Lock in Lock

Sperren in Sperre Sperren

Sperren (von Englisch auf Sperren in "Sperren, Sperren") steht für: mw-headline" id="Construction_and_Functionality">Konstruktion und Funktionalität[a class="mw-editsection-visualeditor" href="/w/index. php?title=Lock-in-Verst%C3%A4rker&veaction=edit&section=1" title="Abschnitt editieren: Struktur und Funktion">Bearbeiten | < Quelltext bearbeiten]

Dabei handelt es sich um einen Kopplungsverstärker (auch bekannt als phasensensitiver Gleichrichter bzw. Carrier Frequency Amplifier (TFV)), der ein schwaches elektrisches Wechselstromsignal misst, das mit einem Bezugssignal modifiziert ist, das in der Frequenzfrequenz frei von Frequenzfrequenzen (fref{\displaystyle f_{rm {ref}}) und in der Phasenlage bekannt ist. Es handelt sich um einen äußerst engbandigen Bandpaßfilter, der das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) optimiert. Für einen Sperrverstärker sind folgende funktionale Elemente erforderlich: Impulseingang für das modifizierte Meßsignal.

Sendesignal-Eingang für das Sinus- (manchmal auch rechteckige) Bezugssignal. Phasenschieber zur Einstellung zwischen Referenz- und Meßsignal. Ein Mixer (Multiplikator), der das Eingabesignal mit dem Bezugssignal multiplikat. Option: Ein integrierter Elektronikeinsatz zur Steuerung des Mess-Signals. Somit ermittelt der Lock-in-Verstärker die Querbeziehung zwischen dem Meßsignal und dem Bezugssignal für eine festgelegte Phasensprung ??{\displaystil \Delta \phi }.

Der Kreuzkorrelationsgrad für Frequenzsignale verschiedener Richtungen ist Null. Weicht die Häufigkeit des Meßsignals von der des Bezugssignals ab, stellt die Lock-in daher kein Ausgabesignal zur Verfügung. Lediglich bei gleichen Häufigkeiten ergibt die Querkorrelation einen ungleichen Nullwert und damit einen Anteil am Signal des Lock-in-Verstärkers. Mit der Auswahl der geeigneten Referenzfrequenz kann die korrespondierende Messsignalkomponente herausgefiltert werden.

Die Referenzsignale werden mit dem Meßsignal verriegelt. Bei der Multiplikation des Meßsignals mit dem Bezugssignal werden die Differenz- und Summenfrequenzen als Mixed-Signal erzeugt. Der Differenzwert für das Nutzungssignal ist idealerweise Null. Idealerweise liefert der Lock-in-Verstärker eine DC-Spannung als Ausgabesignal. Der Wert ist prozentual zu: Eingabespannung; Cosinus der Phasensprung ??{\Anzeigenart \Delta \phi } zwischen Eingabesignal und Bezugssignal.

Wenn das Eingabesignal Uin{\displaystyle U_{\mathrm {in} }} auch Sinusmoduliert ist, resultiert T{\displaystyle T} für das Ausgabesignal für eine ausreichend lange Integrationszeit: Wenn das Referenzsignal und das Meßsignal phasengleich sind (??=0{\Anzeigestil {\Delta }{\varphi }=0}), wird das maximale vom Lock-in-Verstärker generierte Ausgangssignal verwendet. Liegt die Phasendrehung bei 90°, ist das Ausgabesignal Null.

Beim Lock-in-Verstärker im Funkbereich handelt es sich um einen Bandpaß um die Bezugsfrequenz, dessen Bandweite entgegengesetzt zur Integrationsdauer ist. Die vorliegende Formel bezieht sich auf ein Sinusreferenzsignal. Allerdings hat man es in der Praxis (siehe Optikmodulatoren ) oft mit rechteckigen Bezugssignalen zu tun, bei denen das Ausgabesignal dann anders ausfällt.

Rechteckige Bezugssignale bewirken, dass die seltsamen Oberschwingungen des Signals ebenfalls zum Ausgangssignal beitragen, ebenso wie störende Signale in den jeweiligen Wellen. Daher ist die Phasenlage zwischen dem Messsignal und dem Bezugssignal von großer Bedeutung und entspricht als Messresultat der Größe des Messsignals. Bei der Messung wird die Phasenlage zwischen dem Messsignal und dem Bezugssignal bestimmt. Man unterscheidet Einphasen-Lock-in- und Zweiphasen-Lock-in-Verstärker.

Letzteres bestimmt das Ausgabesignal für zwei unterschiedliche Phasenschieber, die sich um 90 Grad voneinander abheben. Die pythagorare Addierung der beiden resultierenden Ausgabesignale macht das endgültige Ergebnis der Vermessung phasenunabhängig und erlaubt sowohl einfache als auch genauere Vermessungen (siehe Web-Links für Details). Beste Signalempfindlichkeit wird mit digitalen Lock-in-Verstärkern auf der Grundlage von digitalen Signalkonvertern (DSP) erreicht.

Zunächst werden das Eingabesignal und das Bezugssignal auf Digitalisierung (ADC) umgestellt. Einrastungen auf der Grundlage von DSP erlauben auch eine präzisere Ermittlung der Phasenposition zwischen dem Eingabesignal und dem Bezugssignal. FPGA-basierende Verriegelungsverstärker können auch mehrere Bezugsfrequenzen (z.B. f1 und f2) aus einer einzigen Source liefern. Chopperverstärker zerkleinern intern ein zu messender elektrischer Gleichspannung, im Unterschied zum Sperrverstärker, der immer ein AC-Spannungssignal empfängt, das in der Messeinrichtung über Chopper-Vorrichtungen oder andere Module (z.B. optisch) induziert wird.

Grundlegende Grundlagen der Erkennung von Lock-in-Verstärkern und aktueller Stand des Wissens, siehe Artikel 2016.

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