基于旋转变压器信号产生电路设计 火控系统定位功能

该旋转信号处理电路模块的主要功能是利用轴角位置测量元件——旋转变压器，控制频率为400 Hz的正弦波信号，经解调处理使相位角与特定电压值相对应，产生出两路相位差为90°的信号，送入系统主控计算机来计算填弹系统的位置，对保证火控系统的正常工作具有重要意义。在此介绍一种采用模拟电路设计的方法，利用系统给出的正弦波作为载波信号，与正余弦旋转变压器进行信号调制，将所产生的调制信号送入乘法电路实现正余弦两路信号的解调，再通过滤波、反相比例电路实现其功能，达到使用要求。

1 方案设计

1.1 基本方案

产品总体设计方案如图1所示：实验中采用标准信号源来模拟系统输入信号，输出频率为400 Hz，峰-峰值为6 V的正弦波做为VCA信号;DSB1和DSB2分别为正余弦的调制信号;OUT1，OUT2为两路输出。

1.2 电路原理及模块功能

电路原理及模块功能如图2所示。

1.2.1 电路工作原理概述(以下按余弦进行分析计算)

设正弦输入信号为：

ur=Ursin(ωrt+φ)

式中：Ur为正弦信号的振幅;ωr=2πfc为载波角频率;fc载波频率;φ为初始相位。

DSB信号为：

us=UscosΩsinωct

式中：Ω为旋转变压器旋转角度;Us为信号经旋转变压后的输出幅度。

这两个信号相乘：

经低通滤波器的输出，且考虑ωr-ωc=△ωc在低通滤波器频带内，那么：

u0=U0cos(△ωct+φ)cosΩ

可以看出，当载波信号与输入信号同频同相时，即ωr=ωc，φ=0，则：

u0=U0cosΩ

当Ω分别为0°，45°，90°时，余弦输出为U0，0.707U0，0，再利用比例放大控制U0为2.5，同时叠加2.5 V的直流分量，则可得到最终余弦输出为：

输入信号相位为0°，45°，90°;输出信号为5 V，4.26 V，2.5 V。

同样利用正弦信号调制可得到另一路输出信号1.2.2 信号解调电路

电路中对双边DSB信号所进行的解调是极为关键的一步。在产品中经过反复试验，没有选用通用的平衡调制解调器，而是通过采样保持电路(乘法器)实现解调的。

原理组成：信号解调主要由乘法器和低通滤波器组成，其基本组成如图3所示。

输入信号为：

1.2.3 滤波电路

低通滤波器用来通过低频信号，抑制或衰减高频信号。由于电路中存在着通过放大电路输入线或电源线进入的干扰，为得到良好的输出信号，需对解调后的信号进行滤波。考虑到信号频率较低，采用了反相输入的一阶LPF。1.2.4 放大电路

信号经滤波后需放大使输出信号达到用户要求的幅值，同时由于需要叠加直流分量，采用如图4所示电路。

电路的输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了差动比例运算。在输入信号不变的条件下，调节电阻R3和R4可改变输出信号的幅值和电位，在实际电路中使用了两个精密电位器，使电路调整更为方便。

2 测试验证及结果

VCA信号为：

ur=Ursinωct

式中：Ur为正弦信号的振幅;ωc=2πfc为载波角频率，fc为载波频率。

经旋转变压器调制后，得到双边带调幅信号，有：

由上式可知，合理的选择电路各部分的电阻阻值，可得出如图5所示输出波形。

由模拟验证得知，该设计达到了预定目标。实际测试结果如表1所示。

在该项目的研制过程中，项目组与用户经常沟通，一起联试，并将设计过程中遇到的问题及时反馈，顺利通过了检测检验，产品获得用户的认可，各项指标均满足使用要求。

3 结语

该电路经过实际验证，各部分工作正常，已经成功运用在某系统中，使用效果良好。该方案不仅达到了实现正余弦、高精度的要求，还具有使用灵活方便、可靠性高、体积小、成本低等特点，是一种理想实用的电路。