在本科生和研究生物理实验室中，学生不仅需要学习基本的电磁学概念，还必须熟悉函数发生器、示波器和频谱分析仪等标准仪器。锁相放大器的应用范围十分广泛，涵盖光谱学、量子光学、微机电系统（MEMS）等诸多领域。然而，由于锁相放大器价格昂贵，许多学生实验室通常并未教授锁相检测原理。
在印度理工学院马德拉斯分校物理系， Moku:Go 该实验课程旨在帮助学生通过实践学习掌握锁相检测原理。课程设计为每周一次，每次6-9小时，面向本科生和研究生。
Moku:Go是一款可重构设备，提供一套软件定义的测试和测量仪器，其中包括： 波形发生器, 示波器 以及 锁相放大器利用这些模块，我们设计了以下活动，供数十名学生以经济高效的方式并行学习：
a) 研究将给定的正弦信号与内部参考信号（正弦信号）锁定和不锁定所产生的影响。
b) 测量一个具有两个频率分量的信号
c) 测量一个方波信号
d) 测量一个非常低的电阻（低于普通万用表的测量范围）
挑战
锁相检测对于需要测量信号相位和幅度的应用至关重要，例如光学干涉测量、射频反射测量等等。本质上，该方法“锁定”复杂信号中的特定频率分量，将其从背景中分离出来。通过抑制噪声和高频分量，锁相检测具有极高的灵敏度，能够恢复低于噪声基底的信号。
锁相检测的工作原理是将输入信号与一个设定为所需频率的参考信号（称为本振）进行比较。然后，信号在参考频率处进行解调，在频域中，该参考频率使信号中心频率为 0 Hz。接下来，低通滤波器会滤除所有高频分量，仅保留目标分量的幅度。几乎所有现代锁相放大器都采用双相解调，即使用两个相位相差 90 度的本振来提取输入信号的相位和幅度。图 1 显示了锁相放大器的框图。
尽管锁相放大器在物理和工程研究实验室中应用广泛，但与其他测试测量设备相比，其价格通常较高。这限制了它们在大型本科物理实验室中的普及，因为这些实验室需要配备多台锁相放大器，以便所有学生都能获得实际操作经验。
解决方案
印度理工学院马德拉斯分校物理系引进了九台Moku:Go设备，供学生们亲自体验操作。 锁相放大器 仪器。
在第一个练习中，学生们生成一个周期性的正弦波，并调整锁相放大器的参数，例如输入幅度和本振频率。然后，他们测量这些参数对解调幅度的影响。使用 Moku:Go 进行练习。 波形发生器 同时，学生们还向电路中注入噪声，发现即使信噪比很低，信号仍然可以恢复。
该仪器还提供了一种精确测量交流电阻的方法。锁相放大器可以量化交流电压源在分压器配置中某个电阻上的电压降（见图 2）。然后，将提取的电阻值与电阻的标称值进行比较。由于锁相放大器具有额外的噪声抑制功能，该方法的精度高于标准直流分压器。此外，它还可以量化电阻在整个阻抗 Z 下的任何寄生电容，而不仅仅是直流电阻。
最后，学生们还利用Moku测量了方波的不同谐波。他们将周期性方波信号输入锁相放大器，并将本振频率依次调整到中心频率和每个奇次谐波频率。通过测量每个谐波的解调幅度，他们可以直观地看到构成方波的不同分量，以及高次谐波幅度逐渐减小的现象。
结果
研究发现，Moku:Go 为向学生介绍锁相放大器概念提供了一种经济有效的方式。印度理工学院马德拉斯分校物理系正在设计一些实验，利用 Moku:Go 中的其他仪器，例如 PID 控制器，来教授学生反馈控制的概念。
