Physikalische Messtechnik - Institut für Physik

3.10.3. Aufbau eines phasensensitiven Detektors
A
B
Referenz
Sinus oder
TTL
+
-
rauscharmer
Vorverstärker
50/60Hz
Bandsperre
PLL
Phase-
Locked
Loop
100/120Hz
Bandsperre
Interner
Oszillator
90°
Phasenschieber
Phasenschieber
Verstärker
Tiefpass-
Filter
Tiefpass-
Filter
Phasensensitiver Detektor
R und ϕ
Berechnung
Links oben im Bild sind die beiden Eingänge des Verstärkers zusehen, dabei wird einer der Eingänge
nicht-invertiert und der andere invertiert verstärkt. Dadurch ist es möglich die Differenz aus zwei
Eingangssignalen zu bilden. Dann folgt eine so genannter Bandsperre, dabei handelt es sich um
einen Filter, der es ermöglicht Störungen aus dem Wechselstromnetz (50Hz in vielen Europäischen
Ländern und 60Hz in den USA) heraus zu filtern. Dann folgt noch eine weitere Bandsperre für die
erste Harmonische der Netzfrequenz (100 bzw. 120Hz). Nun wird das Signal nochmals verstärkt
und auf die beiden Multiplikatoren gegeben (symbolisiert durch den Kreis mit einem Kreuz).
Links auf halber Höhe ist der Referenzeingang gezeigt. Hier wird ein externes Referenzsignal
angeschlossen, bei dem es sich um ein sinusförmiges Signal handeln kann oder um Logikpegelsignal
(TTL —Transistor Transistor Logik, bei dem eine Logische Null durch 0V und eine Logische Eins
durch 5V repräsentiert wird). Das Signal wird auf einen so genannten Schmitt-Trigger gegeben
(siehe hierzu Abschnitt A.6, auf Seite 106). Dieser formt aus dem Eingang ein Rechtecksignal
mit steilen Flanken, welches auf eine ” Phase Locked Loop“(PLL) gegeben wird, welche ein genau
definierten Sinus mit der selben Frequenz und Phase erzeugt. Dieser Sinus wird auf einen
Phasenschieber gegeben, mit dem die Phase um einen beliebigen Betrag geschoben werden kann.
Dieses Signal wird zum Einen nochmals um 90 ◦ geschoben und dann auf den Multiplizierer und
zum Anderen direkt auf den Multiplizierer als zweiter Operand gegeben. Die Produkte werden
jeweils auf einen Tiefpassfilter zur zeitlichen Mittelung gegeben. Anschließend werden beide Anteile
am Ausgang zur Verfügung gestellt. Des weiteren kann auch noch eine Transformation von
kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten (V1, V2 → R, ϕ) durchgeführt werden.
Das Gerät besitzt noch zwei weitere Ausgänge. An diesen werden ein sinusförmiges Signal und
ein TTL-Signal als Referenzsignale ausgeben, um sie für eine synchrone Anregung bei der Messung
zu verwenden.
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V1
R
ϕ
V2
Sinus
TTL