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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lock-In-Verstärker


Autor: BlueAudio (Gast)
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Hallo zusammen,

aus gegebenem Anlass versuche ich mich gerade erneut in die 
Lock-in-Verstärker Theorie einzuarbeiten. Ich habe dazu einmal eine 
grundlegende Simulation in LTSpice angestellt.

Simulationsexperiment:

Referenz-Sinus mit 50kHz, 1V versorgt eine Resistive Brücke mit R0 = 1k 
und einer Diagonalen Verstimmung von 1Ohm

-> Udiff = 10mVpp (Diff-Amp verstärkt um den Faktor 10)

Das Signal wird mit dem Referenzsinus durch multiplikation gemischt.

Solange nichts weiter im Signalweg präsent ist erwarte ich:

MixOut:  1/2*Udiff*U0 als Gleichanteil und einen Wechselanteil mit 
2*fref

Im Ausgangssignal nach dem Tiefpass finde ich dann einen gedämpften 
Rest-Anteil der doppelten Trägerfrequenz bei 100kH, in der aktuellen 
Konfiguartion liegt er bei -105dB, im MixOut liegt er noch bei 50dB, 
macht also gute 55dB Dämpfung der Trägerfrequenz. Das passt soweit auch 
gut zur erwarteten Dämpfung des Tiefpass 1. Ordnung.


Für mich spannend wird es jetzt wenn ich z.B. eine potentielle 
Störquelle wie beispielsweise eine 50Hz-Störung mit einbaue und deren 
Amplitude z.B. auf 1mV setze. Damit wäre sie genauso groß wie die 
Amplitude des Nutzsignals.

Am Diffout stehen jetzt 1mV@50Hz und 1mV@50kHz an. Durch Mischung 
erhalte ich spektral gesehen jetzt folgende komponenten:

 50kHz +- 50Hz druch die Mischung der 50Hz mit der Trägerfrequenz

 100Khz

 DC-Anteil


 in meinem Ausgangssignal nach dem Tiefpass sehe ich jetzt dem DC-Anteil 
eine Schwebung mit 100Hz überlagert. Gehe ich richtig in der Annahme, 
dass diese Schwebung von der 50kHz +- 50Hz verursacht wird. Diese 
Differenzfrequenz wäre ja genau 100Hz. Gehe ich weiter richtig in der 
Annahme, dass die Amplitude der Schwebung im Nutzsignal jetzt von der 
Dämpfung meines TP bei den beiden Frequenzen abhängt?

Grüße und danke fürs Weiterhelfen. Wenn das ganze jetzt in meinem Kopf 
richtig sortiert ist geht es einen Schritt weiter hin zu einem AC-Signal 
aus der Messbrücke. (z.B. schwingender Biegebalken)

Autor: Achim S. (Gast)
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BlueAudio schrieb:
> Gehe ich richtig in der Annahme,
> dass diese Schwebung von der 50kHz +- 50Hz verursacht wird. Diese
> Differenzfrequenz wäre ja genau 100Hz. Gehe ich weiter richtig in der
> Annahme, dass die Amplitude der Schwebung im Nutzsignal jetzt von der
> Dämpfung meines TP bei den beiden Frequenzen abhängt?

Du liegst in beiden Fällen richtig.

Dass du die Frequenzanteile deines Ausgangssignals schön in der FFT 
anschauen kannst weißt du ggf. schon (bei aktivem Plot-Fenster auf "View 
-> FFT"). Dabei lohnt sich dann ggf. ein .options plotwinsize=0 bei der 
Simulation um Kompressionsartefakte klein zu vermeiden.

Autor: BlueAudio (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Dass du die Frequenzanteile deines Ausgangssignals schön in der FFT
> anschauen kannst weißt du ggf. schon (bei aktivem Plot-Fenster auf "View
> -> FFT"). Dabei lohnt sich dann ggf. ein .options plotwinsize=0 bei der
> Simulation um Kompressionsartefakte klein zu vermeiden.

Hallo Achim,

erstmal danke für deine Antwort. Das mit der FFT habe ich schon 
ausgiebig genutzt. Weisst du zufällig, wie ich die FFT dazu bekomme auch 
den DC-Anteil anzuzeigen. Bei mir geht es bei 10Hz los, würde aber gerne 
auch den DC-Pegel wenigstens einigermaßen in der FFT sehen können.

Autor: Achim S. (Gast)
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BlueAudio schrieb:
> Weisst du zufällig, wie ich die FFT dazu bekomme auch
> den DC-Anteil anzuzeigen.

wenn du die Frequenzachse nicht logarithmisch sondern linear skalierst, 
kannst du dir auch die 0Hz anzeigen lassen. Einfach ein Mausklick auf 
die Frequenzanchse und die gewünschten Einstellungen gewählt...

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