LIA-Serie Lock-in-Verstärker auf Einzelplatine

Wählen Sie zunächst zwischen BV und BVD anhand der benötigten Ausgangsinformationen und danach zwischen L und H entsprechend den Anforderungen an Modulationsfrequenz und Einschwingzeit. BV-Modelle sind einphasige Instrumente mit X-Ausgang, während BVD-Modelle X, Y und den Betrag R bereitstellen. Dadurch können die zweiphasigen Versionen Phasenänderungen erfassen, ohne auf einen einzelnen abgeglichenen Kanal angewiesen zu sein. Die L-Versionen decken 5 Hz bis 10 kHz ab und bieten Zeitkonstanten von 3 ms bis 10 s; die H-Versionen decken 50 Hz bis 120 kHz mit Zeitkonstanten von 300 µs bis 1 s ab. Wählen Sie L für niederfrequente Modulation oder längere Mittelung und H für höhere Modulationsraten oder schnellere Ansprechzeiten. Prüfen Sie, dass Referenzfrequenz, Filtereinstellungen und benötigte Ausgänge innerhalb der Grenzen der gewählten Variante liegen.

Ja, allerdings müssen das gewählte Frontend und die Kabelkapazität als Teil des Messkonzepts berücksichtigt werden. Der differenzielle Spannungseingang deckt einen Vollausschlag von 3 µV bis 1 V ab, bietet AC- oder DC-Kopplung und weist 1 MΩ parallel zu 4 pF auf, während der Stromeingang als invertierende 100-kV/A-Transimpedanzstufe für 30 pA bis 10 µA ausgelegt ist. Die Eingangsrauschwerte betragen 12 nV/√Hz für Spannung und 0,4 pA/√Hz für Strom; für den Stromeingang werden 10 pF bis 500 pF empfohlen. Ein typisches 50-Ω-Koaxialkabel trägt etwa 100 pF/m bei, sodass schon mehrere Meter Kabel einen großen Teil dieses Kapazitätsbudgets beanspruchen können. Bei Photodioden oder anderen Stromquellen sollten Sie die Kapazität von Detektor und Kabel addieren, die Verbindung kurz halten und den frequenzabhängigen Verstärkungsfehler prüfen, bevor Sie das Layout final festlegen.

Beginnen Sie mit den Eingangsfiltern: Sie sollten das Modulationsband durchlassen und gleichzeitig nicht relevante Nieder- und Hochfrequenzanteile vor der Demodulation begrenzen. Alle Varianten bieten Tiefpassoptionen mit 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz und 1 MHz, während die Hochpassoptionen bei den L-Versionen von 0,2 Hz bis 1 kHz und bei den H-Versionen von 2 Hz bis 10 kHz reichen. Die Zeitkonstanten nach der Demodulation reichen bei L-Modellen von 3 ms bis 10 s und bei H-Modellen von 300 µs bis 1 s; die Flankensteilheit ist wahlweise auf 6 oder 12 dB/Oktave einstellbar. Die Serie bietet eine Gesamtdynamikreserve von bis zu 80 dB, während die Demodulatoreinstellungen 15, 35 oder 55 dB bereitstellen. In der Praxis wählen Sie die kürzeste Zeitkonstante, die die erforderliche Rauschbandbreite erfüllt, und prüfen das Einschwingverhalten nach Änderungen von Frequenz, Empfindlichkeit oder Filtersteilheit.

