仪表博物馆[05]-SR510 模拟锁定放大器

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本次带来的是SR510模拟锁定放大器，该产品的 官方文档页

维修

前段时间在黄鱼上看到一台坏掉的SR510，因为🐟一直想做模拟锁定放大器（同时也比较馋SRS的工业设计，想摸摸机器），于是割了点肉买了下来。到手后发现症状如卖家所说，钽电容炸了，连带着机器的保险丝也烧掉了。

这种黄豆是上世纪很多设备常用的钽电容，经过漫长的时间后内部电介质失效后导致电容短路，于是连带着前面的电源、限流器件一块炸掉（图里那颗烧黑的碳膜电阻）
总之，先用较稳定的同规格铝电解电容给这些流汗黄豆全部替换掉吧——

首先将糊掉的器件拆掉，然后用万用表通断档测测各路电源输入输出对地是否短路，发现仍然有短路的情况。说明板子上仍有失效的电容，只不过还没引爆。
买了一些Rubycon 2.2uF、50V耐压的铝电解电容，然后将板子上所有的钽电容全部拆掉，再将铝电解替换回去。再次测试电源轨，发现这里的三端稳压器也挂了，于是给他拆掉换新的，再换上新保险丝，将电源电压调整到220V，通电，完美复活。

先上图

修都修了，拆也拆了，顺便拍照。架起仪器，拿出相机，开始拍摄内部有意思的细节。

内部整体图如下，中间的横梁固定到机壳2侧，并在板子正中间打了螺丝以提供结构稳定性。这么大一张板子还是挺少见的…
模拟输入部分的电路上下都罩了块金属皮，不厚，也没有磁性，开孔部位可以调节内部的电位器。
仪器前后面板上的BNC连接器都通过飞线直接焊接到主板上。甚至包括线性电源的调整管，也是通过飞线安装到机身后部的铝散热器上的。

可以看到这机器是1988年设计的，不知道是什么时候生产的。去掉横梁和屏蔽罩后：

模拟输入部分（下图右），用了一个看起来质量不错的开关（然而拨动起来已经不是很顺畅了…）来切换输入配置（单端、差分、电流输入）。模拟部分和旁边的电路有地屏蔽隔开，中间无信号线连接。

机器的基准用的是金封的AD534。硕大的黑色圆柱体是模拟指针表头。

数字部分的电池，这颗电池测了下还有3.几V电压，似乎没死，那也不急着换了。旁边有一颗经典Z80。

机器背后的VCO选件板（没错这机器是带了选件的），核心是一颗ICL8038。

模拟指针表头后面贴了序列号标签。看到旁边的对外接口上对机壳并联了一颗小电容。因为板子上不好安装大体积的散热器，所以他们将LM317/337这2颗线性调整管飞线上去了，本体安装在机器屁股后面，散热器紧贴着机壳辅助散热。

模拟输入部分的背面，安装了4颗2200uF的大电解，用于信号链中间的交流耦合。

PCB和机壳连接接机壳地。（旁边2颗电解电容是我后换上的）

3个背后的模拟输出接口，有2个并了电容，为了优化EMC。

机器倒过来是这样：

原理解析

此前🐟写过一篇文章介绍锁定放大器的原理： 神奇的锁定放大器，不知道原理的同学可以移步这篇文章。时间与精力所限，下面我仅解析一下我能看懂的部分电路。

在其官方的 Manual 中能找到完整的电路图，不过是扫描版本的，且原图为手工绘制，所以很多细节看不太清楚。

电流输入-IV变换

为了超低噪声和极低的输入偏置电流，此处用匹配的双JFET管作为运放的输入级来提高输入阻抗，降低输入电压/电流噪声，然后通过1MΩ的跨阻电阻将电流转换为电压输出，转换增益为1V/1uA。

电压输入-前置放大器

还是我们熟悉的JFET对管输入级。上面的运放作主运放，下面的运放用于设定输入级的工作点。由于JFET对管仍然存在配对误差，所以需要调整P101电位器去调整2个管子的电流平衡，以优化整体的CMRR（Common-Mode Rejection Ratio，共模抑制比）。

Notch Filter

为了抑制电源线干扰，SR510设计了Notch Filter，针对工频抑制。不过这里的中心频率和Q值都得拧电位器手调…
这里的2颗反向串联的2200uF电容就是PCB背面那硕大的2颗电解。

自动跟踪带通滤波器

这里是比较有意思的部分。使用LM13600来实现带通滤波器：（目测）通过施加在LM13600输出上的控制电压，结合不同的电容组合来实现可调中心频率的带通滤波，具体的原理没搜到有现成的资料分析，🐟偷个懒留给读者分析吧233

混频器

混频器也挺有意思，参考正弦信号输入经过可变增益和交流耦合后，通过一对同步Chopping的模拟开关施加到混频器X输入，输入信号经过滤波、放大等调理后施加到混频器的Y输入，输出交流耦合后经过同步Chopping的模拟开关解调输出。

VCO选件

这部分电路就是位于机器背后那块单独的PCB，核心是用了一颗集成的波形发生器ICL8038，通过外部压控输入调谐震荡频率。因为SR510自带了2通道的模拟输出（DAC），所以这个选件可以配合SR510本体工作，产生一个对外的激励信号，同时将参考输出引入到SR510的参考输入，来实现完整的应用方案。

总结

这台模拟锁定放大器受限于设计的时代，他的使用体验是远不如现代数字化的锁定放大器的。
该机器需要对信号链中各级参数进行微调（电位器）以实现最佳性能，同时内部并无激励源，需要搭配外部VCO来实现（该机器的VCO选件，或外部VCO）
在2025年的今天，他的意义相比于实用，更限于研究学习。当然，如果有合适的用途，那么它也未尝不是一种选择（but 新机3000美刀…而且也不一定还在产。）

参考链接

• SR510官方文档页
• SR510 Manual
• 神奇的锁定放大器