07_信号细分和辩向电路 《测控电路(第3版)》 教学课件
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整套课件：测控电路
➢典型测量放大电路 同相放大电路
R2
Kf
uo ui
1 R2 R1
Zi
KZ
' i
1 R2 /
R1
R3
注意：R3 R1 // R2
R1
-∞ +
uo
+ N1
R3 ui
常用芯片：MAX4074,MAX4075,OPA2682,OPA3682
2021/10/20
44
2021/10/20
45
2021/10/20
2021/10/20
18
1.5 测控电路的发展趋势
➢优质化 ➢集成化 ➢数字化 ➢通用化、模块化 ➢测控一体化 ➢自动化与智能化
2021/10/20
19
1.6 课程的性质、内容与学习方法
目的：应用电子技术来解决测量与控制中的问题 基础：《电路》、《模拟电子技术》、《数字电路》等等 方法： 多分析、多思考 理论推导 仿真验证(再分析、思考)
合适的输入与输出阻抗
动态性能好
响应快 (实时动态测量) 动态失真小
2021/10/20
6
转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ灵活
模数与数模转换 电量参数转换 量程转换 信号选取 信号运算
可靠性
经济性
2021/10/20
7
影响因素：
噪声与干扰★ 失调与漂移，主要是温漂★ 线性度与保真度 输入与输出阻抗的影响
2021/10/20
ud
u1 u2 , uc
u1 u2 2
ud 100V ,uc 0V
uo Adud Acuc 100Ad
2021/10/20
56
ud 100V ,uc 10000V
测控的电路-信号细分和辩向第七章第一部分
细分电路的应用范围？
面向光栅, 感应同步器, 磁栅,容栅和激光干涉仪等 设备输出的周期信号
细分电路的分类？
•按工作原理分：直传式和平衡补偿式细分
•按处理信号分：调制信号和非调制信号细分
2
什么是辨向？为什么要辨向？
辨向：辨别机构的移动方向
A
B C D
E
位移传感器一般允许在正、反两个方向移动；
A'
B'
B'
Uo1 Uo2
Uo1 Uo2
正向运动（A超前B）
反向运动（ B超前A ） 8
HCTL-20XX系列四细分辨向电路
• 该系列芯片具有细分与辨向功能； • 具有抗干扰设计； • 将可逆计数器设计在芯片上，芯片的集 成度高； • 简化外围电路的设计。
9
CLK
HCTL-2020具有的功能 CK 细分脉冲 计数方向 U/D 级联脉冲 CNT CAS CNTDECR
54o
= 1
3
33kΩ
24kΩ
18kΩ
56kΩ
72o
13 12
= 1
-Esinω t 144o
11
126o
10
UR
12
3+ 13
11+ 11’
13
电阻链分相细分优缺点
优点: 具有良好的动态特性,应用广泛 缺点: 细分数越高所需的元器件数目也成比例地 增加，使电路变得复杂，因此电阻链细分 主要用于细分数不高的场合。
1 2 3 4 5 6 7 8
19
微机量化细分的优缺点
优点：利用判别卦限和查表实现细分，相对 来说减少了计算机运算时间，若直接算反函 u1 / u2 )或 arc cot(u1 / u2 ) 要化更多的时 数arctan( 间；通过修改程序和正切表，很容易实现高 的细分数。 缺点：需要进行软件查表，细分速度慢，主 要用于输入信号频率不高或静态测量中。
测控电路07_信号细分和辩向电路 共35页
为了辨向常需要两路信号
前进B在A 前面 u A
t u B
t 后退A在B 前面
第七章 信号细分与辨向电路
无法根据两路相位差0或180的信号辨向， 相位差90的两路信号最可靠。
第七章 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
直传式细分直接利用位移信号进行细分，称其为直传式 是相对于跟踪式（平衡补偿式）而言的，也因为它可以 由若干细分环节串联而成。
第七章 信号细分与辨向电路
作用：细分电路实现对周期性的测量信号进 行插值，提高仪器的分辨率；辨向电 路实现对周期性信号极性的判断。
7.1 直传式细分电路（★） 7.2 平衡补偿式细分电路
测控电路
1
第七章 信号细分与辨向电路
信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对
周期性的增量码信号进行插值提高仪器分辨力的一 种方法。
第七章 信号细分与辨向电路
什么是辨向：辨别机构的移动方向 为什么要辨向：
由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动，在进 行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。
A B CD E
由A前进至C与由A后退至B信号变化情况相同 由E前进与由D后退信号变化情况相同
难以根据单一信号辨向
第七章 信号细分与辨向电路
输出信号Uo1、Uo2可直接送入标准系列可逆计数集 成电路，实现辨向计数。
测控电路
17
7.1.2 电阻链分相细分
输入信号：相位差90的两路正余弦（正交）模拟信号。 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，由于两信号 的叠加作用，在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同 的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余弦 信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。 优点：具有良好的动态特性，应用广泛。 缺点：细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使 电路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场 合。
