第七章 细分电路解读
电路分析基础第七章2006级 PPT课件
i(t)
Us
R
C
t=0时, S1打开，S2闭合，
若S1,S2同时动作，则开关的动作就叫做“换路”。
换路后，电容通过R放电，Uc逐渐下降，一直到：Uc=0, i(t)=0.
我们把上述电路中Uc=US ， ic=0 和 Uc=0, i(t)=0.的状态称为稳定
状态，简称稳态
两个稳态中间的过程（Uc下降的过程）称为过渡过程。因这个过 程很短，也称为瞬时状态，简称瞬态或暂态
2021/4/3
12
2）换路定则
a. 若电容电流为有限值，则换路后一瞬间的电容电压等于 换路前一瞬间的电容电压，表示为：Uc(0-)=Uc(0+) b. 若电感电压为有限值，则换路后一瞬间的电感电流等于 换路前一瞬间的电感电流, 表示为:iL(0-)=iL(0+).
2、R2 C电路的零输入响应
3
Qemt
Pemt(m=A)
Qtemt
Psin(bt) Pcos(bt)
Q1sin(bt)+Q2cos(bt) Q1sin(bt)+Q2cos(bt)
以特解λp(t)带入原方程，用待定系数法，确定特解中的常数Q等。
2021/4/3
9
(4) λh(t)中常数K的确定
(t)h (t)p (t) K A tep (t)
根据初始条件
(t0)
代入上式可得：
(t0)KAe 0tp(t0)
由此可确定常数K，从而求得非齐次方程的解答。
2021/4/3
10
例7-1 求解微分方程
d 2 et
dt
解： (1 ) 对应的齐次方程为
d 2 0 dt 其解答为
h ( t ) Ke st 带入齐次方程得
信号细讲义分与辩向电路
u1
R1
u1
ER 2 R1 R2
不同相的输出电压信号经电压比较器整形为方波，然后经
逻辑电路处理即可实现细分。
测控电路
改变输入信号可改变象限：
Ⅰ： u1=Esin t，u2=Ecos t Ⅱ： u1=Ecos t ，u2=－Esin t Ⅲ： u1=－Esin t，u2=－Ecos t Ⅳ： u1=－Ecos t ，u2=Esin t
细分原理：对两路方波的突变沿进行处理（一个周期有两个突变沿），
提取四个突变沿，实现四细分。
辨向原理：根据两路方波相位的相对超前和滞后的关系作为判别依据。
Y B
O
VA’
VB
VB’
VA
W
BW
VA
VA
VB
VB
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测控电路
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
A
& A
R2
C2 DG4
1
A
DG2
DG8
& B
R3
C3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
& B
C4 DG9 R4
1
B
DG7
B & ≥1 A B & A A & B A & B DG5
A & ≥1 B B & A A & B
& A B
DG10
-
UO1 图 7 2 单 稳 四 细 分 辨 向 电
UO2 路
测控电路
原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分
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信号细分与变相电路(1)
-Esinωt
36o ∞ -+ +N
108o ∞ -+ +N
18o ∞ -+ +N
0o ∞ -+ +N
162o ∞ -+ +N
90o ∞ -+ +N
54o ∞ -+ +N
72o ∞ -+ +N
144o ∞ -+ +N
126o ∞ -+ +N
1 =1 3
2
5 =1 4 6
13 = 1 11 12 9 =1
周 期 计
发生 减 数
器
器
计 数 锁 存 器
细 分 锁 存 器
逻辑控制器
只读存储细分
Y5 X
B DG5
A & ?1
B B &
A
UO2
&
A
B A &
B DG10
直传式细分电路
• 四细分辨向电路
A
A
B
B
A'
A'
B'
B'
A'
A'
B'
B'
Uo1
Uo1
Uo2
Uo2
直传式细分电路
• 电阻链分相细分
1 原理
