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。
輸入信號為：
1．2．3 濾波電路
低通濾波器用來通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號。由于電路中存在著通過放大電路輸入線或電源線進入的干擾，為得到良好的輸出信號，需對解調后的信號進行濾波?？紤]到信號頻率較低，采用了反相輸入的一階LPF。
1．2．4 放大電路
信號經(jīng)濾波后需放大使輸出信號達到用戶要求的幅值，同時由于需要疊加直流分量，采用如圖4所示電路。
電路的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比，實現(xiàn)了差動比例運算。在輸入信號不變的條件下，調節(jié)電阻R3和R4可改變輸出信號的幅值和電位，在實際電路中使用了兩個精密電位器，使電路調整更為方便。
2 測試驗證及結果
VCA信號為：
ur=Ursinωct
式中：Ur為正弦信號的振幅；ωc=2πfc為載波角頻率，fc為載波頻率。
經(jīng)旋轉變壓器調制后，得到雙邊帶調幅信號，有：
由上式可知，合理的選擇電路各部分的電阻阻值，可得出如圖5所示輸出波形。
由模擬驗證得知，該設計達到了預定目標。實際測試結果如表1所示。
在該項目的研制過程中，項目組與用戶經(jīng)常溝通，一起聯(lián)試，并將設計過程中遇到的問題及時反饋，順利通過了檢測檢驗，產品獲得用戶的認可，各項指標均滿足使用要求。
3 結語
該電路經(jīng)過實際驗證，各部分工作正常，已經(jīng)成功運用在某系統(tǒng)中，使用效果良好。該方案不僅達到了實現(xiàn)正余弦、高精度的要求，還具有使用靈活方便、可靠性高、體積小、成本低等特點，是一種理想實用的電路。
下載文檔
