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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Beschaltung AD630


Autor: Maddin (Gast)
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Hallo ich arbeite mich in das Thema LockIn Verstärker ein und bin dabei 
auf den AD630 von AD gestoßen. Im Datenblatt sind ja ganz schöne 
Möglichkeiten für die verschiedenen Beschaltungsvarianten vorgeschlagen. 
Ich hab für einen einfachen Modulator der ja das Herzstück des LockIn´s 
ist eine einfachere Skizze gemacht.

3 Dinge verstehe ich jedoch nicht:

1. Die beiden OPV´s für den Input-Kanal bilden ja Spannungsfolger, 
richtig? Warum wird der invertierende Eingang dieser beiden nun über 
einen Spannungsteiler auf den Ausgang gegeben? Warum nicht direkt? Warum 
nich auf den invertierenden Eingang des Ausgangsverstärkers.

2. Was ist das für ein Potential am nichtinvertierenden Eingang des 
Ausgangsverstärkers. -V? Intern generiert?

3. Wieso ist der Input nocheinmal über die (5k+10k) auf den Ausgang 
gegeben. Das ergibt für mich keinen Sinn. Dort soll doch schließlich ein 
DC bzw. LowFrequency Signal rauskommen (nehmen wir mal an wir hätten 
bereits gefiltert ;) ).

Über Antworten wäre ich sehr dankbar.

Gruß

Maddin

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Hast du auch das Bild gesehen?
Steht ja auch im Datenblatt und lässt einen anderen Blick auf das Ding 
zu.
Jedenfalls die Sache mit den "-V" sollte damit geklärt sein.
Der Opamp, der auch nicht existent sein könnte, ist alo gar keiner. :D

mfg mf

Autor: Maddin (Gast)
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Ja das Bild habe ichauch gesehen, nur ist es ja eine vereinfachte 
Darstellung. Schließlich lässt sich die Funktion (für mich) nur 
verstehen wenn ich sie mit Hilfe elementarer Elemente darstelle.

Also ob in dem AD630 nun 4 OPV verbaut sind oder nicht, ist doch egal. 
Er funktioniert so als wären sie es. In wiefern man jetzt bei deinem 
Bild auf -V kommt ist mir unschlüssig.

Ich bin irgendwie nicht klüger als vorher, insbesondere meine 3. Frage 
quält mich doch sehr.

Gruß

Maddin

Autor: Maddin (Gast)
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Hm jetz wirds mir klar:

Dadurch das der Input auf die Widerstandskombnination gegeben wird, 
ergibt sich ein invertierender Verstärker. Wenn man sichs umzeichnet 
sieht man es. Wie das mit dem -V in Verbindung steht.. Hm?

Gruß

Maddin

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>1. Die beiden OPV´s für den Input-Kanal bilden ja Spannungsfolger,
>richtig? Warum wird der invertierende Eingang dieser beiden nun über
>einen Spannungsteiler auf den Ausgang gegeben? Warum nicht direkt? Warum
>nich auf den invertierenden Eingang des Ausgangsverstärkers.

Du irrst, das sind nicht drei OPamps, sondern lediglich einer mit zwei 
umgeschalteten Eingangsstufen. Deswegen muß die Gegenkopplung bis an den 
echten Ausgang geführt werden.

Wenn du genau hinschaust, siehst du, daß mit Figure 9a (auf dieses 
Bildchen beziehst du dich ja wohl) die Schaltungen nach Figure 3 und 
Figure 4 realisiert werden, wobei jeweils Ra=5k, Rf=5k und Rb=unendlich 
ist. Die zwei nicht erwähnten 2,5k Widerstände dienen der 
Offsetstromkompensation, weil das schließlich eine bipolare Schaltung 
ist.

>2. Was ist das für ein Potential am nichtinvertierenden Eingang des
>Ausgangsverstärkers. -V? Intern generiert?

Das ist einfach nur eine Hilfspannung, die intern, wie bei jedem anderen 
OPamp auch, erzeugt wird und nur deshalb gemalt wird, weil man sich dazu 
hat hinreißen lassen, die Innenschaltung als drei OPamps zu zeichnen.

>3. Wieso ist der Input nocheinmal über die (5k+10k) auf den Ausgang
>gegeben. Das ergibt für mich keinen Sinn. Dort soll doch schließlich ein
>DC bzw. LowFrequency Signal rauskommen (nehmen wir mal an wir hätten
>bereits gefiltert ;) ).