前进B在A 前面 u A
t u B
t 后退A在B 前面
第七章 信号细分与辨向电路
无法根据两路相位差0或180的信号辨向， 相位差90的两路信号最可靠。
第七章 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
直传式细分直接利用位移信号进行细分，称其为直传式 是相对于跟踪式（平衡补偿式）而言的，也因为它可以 由若干细分环节串联而成。
第七章 信号细分与辨向电路
作用：细分电路实现对周期性的测量信号进 行插值，提高仪器的分辨率；辨向电 路实现对周期性信号极性的判断。
7.1 直传式细分电路（★） 7.2 平衡补偿式细分电路
测控电路
1
第七章 信号细分与辨向电路
信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对
周期性的增量码信号进行插值提高仪器分辨力的一 种方法。
第七章 信号细分与辨向电路
什么是辨向：辨别机构的移动方向 为什么要辨向：
由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动，在进 行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。
A B CD E
由A前进至C与由A后退至B信号变化情况相同 由E前进与由D后退信号变化情况相同
难以根据单一信号辨向
第七章 信号细分与辨向电路
输出信号Uo1、Uo2可直接送入标准系列可逆计数集 成电路，实现辨向计数。
测控电路
17
7.1.2 电阻链分相细分
输入信号：相位差90的两路正余弦（正交）模拟信号。 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，由于两信号 的叠加作用，在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同 的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余弦 信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。 优点：具有良好的动态特性，应用广泛。 缺点：细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使 电路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场 合。
测控电路 第7章 信号细分与辨向电路
7第 章
信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 7.2 平衡补偿式细分
信号细分与辨向电路
为什么要细分？ 提高分辨力
信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值 提高仪器分辨力的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波 形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个 信号周期的更高的分辨力。 高分辨力是高精度的必要条件。
第7章 信号细分与辨向电路
19
7.2.4频率跟踪细分——锁相倍频细分
锁相式数字频率合成技术:用来实现测量信号的n倍频，以实现n细分
鉴相器 fi
fo/n
环路滤波器 Uc 压控振荡器 fo
n分频器
优点:结构较简单，细分数高的，对信号失真度无严格要求。 缺点:为有差系统，对输入信号的角频率的稳定性要求高，不能辨向。 主要用于电气倍频和回转部件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保持fi接近恒定。
i
也可为幅值,相位,频率等
x -x
比较器
iF
K
s
x
F
∫
+
-
N
xo
• xo为系统输出量,是数字代码,代码
F
多是脉冲数
• 计数器具有积分作用
• Ks为前馈环节的灵敏度 • F为反馈环节的灵敏度
细分数为
KF
xo xi
1 F
第7章 信号细分与辨向电路
16
7.2.1 相位跟踪细分
原理
umsin(t+j)
放大 整形
A A B
第7章 信号细分与辨向电路
DG2 &
1
A
AHale Waihona Puke RCDG1
信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 7.2 平衡补偿式细分
信号细分与辨向电路
为什么要细分？ 提高分辨力
信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值 提高仪器分辨力的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波 形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个 信号周期的更高的分辨力。 高分辨力是高精度的必要条件。
第7章 信号细分与辨向电路
19
7.2.4频率跟踪细分——锁相倍频细分
锁相式数字频率合成技术:用来实现测量信号的n倍频，以实现n细分
鉴相器 fi
fo/n
环路滤波器 Uc 压控振荡器 fo
n分频器
优点:结构较简单，细分数高的，对信号失真度无严格要求。 缺点:为有差系统，对输入信号的角频率的稳定性要求高，不能辨向。 主要用于电气倍频和回转部件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保持fi接近恒定。
i
也可为幅值,相位,频率等
x -x
比较器
iF
K
s
x
F
∫
+
-
N
xo
• xo为系统输出量,是数字代码,代码
F
多是脉冲数
• 计数器具有积分作用
• Ks为前馈环节的灵敏度 • F为反馈环节的灵敏度
细分数为
KF
xo xi
1 F
第7章 信号细分与辨向电路
16
7.2.1 相位跟踪细分
原理
