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。實際產品經與整機系統聯試，滿足現場使用要求。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，送入系統主控計算機來計算填彈系統的位置，對保證火控系統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正余弦兩路信號的解調，再通過濾波、反相比例電路實現其功能，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為信號經旋轉變壓后的輸出幅度。
這兩個信號相乘：

經低通濾波器的輸出，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。