Wie funktioniert ein Lock-in-Verstärker?

Ein Lock-In-Verstärker ist ein Messgerät, das verwendet wird, um Signale zu extrahieren, die in einem stark verrauschten Hintergrund verborgen sind. Er funktioniert, indem er das zu messende Signal mit einer Referenzfrequenz multipliziert und dann das resultierende Signal über eine bestimmte Zeit integriert. Hier sind die grundlegenden Schritte:

1. **Referenzsignal**: Ein Lock-In-Verstärker benötigt ein Referenzsignal, das die gleiche Frequenz wie das zu messende Signal hat. Dieses Referenzsignal wird oft von einem externen Oszillator oder einer anderen Quelle bereitgestellt.

2. **Multiplikation**: Das Eingangssignal wird mit dem Referenzsignal multipliziert. Dies verschiebt das Signal auf eine andere Frequenz und erzeugt zwei neue Frequenzkomponenten: eine bei der Summe der beiden Frequenzen und eine bei der Differenz.

3. **Tiefpassfilterung**: Ein Tiefpassfilter wird verwendet, um die Hochfrequenzkomponente (die Summe der Frequenzen) zu entfernen und nur die niederfrequente Komponente (die Differenz) zu behalten. Wenn das Eingangssignal und das Referenzsignal die gleiche Frequenz haben, ist die Differenzfrequenz null, und das resultierende Signal ist ein Gleichstromsignal (DC).

4. **Integration**: Das resultierende Signal wird über eine bestimmte Zeit integriert, um den Einfluss von Rauschen weiter zu reduzieren. Da Rauschen in der Regel zufällig ist und keine feste Frequenz hat, wird es durch die Integration gemittelt und reduziert.

5. **Ausgabe**: Das integrierte Signal wird dann als Ausgangssignal bereitgestellt, das proportional zur Amplitude des ursprünglichen Signals ist.

Durch diese Methode kann ein Lock-In-Verstärker Signale mit sehr niedriger Amplitude in Gegenwart von starkem Rauschen detektieren und messen.