umsin(t+j)
放大 整形
A A B
第7章 信号细分与辨向电路
DG2 &
1
A
AHale Waihona Puke RCDG1
测控电路课件
运放的电源：
＋ Vcc ＋ Vcc A － Vcc 单 电源 供电 对 称双 电源供 电 ＋ Vcc1 A － Vcc2 非 对称双电源 供电
电桥放 大电路 高输入 阻抗放 大电路 可调增 益放大电路 隔离放 大电路
A
输出电压与电源的关系？
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测控电路
返
回
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测控电路
二、放大电路的几个重要参数:
− u R2
a
+
o
a
= 0
由 节点电 流法知 ：I1+I2+Ia=0 由虚短知 ： ua=ub 由虚断知 ：Ia＝ 0, Ib=0 u0=ui
返 回 上一页 下一页
ui − ua uo − ua + + Ia = 0 R 2R
又 ua=0（ 虚短） ， 2、用 叠加原 理求 ：
uo = −(
R
R1
u1 +
返
回
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测控电路
测控电路
8 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
第二章 信号放大电路
第 一节 第二节 第三节 第 四节 第 五节 第 六节 第 七节 思考题
返 回
基本放 大电路 调零放 大电路 高共模 抑制比 放大电路
一、集成运放
返 回 上一页 下一页
测控电路
返
回
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测控电路
例题2、求出下图电路中输出与输入的关系
例题1、求出下图电路中输出与输入的关系
2R R
I1 I2
u2 u1
R2 R1
Rf
ua
－
＋ Vcc ＋ Vcc A － Vcc 单 电源 供电 对 称双 电源供 电 ＋ Vcc1 A － Vcc2 非 对称双电源 供电
电桥放 大电路 高输入 阻抗放 大电路 可调增 益放大电路 隔离放 大电路
A
输出电压与电源的关系？
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测控电路
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测控电路
二、放大电路的几个重要参数:
− u R2
a
+
o
a
= 0
由 节点电 流法知 ：I1+I2+Ia=0 由虚短知 ： ua=ub 由虚断知 ：Ia＝ 0, Ib=0 u0=ui
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ui − ua uo − ua + + Ia = 0 R 2R
又 ua=0（ 虚短） ， 2、用 叠加原 理求 ：
uo = −(
R
R1
u1 +
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测控电路
测控电路
8 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
第二章 信号放大电路
第 一节 第二节 第三节 第 四节 第 五节 第 六节 第 七节 思考题
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基本放 大电路 调零放 大电路 高共模 抑制比 放大电路
一、集成运放
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测控电路
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测控电路
例题2、求出下图电路中输出与输入的关系
例题1、求出下图电路中输出与输入的关系
2R R
I1 I2
u2 u1
R2 R1
Rf
ua
－
【精品课件】测控电路第七章信号细分与辨向电路
设比较器输出高、低电平电压分别为UOH 和两U个O门L。限电压：U1URR1R 1R2UoLR1R 2R2
U2URR1R 1R2UoH R1R 2R2
滞后电平：
UU 2U 1R 1R 2R 2(U oH U o)L
电阻链5倍频细分电路
从比较器得到的10路方波信号再经过异或门
逻辑组合电路，在3′和4 ′端获得两路相位差 为90° 的五倍频方波信号。注意：该5倍频
-Esinωt
Esinωt
电阻并联桥，在四个象限内依次有一个相位差的 若干输出电压。
~ R 1 相关
R2
每一个臂上都是电位器，可以用来调整相位。
180° ~270° 移相
270° ~360° 移相
-Ecosωt
例：若采用这种移相桥实现12细分，所有的电位器电阻值均为12KΩ，计算第一
象限的各电阻值分阻阻值。
uom~
R1 R2
相关
所以改变R1、R2比值，就能 改变φ、uom，uo是沿u1、u2直 线运动， φ=45°时，uom有最
小值。
这里讲的的是0° ~90° 第一象限的情况。
同理： cosωt
-sinωt
-cosωt
-sinωt
-cosωt
sinωt
90° ~180° 移相
Ecosωt 0° ~90° 移相
信号正好满足上述四细分电路对输入信号的 要求。
参照图7-6电阻链五倍频细分电路的原理，设计一电阻链二倍频细分电路。
Esinω t
12kΩ
12kΩ
0o
∞
-
+
+N
1 =1
A
3
12kΩ
4 5o
∞
测控电路信号细分和辩向电路60页PPT
测控电路信号细分和辩向电路
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
09_连续信号控制电路 《测控电路(第3版)》 教学课件
PWM输出
10
14
14
7
1
13
Ec B
2
9
12
16
15
11
56
比较器
11
