LIA-serie lock-in versterker op één printplaat

Kies eerst tussen BV en BVD op basis van de benodigde uitgangsinformatie en selecteer daarna L of H volgens de eisen aan modulatiefrequentie en insteltijd. BV-modellen zijn eenfasige instrumenten met een X-uitgang, terwijl BVD-modellen X, Y en amplitude R bieden. Daardoor kunnen de tweefasige versies faseveranderingen opvangen zonder te steunen op één enkel uitgelijnd kanaal. L-versies bestrijken 5 Hz tot 10 kHz en bieden tijdconstanten van 3 ms tot 10 s; H-versies bestrijken 50 Hz tot 120 kHz met tijdconstanten van 300 µs tot 1 s. Kies L voor laagfrequente modulatie of langere middeling, en H voor hogere modulatiesnelheden of een snellere respons. Controleer of de referentiefrequentie, filterinstellingen en vereiste uitgangen allemaal binnen de grenzen van de gekozen variant vallen.

Ja, maar de gekozen front-end en de kabelcapaciteit moeten als onderdeel van het meetontwerp worden beschouwd. De differentiële spanningsingang bestrijkt 3 µV tot 1 V volle schaal, ondersteunt AC- of DC-koppeling en heeft 1 MΩ parallel aan 4 pF, terwijl de stroomingang een inverterende transimpedantietrap van 100 kV/A is met een bereik van 30 pA tot 10 µA. De ingangsruis bedraagt 12 nV/√Hz voor spanning en 0,4 pA/√Hz voor stroom, waarbij 10 pF tot 500 pF wordt aanbevolen aan de stroomingang. Een typische coaxkabel van 50 Ω voegt circa 100 pF/m toe, waardoor enkele meters kabel al een groot deel van die capaciteitsmarge kunnen verbruiken. Tel bij fotodiodes of andere stroombronnen de detectorcapaciteit en kabelcapaciteit bij elkaar op, houd de verbinding kort en controleer de frequentieafhankelijke versterkingsfout voordat u de lay-out definitief vastlegt.

Begin met de ingangsfilters: gebruik deze om de modulatieband door te laten en tegelijk niet-relevante laag- en hoogfrequente componenten vóór demodulatie te beperken. Alle varianten bieden laagdoorlaatopties van 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz en 1 MHz, terwijl de hoogdoorlaatopties lopen van 0,2 Hz tot 1 kHz voor de L-versies en van 2 Hz tot 10 kHz voor de H-versies. De tijdconstanten na demodulatie lopen van 3 ms tot 10 s voor L-modellen en van 300 µs tot 1 s voor H-modellen, met een selecteerbare respons van 6 of 12 dB/octaaf. De serie specificeert een totale dynamic reserve tot 80 dB, terwijl de demodulatorinstellingen 15, 35 of 55 dB bieden. Kies in de praktijk de kortste tijdconstante die voldoet aan de vereiste ruisbandbreedte en controleer de insteltijd na wijziging van frequentie, gevoeligheid of filterhelling.

Beschouw deze unit als een Eurocard op printplaatniveau en niet als een afgewerkt desktop instrument. De printplaat meet 160 × 100 × 20 mm, weegt 100 g en gebruikt een 64-pins mannelijke DIN 41612-connector met rijen a en c voor signalen, voeding en besturing. Er zijn symmetrische voedingsrails tussen ±15 V en ±18 V nodig; reserveer −60 mA en +100 mA voor L-varianten of −60 mA en +120 mA voor H-varianten. De optionele MK-LIA-2 biedt een 19-inch frontpaneel en een met EMI afgeschermde backplane voor de printplaat, terwijl de SOM-1-module een instelbaar referentiesignaal van 5 Hz tot 130 kHz kan leveren. Voor meerkanaalssystemen moet u de railcapaciteit per kaart plannen en zorgen voor gecontroleerde aarding, afscherming en scheiding tussen analoge paden met lage signaalniveaus en bekabeling voor digitale besturing.

Gevoeligheid, tijdconstante en fase kunnen worden ingesteld met de schakelaars op de printplaat of via optisch geïsoleerde digitale ingangen. Voor externe codering worden acht bits gebruikt voor fase, vier bits voor de tijdconstante en vier bits voor de selectie van gevoeligheid en dynamische modus. Een geldig laag niveau is −0,8 V tot +0,8 V, terwijl een hoog niveau kan variëren van +1,8 V tot +12 V; de typische ingangsstroom is 1,5 mA bij +5 V. Externe bits worden logisch gecombineerd met de posities van de lokale schakelaars, dus de relevante lokale regeling moet op nul staan wanneer een directe externe code nodig is. Een aparte ingang kan de lokale bediening uitschakelen, terwijl statusuitgangen voor overbelasting en ontgrendelde referentie het hostsysteem in staat stellen metingen te herkennen die mogelijk niet geldig zijn.

De referentie-ingang accepteert zowel een bipolair analoog signaal als een TTL-compatibele golfvorm. De bipolaire modus ondersteunt ±100 mV tot ±5 V met een comparatordrempel van 0 V, terwijl de TTL-modus −5 V tot +10 V accepteert en een drempel van +2 V gebruikt; de ingangsimpedantie is 1 MΩ. Het vastleggen van de referentie duurt maximaal 2 seconden in de snelle modus of 4 seconden in de langzame modus, dus het vastleggen van data moet wachten totdat de unlocked-status is verdwenen. De fase is instelbaar van 0° tot 360°, met een resolutie van 1,4° op L-modellen en op H-modellen onder 60 kHz; boven 60 kHz verandert dit naar 2,8°. Dual-phase varianten specificeren een orthogonaliteit van minder dan 0,1° en zijn geschikt waar zowel in-fase- als kwadratuurinformatie nodig is.

De meetuitgangen moeten normaal gesproken worden aangesloten op een acquisitie-ingang met hoge impedantie. De uitgang op volle schaal is ±10 V bij een belasting van 2 kΩ, de uitgangsstroomlimiet is ±5 mA en de opgegeven uitgangsimpedantie is 50 Ω; een afsluiting van 50 Ω is daarom niet compatibel met werking op volle schaal van ±10 V. BV-varianten bieden X, terwijl BVD-varianten X, Y en R bieden, met een basisnauwkeurigheid van 2% voor X en Y en 4% voor R onder sinusvormige ingangscondities. De aparte monitoruitgang levert tot ±8 V, heeft een impedantie van 100 Ω en staat ±10 mA toe. Configureer de DAQ voor een bipolair bereik van ±10 V met ten minste de opgegeven belasting van 2 kΩ, en houd rekening met de uitgangsimpedantie als extra filtering wordt toegevoegd. De offset-ingang kan de meetuitgang met ±100% van volle schaal verschuiven met behulp van een stuursignaal van ±10 V.