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Balanced Modulator/Demodulator Lock-in Amplifier Module for Weak Signal Detection Modulation Detection
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Balanced Modulator/Demodulator Lock-in Amplifier Module for Weak Signal Detection Modulation Detection 

 

The module locks the function by default, IN1 is the signal to be detected, IN2 is the synchronous signal, OUT outputs. The onboard low-pass filter requires the user to configure it to use, and switch through the jumper cap.

(1) The signal can be recovered from 100 dB noise

(2) Channel bandwidth: 2 MHz

(3) Slew rate: 45V/us

(4) Crosstalk: -120 dB (1 kHz)

(5) Pin programmable, closed-loop gain: ±1 and ±2. (

6) Closed-loop gain accuracy and matching: 0.05%

(7) Channel Offset Voltage: 100 uV

(8) 350 kHz Full Power Bandwidth 

 

 

Lock-in Basics

 

Lock-in amplifiers are used frequently in scientific experiments that require measuring small voltages in noisy environments. If the frequency of the desired signal is known, the instrument can "lock in" onto the signal using a matching reference frequency. Although unnecessary in constructing the circuit, it is useful to recognise the mathematical underpinnings that drive such a device. The time-averaged value of the product of two frequency-divergent sinusoidal functions is zero. However, if both functions have the same frequency, then the value is 1/2 of the product of the amplitudes.

Phase-Offset

Phase is central to a functional lock-in amplifier (the alternative name of a lock-in amplifier is a phase-sensitive detector). If the phase of the input signal does not match the phase of the reference signal, then the output is also zero. For the purposes of this instructable, I neglect consideration of a phase offset and focus only on locking into a signal of identical phase. For phase correction, I point your attention to adding a phase-shift oscillator to the reference signal.

Three Parts: Amplifier, Demodulator, Amplifier

We can break down the lock-in amplifier in this instructable into three parts: the input amplifier, a synchronous demodulator, and a final low-pass filter/amplifier that finally outputs our DC signal.

Picture of Basic Components
Three Parts: Amplifier, Demodulator, Amplifier

We can break down the lock-in amplifier in this instructable into three parts: the input amplifier, a synchronous demodulator, and a final low-pass filter/amplifier that finally outputs our DC signal.

The input amplifier (AD620) amplifies the input signal using a variable gain resistor. Keep in mind that the amplifier doesn't just amplify the desired signal, but the input signal as a whole i.e. noise is also amplified. This will be important to keep in mind when choosing an appropriate gain setting.

The synchronous demodulator (AD630) is the essential ingredient in the lock-in amplifier and is what does the actual signal mixing. This is where the reference signal is inputted.

The low-pass amplifier (OP27G) filters out any noise in the demodulated signal and outputs our desired DC signal that determines the strength of the lock-in.

For building the circuit, it is useful to build and test each component separately, as this will ease isolating any problems you may run into. I will break down the instructions

 


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