2
CD4520
计数器
12 3
10
10
14
6
7
1
5
7
2
9
4
9
15
11
3
15
CD4585
8
CP
564
Ec
&
频率变换
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.3 PWM功率转换电路
• 功用 （1）电机驱动； （2）调速
2020/10/28
R1 C3 +
4
8
R2
R
7
R4
CT
NE555
TH 6 1 V TR
52 C1
R3 C2
u0 uc
R10
R6 V
R7 R5
∞
-
+
+N
ub
R8
R9
一定电压放电，
锯齿波发生器 形成锯齿波 电压比较器
2020/10/28
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
9.2.2 典型脉宽调制电形路成一定死区
（二）三角波脉宽调制器
电极 MT2
2020/10/28
门极 G 阴极 K 单向晶闸管
门极 G 电极 MT1
双向晶闸管
9.1 导电角控制逆变器 120°导电角控制逆变器
V1 VD1
V3 VD3
V5 VD5
E
C1
A
B
～M
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Ud 超前于Uj，相对相位基准停止进脉冲，d-j多大，
Ux脉宽就多宽，使相对相位基准少进相应的脉冲数，
使Ud后延，直到达到d=j。故反向运动时系统有很强
的跟踪能力。
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
Uj滞后
Uj
没跟踪Ud
Uj
没跟踪Ud
Uj超前
7. 信号细分与辨向电路
• 为了辨向常需要两路信号
前进B在A 前面 u A
t u B
t 后退A在B 前面
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
无法根据两路相位差 0 或 180的信号辨向， 相位差 90的两路信号最可靠。
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
(一）四细分辨向电路 细分：利用两路相位差90 的信号的4个跳变沿，利
9
126o
8
8 +9
10
5 +6
4
36o
108o
1+2 0o
12+13 72o 144o
12 +13 1 +2
18o 162o 5+6 90o 8+9 54o 126o
8 +9 5 +6
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 （三）计算机量化细分
u1 u2
1 2 34 5 678
1、4、5、8卦限
2、3、6、7卦限
cot Acos u2 Asin u1
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 （三）计算机量化细分
u1 u2
为减少计算机运算时间， 采用软件查表，细分速度 比硬件慢，主要用于静态 测量中。
1 2 34 5 678
200细分
k 100 π
第1卦限， x=k 第3卦限， x=50+k 第5卦限， x=100+k 第7卦限， x=150+k
1 2
1 2
2k 1
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
本鉴相器根据相位差输出落在Uc的高电平还是低电平辨向，鉴相范围为/2
Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx
超过鉴相器的鉴相范围/2就要将Uj超前误判为滞后，从而丢失整个节距， 即失步。为此要求
Ms
DG3
去数显电路
移相脉冲门
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
(三）测量速度 正向运动时Ud滞后于Uj，在Ux=1期间以加倍的速度进脉冲，
只用一半的时间就提前翻转，一个周期内只能使 ＝j-d减 小至 /2。第二周期又产生，相位差扩大为(/2)+，经 跟踪留下(/2+)/2；第三周期又产生，经跟踪留下 +(/2+)/2；最终相位差扩大为
&
&
Uj
Ud
Ud Uc
DG1
DG4 & Ux
Fx
Ud
Uc
Ud Uc
Uc
Uj Ud
DG3 & DG2
& DG5
DG1
Fx
DG2
DG1 DG2
R Ud′
Ux
Ux
C
Fx
Fx
利用Uj 和Ud的延时信号 Uj 、Ud ，只有当Uj与Ud的相位差 超过一定时限才有脉宽信号Ux输出
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
2 π x
e k v (U m s indc o sW U m c o sds inW )c o st k v u m s in (W d )c o st
w k v u m s in (jd )c o st
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
2020/9/30
tan Asin u1 Acos u2
卦限 u1的极性 u2的极性 |u1|、|u2|大小
1
+
+
2
+
+
3
+
4
+
5
6
7
+
8
+
|u1|<|u2| |u1|>|u2| |u1|>|u2| |u1|<|u2| |u1|<|u2| |u1|>|u2| |u1|>|u2| |u1|<|u2|
2 π v T/W 2 π v 2 π vπ
(f v/W )WfW v 4
2020/9/30
v fW/7
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
定尺
W=2mm
W
usUmsindsinwt
正弦绕组
ucU mcosdsinwt
余弦绕组
w w 2 π x
2 π x
12 +13 1 +2
E sinwt
1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4
