基于旋轉變壓器的信號產生電路設計

摘要：介紹了一種在火控系統(tǒng)應用中用來確認填彈部位的位置具有定位功能的電路。該電路具體為利用軸角位置測量元件即旋轉變壓器，控制400 Hz頻率的正弦波信號，經(jīng)調制處理使其相位角與一定的直流電壓值相對應，從而產生出兩路相位差為90°的正弦信號。采用模擬電路進行了模塊化設計，并對其原理進行了詳細的敘述。實際產品經(jīng)與整機系統(tǒng)聯(lián)試，滿足現(xiàn)場使用要求。該電路具有轉換精度高，電路簡潔實用，使用溫度范圍寬的特點，可廣泛應用于多個相關領域。
關鍵詞：正弦波信號；旋轉信號；旋轉變壓器；模擬電路

0 引言
該旋轉信號處理電路模塊的主要功能是利用軸角位置測量元件——旋轉變壓器，控制頻率為400 Hz的正弦波信號，經(jīng)解調處理使相位角與特定電壓值相對應，產生出兩路相位差為90°的信號，送入系統(tǒng)主控計算機來計算填彈系統(tǒng)的位置，對保證火控系統(tǒng)的正常工作具有重要意義。在此介紹一種采用模擬電路設計的方法，利用系統(tǒng)給出的正弦波作為載波信號，與正余弦旋轉變壓器進行信號調制，將所產生的調制信號送入乘法電路實現(xiàn)正余弦兩路信號的解調，再通過濾波、反相比例電路實現(xiàn)其功能，達到使用要求。

1 方案設計
1．1 基本方案
產品總體設計方案如圖1所示：實驗中采用標準信號源來模擬系統(tǒng)輸入信號，輸出頻率為400 Hz，峰-峰值為6 V的正弦波做為VCA信號；DSB1和DSB2分別為正余弦的調制信號；OUT1，OUT2為兩路輸出。

1．2 電路原理及模塊功能
電路原理及模塊功能如圖2所示。

1．2．1 電路工作原理概述(以下按余弦進行分析計算)
設正弦輸入信號為：
ur=Ursin(ωrt+φ)
式中：Ur為正弦信號的振幅；ωr=2πfc為載波角頻率；fc載波頻率；φ為初始相位。
DSB信號為：
us=UscosΩsinωct
式中：Ω為旋轉變壓器旋轉角度；Us為信號經(jīng)旋轉變壓后的輸出幅度。
這兩個信號相乘：

經(jīng)低通濾波器的輸出，且考慮ωr-ωc=△ωc在低通濾波器頻帶內，那么：
u0=U0cos(△ωct+φ)cosΩ
可以看出，當載波信號與輸入信號同頻同相時，即ωr=ωc，φ=0，則：
u0=U0cosΩ
當Ω分別為0°，45°，90°時，余弦輸出為U0，0．707U0，0，再利用比例放大控制U0為2．5，同時疊加2．5 V的直流分量，則可得到最終余弦輸出為：
輸入信號相位為0°，45°，90°；輸出信號為5 V，4．26 V，2．5 V。
同樣利用正弦信號調制可得到另一路輸出信號。
1．2．2 信號解調電路
電路中對雙邊DSB信號所進行的解調是極為關鍵的一步。在產品中經(jīng)過反復試驗，沒有選用通用的平衡調制解調器，而是通過采樣保持電路(乘法器)實現(xiàn)解調的。
原理組成：信號解調主要由乘法器和低通濾波器組成，其基本組成如圖3所示。