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8.09.2019
20.07.22
05.09.22


LOCK-IN Verstärker auch LIA genannt
Recherche Sammlung:
Hochselektiver Verstärker  (Filter für stark gestörte, verrauschte Signale ).
Mit Hilfe einer 'Phasen angepassten' Referenzfrequenz wird alles ausgeblendet, was nicht zur Referenz  Frequenz passt.
Mam nennt es auch Synchrondemodulation

So kann hochselektiv, und zwar wirklich enorm, das Nutzsignal gefiltert und verstärkt werden

Verhältnis Nutz- Störsignal    1: 1000000   ( 11: 0^6)  ist durchaus realistisch!
Ein Lock-In  kann also als ein extrem "schmalbandiger Filter" mit extrem steiler Güte betrachtet werden.
ABER --> Die Phasenlage zwischen Signal und Referenz ist relevant.
Deshalb gibt es eine Phasenschieber für die Referenz. ( Später mehr ... )



PDFs:   Nun zum Prinzip:
zi_whitepaper_principles_of_lock-in_detection.pdf
Lock-IN_Zuerich_Instruments_MIFL_zi_mfli_leaflet.pdf
zi_whitepaper_principles_of_boxcar_averaging_latest.pdf

Lock_IN_versuch5a.pdf
Simpel Lock-In_LF_Lockin_lk4r5_DOC.pdf
TSchnitzler_Der_Lock-In-Verstaerker_mit_digitaler_Signalverarbeitung_programmiert_in_LabVIEW.pdf   aus https://www.uni-due.de/aglorke/
ITHACO_393.pdf   chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://wiki.kip.uni-heidelberg.de/KIPwiki/images/b/b8/ITHACO_393.pdf



LINKS:
https://www.elektronikpraxis.vogel.de/lock-in-verstaerker-fuer-die-medizintechnik-und-industrie-a-456256/
Phasenschieber ( AllpassFilter ): https://circuitcellar.com/research-design-hub/frequency-independent-phase-shifter/

So schön Einfach findet man es selten.  Log-In-secret.pdf
Schön erklärt: Low Cost Lock-In Selbstbau mit Sultan_presentaion.pdf
Low Cost LOCK-IN:  https://www.physlab.org/wp-content/uploads/2016/04/Sultan_presentaion.pdf

TIPP:  IC AD630 ist ein fertiger Lock-IN  IC     AD630 Balanced Modulator/Demodulator  AD630.pdf
Homebrew LOCK-IN :  http://www.holographyforum.org/data/pdf/aa-Collection_a_k/aa-Laser/aa-lockin/Homebrew_lockin_amplifier.html

SSB Verstärker mit LIA    https://www.mikrocontroller.net/topic/100747








MINI-Prinzip



Ich habe mal so zu zeichnen versucht:



oder mit konkreteren invertierenden OP:



ein etwas deutlicheres Blockschaltbild




Der Stanford SR830


und hier mit OPs



Die Funktionsweise der gesamten Schaltung wird deutlich bei Betrachtung der Signalformen in Abb.2:



Realisierung des phasenempfindlichen Gleichrichters mit SFET als Schalter



Phasenschieber


So sehen die Phasenlagen aus:



Denkbar wäre es die Techniken eine PLL zu kombinieren
Ein einfaches EXOR Gatter ist eine Möglichkeit der Dektektierung ungleicher Phasenlage.
Siehe PLL Baustein CD4046
 diese Spannung könnte zum vertrimmen eines VCO dienen, der dann einrastet..

Allpassfilter:  Ein Allpassfilter ist ein Filter, dessen Amplitudengang fest ist, dessen Phasengang jedoch mit der Frequenz variiert
Phasenschieber ( AllpassFilter ): https://circuitcellar.com/research-design-hub/frequency-independent-phase-shifter/

So wird im Prinzip ein Allpassfilter realisiert: 

Lock-In mit AUTO Phase Shift, mit AllPass FIlter
Interessant: In der Phase verschoben wird das Eingangssignal , "nicht" die Referenz.     KREUZ-Schalter  gegen Masse ( Schaltet Inv/NonInv. Wechselnd auf  (-) und (+) des OPs
 

Schaltet Gegen Masse. So wäre es besser



Auch das IC ADA2200 kommt in Frage.
Aus https://www.elektronikpraxis.vogel.de/lock-in-verstaerker-fuer-die-medizintechnik-und-industrie-a-456256/



MC1496  geht bis 10MHz
AD630 ~bis 300KHz
AD734 (Nachfolger des AD534)
SA612A (kann man sich damit eigentlich eine Referenzsinusquelle ersparen?)
Gilbert Zelle wie den HFA3101B, der ein paar 100MHz macht

https://www.physlab.org/wp-content/uploads/2016/04/Sultan_presentaion.pdf


Lockin mit Mischer IC AD630



ANWENDUNG:
Aus http://www.elektronik-labor.de/Elo/Lockin.html


Der Lichtstrahl wird durch eine rotierende Chopperscheibe periodisch unterbrochen, am Ausgang der Fotozelle entsteht dann ein Wechselspannungssignal. Das Synchronsignal für den Lockin-Verstärker wird mit einer Lichtschranke an der Chopperscheibe abgenommen.
Sowohl das Rauschen des optischen Empfängers wie auch Störungen durch Umgebungslicht werden durch die Lockin-Technik eliminiert.

Die der folgenden Schaltung können magnetische Eigenschaften verschiedener Proben gemessen werden. Wird eine magnetische Probe hin- und herbewegt erzeugt sie in einer umgebenden Spule eine Induktionsspannung deren Höhe unter anderem von der Magnetisierung abhängt. Für den einfachen Aufbau wird die Probe in einem Strohhalm befestigt und dieser mit einem kleinen Lautsprecher in einer Messspule hin- und herbewegt. Die Messspule steckt in einer größeren Spule mit der ein Gleichfeld zur Magnetisierung der Probe erzeugt wird. Die in der Messpule induzierte Spannung ist sehr klein weshalb zu ihrer Messung die Lockin-Technik verwendet wird. Die den Lautsprecher antreibende Wechselspannung dient als synchronspannung für den Lockin-Verstärker.
Zur Messung der Magnetisierungskurven wird der Strom in der äußeren Spule verändert und die gemessene Induktionsspannung notiert. Die aufgenommenen Datenpaare ergeben dann die Magnetisierungskurve.


Die der folgenden Schaltung können magnetische Eigenschaften verschiedener Proben gemessen werden. Wird eine magnetische Probe hin- und herbewegt erzeugt sie in einer umgebenden Spule eine Induktionsspannung deren Höhe unter anderem von der Magnetisierung abhängt. Für den einfachen Aufbau wird die Probe in einem Strohhalm befestigt und dieser mit einem kleinen Lautsprecher in einer Messspule hin- und herbewegt. Die Messspule steckt in einer größeren Spule mit der ein Gleichfeld zur Magnetisierung der Probe erzeugt wird. Die in der Messpule induzierte Spannung ist sehr klein weshalb zu ihrer Messung die Lockin-Technik verwendet wird. Die den Lautsprecher antreibende Wechselspannung dient als synchronspannung für den Lockin-Verstärker.
Zur Messung der Magnetisierungskurven wird der Strom in der äußeren Spule verändert und die gemessene Induktionsspannung notiert. Die aufgenommenen Datenpaare ergeben dann die Magnetisierungskurve.



Experimenteller Aufbau  eines DCF77 Empfängers mit Hilfe eines ITHACO  Lock-In