2020/9/30
E sinwt
36o
1
108o
2
1+2
3
0o
13
12+13
11
72o
13
144o
12
12+13 11
1 +2
3
18o
5
162o
6
5+6
4
90o
8
8+9
10
54o
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
umsin(wt+j)
放大 整形
鉴相电路
j-d
移位脉冲门
d
移 相
脉
冲
相对相位基准
分频器
显示电路
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
(二）相对相位基准和移相脉冲门
a) 时钟脉冲
b) 正常分频
c) 减脉冲 d) 使d延后
用单稳态触发电路在一个周期内输出4个脉冲。
DG2
A
&
A
1
A
B
A
R
C
DG1
2020/9/30
单稳
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
(一）四细分辨向电路
辨向：如果A出现在B为负的半周期，则A滞后于B,
正向运动；如果A出现在B为正的半周期，则A超前 于B,反向运动。
A
A
A
A
B
B
前进
2020/9/30
感应 e
放大滤
θj
同步器
θd
波电路
鉴幅辨 向电路
控制电路 调幅脉冲
函数 发生器
切换 计数器
显示电路
ekvum sin(jd)coswt
e超出门槛电平就改变θd，使减小， θd跟踪θj的变化
感应同步器供电电压的变化靠函数变压器实现
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
余弦绕组
w w w e e s e c k U m s i n 2 W π x c o s t k U m c o s 2 W π x s i n t k U m s i n (t j )
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
（一）原理
后退
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
(一）四细分辨向电路
正向： A出现在B为负的半周期 B 出现在A为正的半周期 A出现在B为正的半周期 B 出现在A为负的半周期
反向： B 出现在A为负的半周期 A出现在B为正的半周期 B 出现在A为正的半周期 A出现在B为负的半周期
A
A
B
B
2020/9/30
前进
后退
E sinwt
1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2020/9/30
36o
108o
1+2 0o
12+13 11
72o 144o
12 +1311 1 +2 3
18o
162o 5+6 90o 8+9 54o 126o
8 +9 5 +6
12+13
5 4 3 2 1
~ 10kHz 0线
1 2
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
• 为了实现n细分，变压器需要n个抽头。为减少抽头简化 供电方式。采用变形正余弦激磁电压后后半周期，输出 信号e变号，需要在辨向中注意。
us
uc
0
180
360 θd/(˚) 0
Fx Ux
Ux
Fx
Fx
(1)根据j-d输出对应的脉宽信号Ux;
(2)根据j与d的导前、滞后，确定滑
尺移动方向，输出Fx或Fx
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
引入迟滞，只有j-d信号
延续一定时段才有输出
(二）鉴相电路
Ux脉宽就多宽，使相对相位基准少进相应的脉冲数，
使Ud后延，直到达到d=j。故反向运动时系统有很强
的跟踪能力。
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
Uj滞后
Uj
没跟踪Ud
Uj
没跟踪Ud
Uj超前
7. 信号细分与辨向电路
• 为了辨向常需要两路信号
前进B在A 前面 u A
t u B
t 后退A在B 前面
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
无法根据两路相位差 0 或 180的信号辨向， 相位差 90的两路信号最可靠。
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
(一）四细分辨向电路 细分：利用两路相位差90 的信号的4个跳变沿，利
9
126o
8
8 +9
10
5 +6
4
36o
108o
1+2 0o
12+13 72o 144o
12 +13 1 +2
18o 162o 5+6 90o 8+9 54o 126o
8 +9 5 +6
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 （三）计算机量化细分
u1 u2
1 2 34 5 678
1、4、5、8卦限
2、3、6、7卦限
cot Acos u2 Asin u1
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 （三）计算机量化细分
u1 u2
为减少计算机运算时间， 采用软件查表，细分速度 比硬件慢，主要用于静态 测量中。
1 2 34 5 678
200细分
k 100 π
第1卦限， x=k 第3卦限， x=50+k 第5卦限， x=100+k 第7卦限， x=150+k
1 2
1 2
2k 1
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
本鉴相器根据相位差输出落在Uc的高电平还是低电平辨向，鉴相范围为/2
Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx
超过鉴相器的鉴相范围/2就要将Uj超前误判为滞后，从而丢失整个节距， 即失步。为此要求