将正余弦信号施加在电阻链 两端，在电阻链的节点上可 得到幅值和相位各不同的电 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。
10 8 6 = 1
4 5 1
= 1 3 2
13 = 1 11 12
测控电路 第7章 信号细分与辨向电路
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
初中物理--电路图详解
初中物理--电路图详解电路识别是初中物理电学的重点之一。
很多同学在学电学之初还是很感兴趣的，毕竟"电"跟我们生活密切相关么，电脑、电话、电视这些玩意儿天天挂在嘴边，早~就想知道什么是“电”了，这把真要解开电的奥秘了！好兴奋~！电学一开始，果然不负重望，老师一个劲儿的做实验，一会摩擦玻璃棒，一会摩擦橡胶棒，然后又搬来一个带金属箔的"小闹钟"，上课就是看热闹，很开心；在加上这部分的考试作业主要考知识点，尽考些玻璃棒、橡胶棒都带什么电，是排斥还是吸引等鹦鹉学舌的问题，小case~。
上课又热闹看，下课作业不难，还能学知识，总体感觉电学真是8错。
可惜好景不长，进入电流电路后，初中物理三大猛药之一——电学的糖衣吃完了，开始动真格的了。
电学的各难点中，打前锋的就是电路识别，课上讲的很简单，电路就串联、并联就两种，看上去很清纯~。
但实际做题发现满不是那么回事儿，无数出题老师们殚精竭虑、前仆后继，把原本清纯可爱的串并联电路，设计成错综复杂电路怪物，再掺和进去电表和变阻器，使得电路的复杂度达到极致，不少同学学到这杯具了，之前的兴奋劲儿一扫而空，取而代之的是做错题的郁闷和对电路怪物的恐惧，更要命的是，过不了电路识别这一关，接下来的电学都得杯具：电路识别错，后面的计算判断都是无用功。
因此吧里同学跑上来求电路识别方法者层出不穷。
电路识别虽然是有些难度，但还是有章可循的，电路识别相关的包括二部分：电路图简化以及电路图、实物图互化。
这次我先介绍一个简化电路图的方法，我把它叫做标号法。
这种方法简单易学、练练就会、便于记忆，而且适用于所有电路，是居家旅行、特别是简化电路的杀手锏。
我朋友的孩子上学期初二学电学，概念啥的都没问题，但是就认不出复杂电路图，所以电学习题一做就错，班里都倒数了。
马上就要期末考试了，她妈妈请我去给她单独辅导一下，教给她一个识别电路的法子，当场学会，练习几道后就明白了，期末考试物理从70多提升到92。
第7章 信号细分与分辨电路讲解
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
& A
R2
C2 DG4
1
DG2
DG8
& B
R3
C3
& B
R4
C4 DG9
1
DG7
B & ≥1 A B &
A A &
Uo1
B A &
B DG5
A & ≥1 B
-
∞ +
+N
162o
-
∞ +
+N
90o ∞ -+ +N
54o ∞ -+ +N
72o ∞ -+ +N
144o ∞ -++
+N
UR=0
1 2
=1 3
5 6
=1 4
13 = 1 11 12 9 = 1 10 8 6 = 1 4 5
1 = 1 3 2
13 = 1 11 12
A/D 转换器，将模拟信号转换为二进制数字信号X 和Y，数 值在0~255之间变化，其中“128”对应模拟输入信号的“0” 电
平。X和Y与角度对应关系如下，由此可求出 。
Y 255
128
0
128
arctan
Y X
128 128
( X 128, Y 128)
2π π
7.2.1 相位跟踪细分
7.2.1.1 原理
数字式传感器的辨向和细分电路设计
数字式传感器的辨向和细分电路设计
数字式传感器的辨向和细分电路设计可以分为以下几个步骤：
1. 确定传感器的工作原理和输出信号类型。
不同类型的传感器具有不同的工作原理和输出信号类型，例如温度传感器的输出为模拟信号，而光电传感器的输出为数字信号。
2. 设计传感器的信号调理电路。
信号调理电路的作用是对传感器输出信号进行放大、滤波、线性化等处理，使其能够适应后续的数字信号处理。
根据传感器的输出信号类型和要求的精度，选择合适的放大器、滤波器和线性化电路。
3. 设计辨向电路。
