Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik lock in Verstärker Verständnisfrage: warum ist er so "schmalbanding"?


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von Leonard Gabrow (Gast)


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Hallo,

ich habe eine kurze Verständnisfrage bzgl. der Funktionsweise
eines LockInVerstärkers.

letztlich handelt es sich hierbei ja um einen synkronen Demodulator?
oder besser gesagt um 2 Demodulatoren, da ich ja zu dem "in phase" 
Signal
noch eines um 90° versetzt demoduliere!

jetzt ist aber doch die Frage:

Wenn ich ein zu detektierendes Signal hab, hat das
eine Frequenz f1.
dann habe ich ein Referenzsignal, das die Frequenz f2 hat.

damit f1 "eine DC-Komponente" wird (etwas salopp gesagt) muss die
Bedingung gelten f1 = f2! oder?
Unter der Voraussetzung, dass alles in Phase liegt, erhalte
ich ja eine DC-Komponente und eine bei der Frequenz 2*f1....
letzteren Anteil bekomme ich sicherlich gut gefiltert?
Und habe so mein Signal erfasst?

Was ist aber nun mit dem Rauschen, das eine Frequenz hat, die ganz nah 
an f1 liegt?
dann hätte ich doch im demodulierten Signal zusätzlich zu dem DC-Anteil
auch noch z.B. ein Signal mit f = 1Hz oder so ähnlich?

Quasi was macht den LockInverstärker so "schmalbandig" bzw.
warum muss ich denn überhaupt demodulieren?
Ich könnte theoretisch doch auch einfach das zu detektierende Signal
AD wandeln und dann einfach ein schmalbandiges Bandpassfilter anwenden?
Hätte dies dann nicht auch den gleichen Effekt?

von Falk B. (falk)


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@Leonard Gabrow (Gast)

>letztlich handelt es sich hierbei ja um einen synkronen Demodulator?

Ja.

>oder besser gesagt um 2 Demodulatoren, da ich ja zu dem "in phase"
>Signal
>noch eines um 90° versetzt demoduliere!

Das ist eine Sonderform.

>Wenn ich ein zu detektierendes Signal hab, hat das
>eine Frequenz f1.
>dann habe ich ein Referenzsignal, das die Frequenz f2 hat.

Nö, die Frequenzen sind gleich. Das ist ja der Witz.

>damit f1 "eine DC-Komponente" wird (etwas salopp gesagt) muss die
>Bedingung gelten f1 = f2! oder?

Ja.

>Unter der Voraussetzung, dass alles in Phase liegt, erhalte
>ich ja eine DC-Komponente und eine bei der Frequenz 2*f1....
>letzteren Anteil bekomme ich sicherlich gut gefiltert?
>Und habe so mein Signal erfasst?

Ja.


>Quasi was macht den LockInverstärker so "schmalbandig" bzw.
>warum muss ich denn überhaupt demodulieren?

Ganz einfach. Durch die synchrone Demodulation verschiebst du das Signal 
von einer Frequenz f1 auf Null. Diese kann man nahezu beliebig 
tiefpaßfiltern, 1Hz, 0,1Hz, 0,001Hz sind kein Problem. Damit hat man 
einen extrem schmalbandigen Filter geschaffen, den man bei hohen 
Frequenzen nur mit extremem Aufwand oder gar nicht hinbekommt. Beispiel. 
Ein Filter mit 1Hz Bandbreite bei 10kHz hat eine Güte von 10.000! Das 
ist ein Mordsaufwand!

2. wesentlicher Vorteil. Man kann einfach den Demodulatortakt verändern 
und schon kann man ein anderes Signal demodulieren. Sozusagen ein 
durchstimmbarer Filter mit extrem hoher Güte. Auch das kriegt man auf 
direktem Wege nur sehr schwer hin.

>Ich könnte theoretisch doch auch einfach das zu detektierende Signal
>AD wandeln und dann einfach ein schmalbandiges Bandpassfilter anwenden?
>Hätte dies dann nicht auch den gleichen Effekt?

Hmm, gute Frage. Aber Lock IN Verstärker stammen aus einer Zeit, als es 
noch keine bzw. nicht derartigen ADC gab wie heute. Aber auch bei rein 
digitaler Filterung wird der Aufwand für einen sehr schmalbandigen 
Filter wahrscheinlich deutlich höher als bei Verwendung des 
Lock-IN/Demodulatorprinzips.

von Leonard Gabrow (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Hmm, gute Frage. Aber Lock IN Verstärker stammen aus einer Zeit, als es
> noch keine bzw. nicht derartigen ADC gab wie heute. Aber auch bei rein
> digitaler Filterung wird der Aufwand für einen sehr schmalbandigen
> Filter wahrscheinlich deutlich höher als bei Verwendung des
> Lock-IN/Demodulatorprinzips.

Ok nun verstehe ich das "Warum".......

mit dem synkronen Demodulator hole ich mir mein Messsignal in das 
Basisband (also um 0Hz) und wende Filter auf dieses Signal an.
ein digitales Basisbandfilter ist im Vergleich zu einem Bandpassfilter
mit gleicher Bandbreite deutlich weniger aufwändig....hat weniger 
Taktzyklen (auf DSP) oder Hardware (FPGA) zur Folge! oder?

VG

Leonard

von Falk B. (falk)


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