摘要：介紹了一種在火控系統(tǒng)應(yīng)用中用來確認(rèn)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(zhuǎn)變壓器，控制400 Hz頻率的正弦波信號，經(jīng)調(diào)制處理使其相位角與一定的直流電壓值相對應(yīng)，從而產(chǎn)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(shè)計，并對其原理進行了詳細(xì)的敘述。實際產(chǎn)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(zhuǎn)換精度高，電路簡潔實用，使用溫度范圍寬的特點，可廣泛應(yīng)用于多個相關(guān)領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：正弦波信號；旋轉(zhuǎn)信號；旋轉(zhuǎn)變壓器；模擬電路

0 引言
    該旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變壓器，控制頻率為400 Hz的正弦波信號，經(jīng)解調(diào)處理使相位角與特定電壓值相對應(yīng)，產(chǎn)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(shè)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(zhuǎn)變壓器進行信號調(diào)制，將所產(chǎn)生的調(diào)制信號送入乘法電路實現(xiàn)正余弦兩路信號的解調(diào)，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(shè)計
1．1 基本方案
    產(chǎn)品總體設(shè)計方案如圖1所示：實驗中采用標(biāo)準(zhǔn)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(diào)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(shè)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(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)角度；Us為信號經(jīng)旋轉(zhuǎn)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(nèi)，那么：
    u0=U0cos(△ωct+φ)cosΩ
    可以看出，當(dāng)載波信號與輸入信號同頻同相時，即ωr=ωc，φ=0，則：
    u0=U0cosΩ
    當(dāng)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(diào)制可得到另一路輸出信號。
1．2．2 信號解調(diào)電路
    電路中對雙邊DSB信號所進行的解調(diào)是極為關(guān)鍵的一步。在產(chǎn)品中經(jīng)過反復(fù)試驗，沒有選用通用的平衡調(diào)制解調(diào)器，而是通過采樣保持電路(乘法器)實現(xiàn)解調(diào)的。
    原理組成：信號解調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)整更為方便。

2 測試驗證及結(jié)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(zhuǎn)變壓器調(diào)制后，得到雙邊帶調(diào)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(shè)計達到了預(yù)定目標(biāo)。實際測試結(jié)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(shè)計過程中遇到的問題及時反饋，順利通過了檢測檢驗，產(chǎn)品獲得用戶的認(rèn)可，各項指標(biāo)均滿足使用要求。

3 結(jié)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。