控制系统设计13年5月16日ch3.ppt

* * * * §附2 相敏整流线路 相敏整流又称相敏解调、鉴相、或简称解调器。在伺服系统中，特别是在位置伺服系统(即随动系统)中，有着广泛地应用。因测角元件经常采用自整角机、旋转变压器、差动变压器、感应同步器等感性元件，它们将转角(或位移)转换成具有一定频率的交流电压信号，而系统的执行元件常采用直流伺服电机，因此需要采用相敏整流线路，才能实施有效的控制。 相敏整流线路可以用二极管、三极管或集成运放等组成。根据电路的工作原理，又可分为开关式、模拟乘法式和集成电路等几种，现分别介绍几种常用的线路。 1．开关式相敏整流线路 开关式相敏整流线路，采用的是模拟开关，它能让模拟信号通过，它的通、断由外加固定频率的交流参考电压来控制。图附2-1分别表示出用二极管组成的环形解调器和用三极管组成的模拟开关解调器。 图附2-l 开关式相敏整流线路 二极管环形解调器(如图附2-1(a))用四只二极管接成环形桥，每支桥臂串有限流电阻R，输入交流信号usr=Usrsin w0t ，通过输入变压器B1将信号电压加在环形桥的一个对角c、d 两点，信号的大小由振幅表示，参考电压ut=UTsin w0t 通过变压器B2，将电压加到环形桥另一对角e、f 两端。 1．开关式相敏整流线路 图附2-l 开关式相敏整流线路 从变压器副方看，参考电压的幅值应是输入信号最大幅值的二倍以上，即UT ，使桥中二极管的通、断完全取决于参考电压Ut而与输入usr无关。在ut正半周，设极性如图中“+”“-”所示，二极管VD1、VD2导通，VD3、VD4阻断；ut负半周时，则相反。 图中b点是变压器B2副边的中点，环形桥四只桥臂的电路参数是对称的，有少量偏差可通过调平衡电位计来调整。这样c点是VDl、VD2导通时支路的中点，d点是VD3、VD4导通时支路的中点，在ut正、负半周，它们分别与b点是等电位点。 在输入信号usr=0时，B1副方三端点之间的电压为零，因此线路输出端a b两点之间的电压usc=0。当usr≠0 ，在ut正半周时，usr的极性如图中B1副方“+”“-”号所示，由于c点与b点等电位，相当于把B1副方上半绕组并联到输出端，输出电压usc为上“+”、下“-”。当ut负半周时，由于usr与ut同频率同相， usr亦改变极性，此时d点与b点是等电位点，相当于将B1副方下半绕组并联到输出端，此时的极性仍然是上“+”、下“-”(见图附2-2(a))，经电容C滤波后，输出端 a、b 得到直流输出。 图附2-2 相敏解调器usr 、ut 和usc的波形 1．开关式相敏整流线路（续） 图附2-l 开关式相敏整流线路 如果信号的相位与上述相差1800，即usr的极性正好与图中所示符号相反，不难分析可知，此时输出端获得的直流电压是下“+”、上“-”，波形如图附2-2(b)所示。 当usr 的相位与参考电压ut相位正交时，如图附2-2(c)所示，不难分析出，输出端usc为二倍频的交流信号，其直流分量等于零。这一方面说明，该解调线路具有抑制正交干扰信号的能力；另一方面也说明，当输入交流信号是以其相角代表有效信号时，它总可以分解成与 ut同相的分量和与ut正交分量，而输出直流电压正比于输入信号中与ut同相的分量，仍然具有解调的功能(见图附2-2 (d))。 图附2-2 相敏解调器usr 、ut和usc的波形 为提高解调性能，参考电压最好是矩形波，图附2-1(a)中B2原方采用稳压管削波，使近似成矩形，这有利于环形桥支路的对称性的选配，主要是四只二极管的特性较容易选配成一致。 1．开关式相敏整流线路（续） 在ut的任意半周内，环形桥只有一半是导通的，为此可画出瞬时导通电路如图附2-3所示。按图中所示符号不难写出； 这里忽略了二极管的管压降。式中usc 为输出电压，就是C//Rf上的电压降。下面用复数阻抗的形式可以写出 图附2-3环形解调的等效电路 1．开关式相敏整流线路（续） 图附2-3环形解调的等效电路 将以上方程组联立求解，消去i1、i2、和if ，即得输入电压usr 与输出电压usc的传递函数 式中 即解调器是一个惯性环节。 (附2-1) 1．开关式相敏整流线路（续） 图附2-1(b)是晶体三极管模拟开关组成的相敏整流线路。VT1、VT2对接组成一个模拟开关，VT3、VT4组成另一个模拟开关。参考电压通过变压器加到三极管的基极与集电极之间，当基极为正、集电极为负，三极管饱和导通，输入信号通过变压器