Siehe oben.

>Also ob in dem AD630 nun 4 OPV verbaut sind oder nicht, ist doch egal.
>Er funktioniert so als wären sie es. In wiefern man jetzt bei deinem
>Bild auf -V kommt ist mir unschlüssig.

Nein, es sind eben nicht 4 OPamps! Es ist ein OPamp mit umgeschalteten 
Differenz-Eingangsstufen und ein Komparator. Wenn du das nicht 
akzeptierst, wirst du die Schaltung nicht verstehen können.

Kai Klaas

Autor: Maddin (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Du irrst, das sind nicht drei OPamps, sondern lediglich einer mit zwei
> umgeschalteten Eingangsstufen. Deswegen muß die Gegenkopplung bis an den
> echten Ausgang geführt werden.

Jap so hab ichs jetz auch verstanden. Ich bezog mich auf "Functional 
Block Diagram". Mir gings mehr darum wie ich mir die Funktion vorstellen 
kann als das was drin ist. Nun weiß ich es ist ein OPV der in 
Abhängigkeit des Komparators nur eine der beiden Eingangsstufen 
durchschaltet. Deshalb auch dieser Schalter im Funktionsblock.


> Wenn du genau hinschaust, siehst du, daß mit Figure 9a (auf dieses
> Bildchen beziehst du dich ja wohl) die Schaltungen nach Figure 3 und
> Figure 4 realisiert werden, wobei jeweils Ra=5k, Rf=5k und Rb=unendlich
> ist. Die zwei nicht erwähnten 2,5k Widerstände dienen der
> Offsetstromkompensation, weil das schließlich eine bipolare Schaltung
> ist.

Ja fast. Ich bezog mich auf 9b. Aber wir wollens uns mal nicht an daran 
aufhalten.

>>3. Wieso ist der Input nocheinmal über die (5k+10k) auf den Ausgang
>>gegeben. Das ergibt für mich keinen Sinn. Dort soll doch schließlich ein
>>DC bzw. LowFrequency Signal rauskommen (nehmen wir mal an wir hätten
>>bereits gefiltert ;) ).

Ich korrigiere mich selbst. Der Input wird keinesfalls auf den Ausgang 
gegeben, damit wird lediglich die Verstärkung von 1 oder eben wenn 
gewünscht 2 realisiert.


> Nein, es sind eben nicht 4 OPamps! Es ist ein OPamp mit umgeschalteten
> Differenz-Eingangsstufen und ein Komparator. Wenn du das nicht
> akzeptierst, wirst du die Schaltung nicht verstehen können.

Was heißt hier nicht kapieren, du bist der erste der es hier vernünftig 
erklärt. Danke

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Was heißt hier nicht kapieren, du bist der erste der es hier vernünftig
>erklärt.

Liegt vielleicht daran, daß ich mit dem Teil schon Monate lang 
gearbeitet habe...

Kai Klaas

Autor: Maddin (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Liegt vielleicht daran, daß ich mit dem Teil schon Monate lang
> gearbeitet habe...
>
> Kai Klaas

Ich weiß ja nicht was du alles so mit dem AD630 gemacht hast, aber wenn 
du dich schon so gut auskennst, würde ich doch gerne nochmal deine Hilfe 
und die der anderen User in Anspruch nehmen wollen.

Beim Prinzip des phasenempfindlichen Gleichrichters im LockIn-Verstärker 
geht es ja um die Gleichrichtung der Frequenzkomponente(n) (nach 
Fourier) die in der Frequenz mit dem Referenzsignal übereinstimmem. Das 
Referenzsignal ist hier durch den Komparator als Rechteck anzusehen und 
somit ist klar, dass die ungeradzahligen vielfachen der Grundfrequenz 
ebenfalls zum gewünschen Gleichanteil gemischt werden. Das Ergbenis wird 
also verfälsch wenn die Amplituden der gennannten Oberwellen im Signal 
nicht zu vernachlässigen sind. Das ist ja der Fall bei starker 
Rauschumgebung. Wie lässt sich das jedoch mit der Tatsache erklären das 
der LockIn Verstärker gerade für solche Messbedingungen verwendet wird?

Man müsste vorher das Signal mit Bandpassfiltern, wobei dessen 
Bandbreite kleiner als die Grundfrequenz des Referenzsignals sein sollte 
damit eben die Oberwellen keine passenden Anteile im Signal mehr 
finden..

