為什么鎖相放大器會具有很強的噪聲抑制能力

　　鎖相放大器不容易受到噪聲影響的原因，是因為很好地利用了噪聲（白噪聲）與目的信號（正弦波）之間在性質(zhì)上的差別。在這里，我們一方面整理白噪聲的性質(zhì)和正弦波的性質(zhì)，一方面解說為什么鎖相放大器會具有很強的噪聲抑制能力。

　　1、平坦的頻譜

　　在寬闊的頻率范圍內(nèi)，該信號具有幾乎相同的頻譜。信號的瞬時電平成為預測不到的隨機的值。

　　2、隨著頻帶寬度不同測量電壓會改變

　　在用毫伏計測量白噪聲時，得到的測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。測量得到的電壓值，與下圖中的淺藍色部分的面積成比例。

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

　　把測量所得的噪聲電壓（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、與頻帶寬度無關(guān)，測量所得電壓保持一定的值

　　因為頻譜是集中分布的，所以不受頻帶寬度的影響，測量所得的電壓保持一定的值。但是，必須要使信號頻率存在于所取的頻帶之內(nèi)。用交流電壓表所測量的電壓值，與頻帶寬度無關(guān)，是上圖中的V。那么，在正弦波上疊加了白噪聲以后會怎么樣呢？

　　即使白噪聲與正弦波進行加法運算所得的信號，測量所得的電壓對于頻帶寬度所具有的各種性質(zhì)也不會有變化。所以，當帶通濾波器的頻帶寬度變狹窄時，就會有以下結(jié)果：

　　想要測量的信號的電平不變；白噪聲的強度減小；交流聲等頻率不同的成分也當然被削弱。

　　從以上這些結(jié)果可知，為了測量被噪聲所掩埋的信號，應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，而信號卻不改變，其結(jié)果SN比（信噪比）改善為1/√N。

　　但是，這樣的帶通濾波器也是有一個限度的。為了說明鎖相放大器利用了噪聲與目的信號所具有的不同性質(zhì)，所以不容易受到噪聲的影響」，前面已解說了以下幾個要點：

　　噪聲（白噪聲）的性質(zhì)；正弦波的性質(zhì)；從白噪聲與正弦波合成的信號中，使用帶通濾波器可以使目的信號（正弦波）從噪聲中浮現(xiàn)出來。

　　5、使通帶變狹窄的限度

　　使用帶通濾波器只讓想要測量的頻率信號通過，可以抑制噪聲，讓目的信號浮現(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指標來使用。

　　Q值越大，通帶寬度就越窄，抑制噪聲的能力就越強。但是，一般的濾波器所能夠?qū)崿F(xiàn)的Q值，大約在100左右。對于1kHz的中心頻率，相應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間/溫度的穩(wěn)定性是有限的。