تقویت کننده قفل شونده ( به انگلیسی: Lock - in amplifier ) یا تقویت کننده حساس به فاز نوعی دستگاه اندازه گیری است که می تواند یک سیگنال الکتریکی ضعیف را که سوار یک موج حامل با فرکانس و فاز مشخص است از یک محیط پُرنویز استخراج کند. این دستگاه شبیه یک فیلتر میان گذر با یک باند فرکانسی بسیار کوچک عمل می کند که می تواند نسبت سیگنال به نویز را بهتر کرده و در نهایت ولتاژهای مستقیم و ولتاژهای نوسانی با فرکانس های دیگر و همچنین نویز را بسیار خوب فیلتر کند. دستگاه تقویت کننده قفل شونده در درهه ۶۰ میلادی طراحی شده و بسیاری از آزمایش های مهم در دنیای علم توسط این دستگاه انجام گرفته است.
این دستگاه دارای یک ورودی سیگنال مرجع V r با فرکانس f r است که در طول اندازه گیری، تقویت کننده فقط به بخشی از سیگنال مورد اندازه گیری پاسخ می دهد که در محدوده همان فرکانس قرار داشته و فاز اولیه مشخصی هم دارد. در اصطلاح گفته می شود که تقویت کننده روی این فرکانس قفل شده است. سیگنال مرجع می تواند یک تابع کُسینوسی به شکل زیر باشد:
طریقه کار این دستگاه به این صورت است که برای مثال سیگنال ورودی به یک نمونه آزمایشگاهی و دستگاه های مربوطه ابتدا بر روی موجی با فرکانس f r سوار شده و فرایند اندازه گیری آغاز می شود. درنهایت سیگنال خروجی نمونه که باید اندازه گرفته شود به عنوان ورودی دستگاه تقویت کننده قفل شونده به صورت زیر خواهد بود:
که هدف دستگاه استخراج سیگنال V s i g n a l است. سیگنال ورودی از یک فیلتر میان گذر عبور می کند. این فیلتر باید برای فرکانس کاری مورد نظر از پیش تنظیم شده باشد. بعد از عبور سیگنال از این فیلتر اکثر هارمونیک های بالا و پایین فرکانس مرجع حذف می شوند. این سیگنال فیلترشده در سیگنال مرجع V r ضرب می شود:
اگر بتوان بخش DC رابطه بالا را استخراج کرد به ازای تغییر فاز ϕ = 0 می توان مستقیماً به بزرگی سیگنال V s i g n a l دست یافت. این عمل توسط یک مدار انتگرال گیر ( فیلتر پایین گذر ) با فرکانس قطع f r / 2 انجام می گیرد. خروجی این انتگرال گیر به صورت زیر خواهد بود:
α ضریب تقویت سیگنال خروجی است. وابستگی سیگنال خروجی به تغییرات فاز ϕ دلیل نامیده شدن این دستگاه به اسم تقویت کننده حساس به فاز است. دستگاه های تقویت کننده قفل شونده معمولاً دو مُد اندازه گیری f و 2 f دارند. برای اندازه گیری در مُد 2 f سیگنال مرجع از یک ضرب کننده فرکانس عبورکرده و تقویت کننده روی هارمونیک دوم فرکانس مرجع قفل می شود. در این حالت باید فیلتر میان گذر روی فرکانس 2 f تنظیم شود.
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفاین دستگاه دارای یک ورودی سیگنال مرجع V r با فرکانس f r است که در طول اندازه گیری، تقویت کننده فقط به بخشی از سیگنال مورد اندازه گیری پاسخ می دهد که در محدوده همان فرکانس قرار داشته و فاز اولیه مشخصی هم دارد. در اصطلاح گفته می شود که تقویت کننده روی این فرکانس قفل شده است. سیگنال مرجع می تواند یک تابع کُسینوسی به شکل زیر باشد:
طریقه کار این دستگاه به این صورت است که برای مثال سیگنال ورودی به یک نمونه آزمایشگاهی و دستگاه های مربوطه ابتدا بر روی موجی با فرکانس f r سوار شده و فرایند اندازه گیری آغاز می شود. درنهایت سیگنال خروجی نمونه که باید اندازه گرفته شود به عنوان ورودی دستگاه تقویت کننده قفل شونده به صورت زیر خواهد بود:
که هدف دستگاه استخراج سیگنال V s i g n a l است. سیگنال ورودی از یک فیلتر میان گذر عبور می کند. این فیلتر باید برای فرکانس کاری مورد نظر از پیش تنظیم شده باشد. بعد از عبور سیگنال از این فیلتر اکثر هارمونیک های بالا و پایین فرکانس مرجع حذف می شوند. این سیگنال فیلترشده در سیگنال مرجع V r ضرب می شود:
اگر بتوان بخش DC رابطه بالا را استخراج کرد به ازای تغییر فاز ϕ = 0 می توان مستقیماً به بزرگی سیگنال V s i g n a l دست یافت. این عمل توسط یک مدار انتگرال گیر ( فیلتر پایین گذر ) با فرکانس قطع f r / 2 انجام می گیرد. خروجی این انتگرال گیر به صورت زیر خواهد بود:
α ضریب تقویت سیگنال خروجی است. وابستگی سیگنال خروجی به تغییرات فاز ϕ دلیل نامیده شدن این دستگاه به اسم تقویت کننده حساس به فاز است. دستگاه های تقویت کننده قفل شونده معمولاً دو مُد اندازه گیری f و 2 f دارند. برای اندازه گیری در مُد 2 f سیگنال مرجع از یک ضرب کننده فرکانس عبورکرده و تقویت کننده روی هارمونیک دوم فرکانس مرجع قفل می شود. در این حالت باید فیلتر میان گذر روی فرکانس 2 f تنظیم شود.
wiki: تقویت کننده قفل شونده