雑音に埋もれた微少信号を測る
　ロックインアンプの測定原理

入力信号 → 同期検波回路(PSD) → フィルター(LPF) → 出力
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参照信号 → 位相調整回路(PS)

参照信号：ヘテロダインラジオの局部発振 (Local OSC)信号に相当する。ロックインアンプでは参照信号と呼び、外部から参照信号として入力する。 位相調整回路(Phase Shifter)により測定信号と参照信号の位相差を0とし，PSDに入力する。位相差0の時に，PSDは適正な出力（入力信号の振幅値）を与える。この方式を「１位相ロックインアンプ」といい，研究室ではNF5600等がある。また，「２位相ロックインアンプ」は２つのPSDを用いることで位相調整を不要にしたものもある。

同期検波回路（Phase Sensitive Detecter)： この参照信号と等しい周波数成分の検出を行なう。この回路の１例としてDBM(Doubly Balanced diode Mixer)がある。測定信号と参照信号の位相差が0の場合，入力信号を全波整流した出力信号となる（直流成分に変換したことになる）。位相がずれると出力信号は大きく変わり交流波のようにもなる。

フィルター(Low Pass Filter)：　雑音除去能力はLPFのカットオフ周波数で決まる。例えば10kHzの測定時、1mHzのLPFを使用すると、等価的には10kHz±1mHzのバンドパスフィルタ(BPF)と同じ雑音除去能力になる。これをＱに換算すると5×10⁶に相当する。 LRC回路では、これほど高いＱを持つBPFの製作は不可能である。ロックインアンプは、LPFのカットオフ周波数が多少狂っても、直流さえ通過できれば測定結果に大きな影響は出ない。

「ダイナミックリザーブ(Dynamic Reserve)」（ロックインアンプの重要なパラメタ）： 通常の電圧計には測定レンジがあり，設定レンジを超える場合にはレンジを変える必要がある。ロックインアンプも電圧計であるので，測定レンジがある。しかし，ロックインアンプは雑音に埋もれた微少信号を測定するため，通常の測定レンジの他に“ダイナミックリザーブ(DR)”と呼ぶパラメタがある。測定レンジの何倍までのノイズを許容できるかを示している。定義式は DR[dB] = 20 log10(最大許容雑音電圧Vpp/測定レンジVrms)である。
通常，測定信号に合わせ、DRを可変できる。例えば、「0.1mVrmsの目的信号に対して0.1Vrms(≒0.8Vp-p)のノイズが重畳された信号を測定する」場合，測定レンジを0.1mVレンジに設定すると、78dB以上のDRが必要となる。