动性非常棒。点完锡膏之后就可以贴元件了。贴好就像上面这样。

然后就可以再次开启铁板烧，将锡膏全部熔化~

熔化的液态金属锡的 表面张力 会拖着元件引脚一起到焊盘上。所以一般这样加热一遍之后仅仅需要微调各别元件，PCB很快就能焊好。。

焊好之后就开始进行测试了~

测试

对电路进行了各种调整之后，我确定了部分关键元件的最佳参数，同时调整好了4个跳线的位置，这样这个电路就算是做好了。长这样:

来康康波形吧~

输入信号为4Vpp，频率100kHz，带直流偏置的正弦信号（但无所谓，因为我使用了交流耦合去除直偏的影响），Ref信号经过高速比较器整形成方波之后，用来控制模拟开关的开通与关断。

测试方法：改变输入信号与Ref信号的相位差，同时用示波器看模拟开关输出端的波形，用万用表测量低通滤波器的输出直流电平，再根据理论值计算一下就可验证电路特性如何~

• 输入信号与Ref信号相差0度

)

• 输入信号与Ref信号相差45度

• 输入信号与Ref信号相差90度

• 输入信号与Ref信号相差180度

根据计算公式:

V_{out} = 0.6366*A_{m1}*A_{m2}*\cos(\phi) \\
A_{m1} = 4V_{pp} / 2 = 2 \\
A_{m2} = 1

整理得到表格如下:

误差分析

从结果来看，是有一定直流误差存在的。根据电路结构分析，误差可能来源于如下几个方面:

1. 各级运放的偏置电压，总共加起来大约在10mV以下级别
2. 高速比较器的传播延迟为4.5ns，上升下降沿时间也是ns级别，在100kHz频率下影响较小，但还是存在影响。
3. 比较器整形输出方波并非严格50%，有百分之0.几的误差
4. 信号源输出本身的精度问题
5. 模拟开关的开通/关断延迟时间也会造成影响。

综合如上来考虑的话，我觉得这个电路的表现非常棒了。

好玩的

最后我们来验证一个问题。
我们前文中讲过，锁定放大器可以 剔除全部与参考信号频率不同的量。因为如果参考信号与输入信号频率不同时，关于该信号的输出信号没有直流成分。

于是我动了一下信号源的频率参数，参考信号还是100kHz，将输入信号设置为99.999kHz之后（频率相差1Hz），我们可以看到如下波形:

看起来是不是像影流之主23333。注意数一数这条蛇的包络线的周期，刚好是1秒，对应频率为1Hz，跟计算得到的结果是完全一致的