辨向电路是指用于判断传感器输出信号的方向或位置的电路。
根据传感器的工作原理和输出信号特征，选择合适的辨向电路，如比较器、编码器等。
4. 设计细分电路。
细分电路是用于将传感器输出信号进行精确的数值化处理，以实现对测量量的细分。
根据传感器的输出范围和要求的分辨率，选择合适的模数转换器（ADC）和数字
信号处理器（DSP）等。
5. 进行电路仿真和调试。
利用电路仿真软件对设计的电路进行仿真，检查电路的性能和稳定性。
根据仿真结果进行调整和优化，直到达到设计要求。
6. 硬件实现和测试。
将设计的电路实现到实际的硬件平台上，并进行功能测试和性能验证。
根据测试结果进行调整和改进，
直到满足设计要求。
以上是数字式传感器的辨向和细分电路设计的一般步骤，具体设计过程还需要结合具体的传感器和应用要求进行细化和调整。
步进电机细分驱动电路及原理(后面是已经编好的程序改改就可直接使用)
步进电机细分驱动电路及原理(后面是已经编好的程序改改就可直接使用)步进电机细分驱动电路及原理（后面是已经编好的程序改改就可直接使用）细分原理分析步进电机驱动线路,如果按照环形分配器决定的分配方式,控制电动机各相绕组的导通或截止,从而使电动机产生步进所需的旋转磁势拖动转子步进旋转,则步距角只有二种,即整步工作或半步工作,步距角已由电机结构所确定。
如果要求步进电机有更小的步距角,更高的分辨率,或者为了电机振动、噪声等原因,可以在每次输入脉冲切换时,只改变相应绕组中额定的一部分,则电机的合成磁势也只旋转步距角的一部分,转子的每步运行也只有步距角的一部分。
这里,绕组电流不是一个方波,而是阶梯波,额定电流是台阶式的投入或切除,电流分成多少个台阶,则转子就以同样的次数转过一个步距角,这种将一个步距角细分成若干步的驱动方法,称为细分驱动。
在国外,对于步进系统,主要采用二相混合式步进电机及相应的细所示。
单片机根据要求的步距角计算出各相绕组中通过的电流值,并输出到数模转换器(DPA) 中,由DPA 把数字量转换为相应的模拟电压,经过环形分配器加到各相的功放电路上,控制功放电路给各相绕组通以相应的电流,来实现步进电机的细分。
单片机控制的步进电机细分驱动电路根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种(见下图5)。
图5 步进电机细分驱动电路放大型步进电机细分驱动电路中末级功放管的输出电流直接受单片机输出的控制电压控制,电路较简单,电流的控制精度也较高,但是由于末级功放管工作在放大状态,使功放管上的功耗较大,发热严重,容易引起晶体管的温漂,影响驱动电路的性能。
甚至还可能由于晶体管的热击穿,使电路不能正常工作。
因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制精度较高、散热情况较好的场合。
开关型步进电机细分驱动电路中的末级功放管工作在开关状态,从而使得晶体管上的功耗大大降低,克服了放大型细分电路中晶体管发热严重的问题。
但电路较复杂,输出的电流有一定的波纹。
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• 1、原理
–输入信号
• SIN、COS信号
–将SIN、COS信号施加在电阻链两端
• 在电阻链接点上得到不同相位与幅度的信号
–整形
• 在输入信号的一个周期中得到若干计数脉冲信号
u2
R2
uo u1
R1
u2
R2
u2
uo
uo
u1
R1
ER1 R1 R 2
φ u1
a）原理图
ER 2 R1 R 2
b）矢量图
设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交流电压u1、 u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost
uo R2 E sin t /( R1 R2 ) R1 E cost /( R1 R2 )
2 U om E R12 R2 /( R1 R2 )
arct an( R1 / R2 ) uo U om sin(t )
概述