Wie wirds gemacht oder ist dies zu vernachlässigen.

Nochmal falls ich mich undeutlich ausgedrückt haben sollte:
Signal: s(t)=A*cos(2pi*F1*t)+B*cos(2pi*3*F1*t)
Rechteckreferenz(Modulationsfrequenz) mit f=F1 besteht also aus 
Freqzenzkomponenten F1, 3F1, 5F1 ....

Im Gleichanteil des Ausgangssignal finden sich Anteile von A UND B, was 
aber nicht sein sollte, denn ich will ja nur die Amplitude von 
A*cos(2*pi*F1*t) bestimmen. Genaue Rechnung will ich euch ersparen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Beim Prinzip des phasenempfindlichen Gleichrichters im LockIn-Verstärker
>geht es ja um die Gleichrichtung der Frequenzkomponente(n) (nach
>Fourier) die in der Frequenz mit dem Referenzsignal übereinstimmem.

Übereinstimmen ja, aber nicht nur mit der Frequenz, sondern auch der 
Phase! Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, geht das mit dem Kosinus 
aus der Phasenverschiebung in die Rechnung ein.

>Das Referenzsignal ist hier durch den Komparator als Rechteck anzusehen
>und somit ist klar, dass die ungeradzahligen vielfachen der Grundfrequenz
>ebenfalls zum gewünschen Gleichanteil gemischt werden.

Richtig, aber nicht 1:1. Die dritte Harmonische nur mit 1/3, die fünfte 
nur mit 1/5, u.s.w.

>Man müsste vorher das Signal mit Bandpassfiltern, wobei dessen
>Bandbreite kleiner als die Grundfrequenz des Referenzsignals sein sollte
>damit eben die Oberwellen keine passenden Anteile im Signal mehr
>finden..

Richtig. Ein bißchen zusätzliche Filterung kann manchmal sinnvoll sein.

Kai Klaas

Autor: Maddin (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Übereinstimmen ja, aber nicht nur mit der Frequenz, sondern auch der
> Phase! Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, geht das mit dem Kosinus
> aus der Phasenverschiebung in die Rechnung ein.

Aus Gründen der Einfachheit herscht bei mir phasengleichheit. Und ja 
genau es war cos(phi).

> Richtig, aber nicht 1:1. Die dritte Harmonische nur mit 1/3, die fünfte
> nur mit 1/5, u.s.w.

Genau hab deshalb mal Matlab angeworfen und einwenig rumgespielt. Is 
garnicht so tragisch, aber dass das alles noch bei S/N=100db 
funktionieren soll, werd ich wohl erst sehen wenn ichs aufbau....

Gruß und danke

Maddin

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Das tut schon genau so. Man darf aber nicht allzu viele Fehler machen.

Autor: Maddin (Gast)
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Ich bins wieder ;)

Ich beschäftige mich gerade mit einem einfachen Dual-Phase-Lock-In. 
Dabei wird ja das phasenabhängige DC-Ausgangssignal durch eine getrennte 
2fache Modulation mit pi/2 verschobenen Referenzträgern phasenunabhängig 
gemacht. Dabei werden diese beiden Ausgangssignale dann mit R = 
sqrt(X^2+Y^2) in Beziehung gesetzt und am Ausgang liegt ein DC-Signal 
an, dass unabhängig von der Phasenverschiebung zwischen Referenz und zu 
messende Signalkomponente ist. Dabei kommen ja häufig DSP zum Zuge wie 
man zb. hier sieht: http://www.thinksrs.com/products/SR844.htm

Dort sieht man im Blockschaltbild des SR844, dass der DSP eingesetzt 
wird um die beiden X und Y -Signale zu digitaliseren um sie anschließend 
wieder ins analoge zurückzuwandeln. Eine Berechnung vom (mir) 
gewünschten R findet nicht statt. Dabei wäre der Aufwand doch garnicht 
mehr so groß gewesen..? Wozu dann überhaupt der DSP? Zusätzliche 
hochgradige Filterfunktionen? Wenn man den DSP schon drin hat, kann doch 
diese Auswertung auch noch mitgemacht werden...


Gruß

Maddin

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein DSP erlaubt einen satten Aufpreis, da er abgehobene Funktionalitaet 
impliziert. Ein Filter mit exotischen Zeitkonstanten lassen sich 
allerdings fast nur mit DSP realisieren.

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