Betrachten Sie die Einheit als Eurocard auf Platinenebene und nicht als fertiges Tischgerät. Die Platine misst 160 × 100 × 20 mm, wiegt 100 g und verwendet einen 64-poligen DIN-41612-Stecker mit den Reihen a und c für Signale, Versorgung und Steuerung. Erforderlich sind symmetrische Versorgungsschienen zwischen ±15 V und ±18 V; kalkulieren Sie für L-Varianten mit −60 mA und +100 mA, für H-Varianten mit −60 mA und +120 mA. Das optionale MK-LIA-2 stellt eine 19-Zoll-Frontplatte und eine EMI-geschirmte Backplane für die Platine bereit, während das SOM-1-Modul eine einstellbare Referenz von 5 Hz bis 130 kHz liefern kann. Planen Sie bei Mehrkanalsystemen die Versorgungskapazität pro Karte ein und achten Sie auf eine kontrollierte Erdung, Abschirmung und Trennung zwischen analogen Signalpfaden mit niedrigem Pegel und der digitalen Steuerverdrahtung.

Empfindlichkeit, Zeitkonstante und Phase lassen sich über die Schalter auf der Platine oder über optisch isolierte Digitaleingänge einstellen. Für die Ferncodierung werden acht Bits für die Phase, vier Bits für die Zeitkonstante sowie vier Bits für die Auswahl von Empfindlichkeit und Dynamikmodus verwendet. Ein gültiger Low-Pegel liegt zwischen −0,8 V und +0,8 V, ein High-Pegel kann zwischen +1,8 V und +12 V liegen; der typische Eingangsstrom beträgt 1,5 mA bei +5 V. Die Remote-Bits werden logisch mit den lokalen Schalterstellungen kombiniert. Daher sollte der betreffende lokale Regler auf null gesetzt werden, wenn ein direkter Ferncode erforderlich ist. Über einen separaten Eingang lassen sich die lokalen Bedienelemente deaktivieren, während Statusausgänge für Überlast und nicht verriegelte Referenz dem Host-System ermöglichen, Messungen zu erkennen, die möglicherweise nicht gültig sind.

Der Referenzeingang akzeptiert entweder ein bipolares analoges Signal oder eine TTL-kompatible Wellenform. Im bipolaren Modus reicht der Bereich von ±100 mV bis ±5 V bei einer Komparatorschwelle von 0 V, während der TTL-Modus −5 V bis +10 V akzeptiert und eine Schwelle von +2 V verwendet; die Eingangsimpedanz beträgt 1 MΩ. Die Erfassung der Referenz dauert im schnellen Modus bis zu 2 Sekunden und im langsamen Modus bis zu 4 Sekunden. Die Datenerfassung sollte daher warten, bis der Status „unlocked“ nicht mehr anliegt. Die Phase kann von 0° bis 360° eingestellt werden, mit einer Auflösung von 1,4° bei L-Modellen sowie bei H-Modellen unterhalb von 60 kHz; oberhalb von 60 kHz beträgt die Auflösung 2,8°. Für Dual-Phase-Varianten ist eine Orthogonalität von weniger als 0,1° spezifiziert; sie eignen sich daher für Anwendungen, in denen sowohl In-Phase- als auch Quadraturinformationen benötigt werden.

Die Messausgänge sollten in der Regel an einen hochohmigen Erfassungseingang angeschlossen werden. Der Vollausgangspegel beträgt ±10 V bei einer Last von 2 kΩ, die Ausgangsstrombegrenzung liegt bei ±5 mA und die angegebene Ausgangsimpedanz beträgt 50 Ω; ein 50-Ω-Abschluss ist daher nicht mit einem Betrieb bei ±10 V Vollaussteuerung kompatibel. BV-Varianten stellen X bereit, während BVD-Varianten X, Y und R liefern, mit einer Grundgenauigkeit von 2 % für X und Y sowie 4 % für R unter sinusförmigen Eingangsbedingungen. Der separate Monitorausgang erreicht ±8 V, hat eine Impedanz von 100 Ω und erlaubt ±10 mA. Konfigurieren Sie das DAQ für einen bipolaren Bereich von ±10 V bei mindestens der angegebenen Last von 2 kΩ und berücksichtigen Sie die Ausgangsimpedanz, wenn zusätzliche Filterung hinzugefügt wird. Der Offset-Eingang kann den Messausgang mit einem Steuersignal von ±10 V um ±100 % des Vollbereichs verschieben.