Ms
DG3
去数显电路
移相脉冲门
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
(三）测量速度 正向运动时Ud滞后于Uj，在Ux=1期间以加倍的速度进脉冲，
只用一半的时间就提前翻转，一个周期内只能使 ＝j-d减 小至 /2。第二周期又产生，相位差扩大为(/2)+，经 跟踪留下(/2+)/2；第三周期又产生，经跟踪留下 +(/2+)/2；最终相位差扩大为
&
&
Uj
Ud
Ud Uc
DG1
DG4 & Ux
Fx
Ud
Uc
Ud Uc
Uc
Uj Ud
DG3 & DG2
& DG5
DG1
Fx
DG2
DG1 DG2
R Ud′
Ux
Ux
C
Fx
Fx
利用Uj 和Ud的延时信号 Uj 、Ud ，只有当Uj与Ud的相位差 超过一定时限才有脉宽信号Ux输出
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
2 π x
e k v (U m s indc o sW U m c o sds inW )c o st k v u m s in (W d )c o st
w k v u m s in (jd )c o st
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
2020/9/30
tan Asin u1 Acos u2
卦限 u1的极性 u2的极性 |u1|、|u2|大小
1
+
+
2
+
+
3
+
4
+
5
6
7
+
8
+
|u1|<|u2| |u1|>|u2| |u1|>|u2| |u1|<|u2| |u1|<|u2| |u1|>|u2| |u1|>|u2| |u1|<|u2|
2 π v T/W 2 π v 2 π vπ
(f v/W )WfW v 4
2020/9/30
v fW/7
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
定尺
W=2mm
W
usUmsindsinwt
正弦绕组
ucU mcosdsinwt
余弦绕组
w w 2 π x
2 π x
12 +13 1 +2
E sinwt
1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4
2020/9/30
E sinwt
36o
1
108o
2
1+2
3
0o
13
12+13
11
72o
13
144o
12
12+13 11
1 +2
3
18o
5
162o
6
5+6
4
90o
8
8+9
10
54o
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
umsin(wt+j)
放大 整形
鉴相电路
j-d
移位脉冲门
d
移 相
脉
冲
相对相位基准
分频器
显示电路
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
(二）相对相位基准和移相脉冲门
a) 时钟脉冲
b) 正常分频
c) 减脉冲 d) 使d延后
用单稳态触发电路在一个周期内输出4个脉冲。
DG2
A
&
A
1
A
B
A
R
C
DG1
2020/9/30
单稳
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
(一）四细分辨向电路
辨向：如果A出现在B为负的半周期，则A滞后于B,
正向运动；如果A出现在B为正的半周期，则A超前 于B,反向运动。
A
A
A
A
B
B
前进
2020/9/30
感应 e
放大滤
θj
同步器
θd
波电路
鉴幅辨 向电路
控制电路 调幅脉冲
函数 发生器
切换 计数器
显示电路
ekvum sin(jd)coswt
e超出门槛电平就改变θd，使减小， θd跟踪θj的变化
感应同步器供电电压的变化靠函数变压器实现
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
余弦绕组
w w w e e s e c k U m s i n 2 W π x c o s t k U m c o s 2 W π x s i n t k U m s i n (t j )
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
（一）原理
后退
7. 信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路
(一）四细分辨向电路
正向： A出现在B为负的半周期 B 出现在A为正的半周期 A出现在B为正的半周期 B 出现在A为负的半周期
反向： B 出现在A为负的半周期 A出现在B为正的半周期 B 出现在A为正的半周期 A出现在B为负的半周期
A
A
B
B
2020/9/30
前进
后退
E sinwt
1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2020/9/30
36o
108o
1+2 0o
12+13 11
72o 144o
12 +1311 1 +2 3
18o
162o 5+6 90o 8+9 54o 126o
8 +9 5 +6
12+13
5 4 3 2 1
~ 10kHz 0线
1 2
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.2 幅值跟踪细分
• 为了实现n细分，变压器需要n个抽头。为减少抽头简化 供电方式。采用变形正余弦激磁电压后后半周期，输出 信号e变号，需要在辨向中注意。
us
uc
0
180
360 θd/(˚) 0
Fx Ux
Ux
Fx
Fx
(1)根据j-d输出对应的脉宽信号Ux;
(2)根据j与d的导前、滞后，确定滑
尺移动方向，输出Fx或Fx
2020/9/30
7. 信号细分与辨向电路
7.2 平衡补偿式细分 7.2.1 相位跟踪细分
引入迟滞，只有j-d信号
延续一定时段才有输出
(二）鉴相电路