锁相放大器的基本结构示意图1，包括信号通道、参考通道、相敏检测器PSD和低通滤波器LPF等。各个模块的基本功能描述如下：
图1 锁相放大器工作原理
(1) 信号通道：对信号输入进行放大及滤波，将微弱信号放大到足以推动相敏检测器工作的电平，并且要滤除部分干扰和噪声。
(2) 参考输入：一般是等幅正弦或者方波信号，它可以是从外部输入的某种周期信号，也可以是系统内原先用于调制的载波信号或用于斩波的信号。
(3) 参考通道：对参考输入进行放大或衰减，以适应相敏检测器对幅度的要求。参考通道的另一个重要功能是对参考输入进行相位锁定及移相等处理，从而产生同频正弦波与余弦波，以提供给相敏检波器进行乘法运算。
相敏检波器（PSD）：以参考通道提供的基准正弦与余弦分量作为输入，对经过信号通道放大滤波的x(t)进行相敏检波（乘法运算），从而实现检波。
数字锁相放大器OE1022的原理说明：
锁相放大器OE1022的基本运算结构如图 2所示，包括信号通道、参考通道、PSD模块和LPF模块。这是一款双相型锁相放大器，即共有两个运算通道。
图2 双相锁相放大器结构框图
以下对双相锁相放大器结构进行运算原理剖析:
输入信号可定义为：
SI(t)=AIsin(ωt+φ)+B
上式中是待测交流信号，幅值为AI、角频率为ω、相位为φ，B是噪声。待测信号幅值与噪声相比非常微弱，因此输入信号是一个信噪比很低的信号。
两路参考信号是由锁相放大器通过锁相环锁定跟踪外部的参考信号输入，从而获得外部参考信号的频率与相位，再通过锁相放大器内部的数字信号处理模块生成同频的高精度正弦波及余弦波（由于同时生成正弦与余弦两路参考信号，因此叫做双相），可定义为：
SR0(t)=ARsin(ωt+δ)
SR1(t)=ARcos(ωt+δ)
待测信号与参考信号SR0同时进入PSD模块进行乘法运算，在进行积化和差，得到如下表达式：
Spsd=1/2（AIARcos(φ-δ)）+ B(t)ARsin(ωt+φ) - 1/2（AIARcos(2ωt+δ)）
式中包含PSD运算后得到的三个结果:
1/2（AIARcos(φ-δ)）为直流成分，这一部分包含了待测信号幅值AI、参考信号幅值AR以及待测信号与参考信号的相位差(φ-δ)的余弦值，在待测信号与参考信号稳定的情况下，本部分为定值。
1/2（AIARcos(2ωt+δ)）为参考信号二倍频交流成分。
B(t)ARsin(ωt+φ)为噪声与参考信号相乘成分。
以上第二部分与第三部分均可认为是PSD运算得到的交流成分。
由于正弦信号具有完备性，且随机信号与正弦信号不具备相关性，对第二部分及第三部分进行积分运算，结果为0，相当于通过后级低通滤波器滤除交流成分，故经PSD运算后所得信号经过LPF模块后，得到直流分量如下：
X=SOutput0=1/2（AIARcos(φ-δ)）
Y=SOutput1=1/2（AIARsin(φ-δ)）
根据直流分量，可通过下列计算式得到待测信号幅值与相位，分别以R和θ表示：
R=AI=(2√(X^2+Y^2 ))/AR
θ=φ-δ=tan-1Y/X
通过锁相放大的过程，相当于通过一个Q值极高的窄带滤波器，不受待测频率以外的噪声信号影响，因而可以测量极其微小的信号。
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