• 信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对 周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。 • 信号的共同特点： 信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空 间上一个固定位移量。 • 电路细分原因： 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现 对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器 的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高 仪器的分辨力，就需要使用细分电路。
第七章
信号细分与辨向电路
功能
• 提高分辨力
• 对周期性测量信 号进行插值
§7.1 直传式细分电路
–四细分辨向电路 –电阻链分相细分 –微型计算机细分 –只读存储器细分
• 识别运动方向
• 识别测量信号的 相位
§7.2 平衡补偿式细分
–相位跟踪细分 –幅值跟踪细分 –脉冲调宽型幅值跟踪细分 –频率跟踪细分——锁相倍频细分
xo K s xi K sj x jj 1• 频率更高的脉冲信号或模拟信号 • 数字信号
–灵敏度（传递函数）
•
• Ksj: xo对⊿xj的灵敏度
Ks=K1K2K3…Km
——越靠前的环节对输出的影响越大
• 缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于 平衡补偿系统。 • 优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构 简单、响应速度快，有着广泛的应用。
8
多路切换器 三态缓冲器 B0~B7 A0~A7* SEL OE
8 D0~D7
INH
SEL
OE
禁止逻辑
*HCTL－2000中A4~A7接地
二、电阻链分相细分
• 主要实现对正余弦模拟信号的细分
• 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端， 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
（一）单稳四细分辨向电路
–利用单稳电路提取两路方波信号的边沿实现四细分
四细分
u3 u1
u4 u2
&
R1 C1 DG3
A′
B′
Ā B′
&
1 单 稳 A DG1 C2 R2 四 • 当A发生正跳变时，由非门 DG1、 1 细 电阻R1、电容C1和与门DG3组成 A’， 分 的单稳触发器输出窄脉冲信号 DG2 B 为高电平，与或门 辨 此时 DG5有计数脉冲输出，由于B为 向 低电平，与或门DG10无计数脉冲 电 输出 R3 路 1 R4 B
• 分类：
按工作原理，可分为直传式细分和平衡补偿式细分。 按所处理的信号可分为调制信号细分电路和非调制信号细分 电路。
第一节
xi K1
直接式细分电路
K2
x1
△x1 x2
Km
xo
直接式细分原理图
开环系统
• 结构简单、响应快 • 抗干扰能力差、精 度较低
• 由若干环节串联而成
–输入
–输出
• 来自（位移）传感器，多为一对SIN、COS信号或相移为90°的方 波信号 m
典型的细分电路 ☆ 四细分辨向电路 ☆ 电阻链分相细分 ☆ 微型计算机细分 ☆ 只读存储器细分
一、四细分辨向电路
• 最常用的细分辩向电路 • 原理
–输入信号
• 具有一定相位差的两路方波信号 • 在一个周期内有2个上升沿和2个下降沿
–通过对输入信号的2个上升沿和2个下降沿的处理实 现细分 –根据两路方波信号的相对导前和滞后关系辨别方向
DG6 DG
7
&
DG4
DG8
Ā′
A A′ B A′
&
& &
≥1
UO1
B
DG
5
&
B′
Ā
B′ B′
&
& ≥1
UO2
&
DG9
B′
A′
A
Ā′
B
&
&
1
1、A正跳变
C4
B
2、A负跳变 3、B正跳变
DG10
4、B负跳变
四细分
四细分
正向运动
反向运动
图7－3
单稳四细分辩向电路波形
（二）HCTL－20XX系列四细分辨向电路(原理图）
• 细分的基本原理
–输入信号
• 来自光栅、感应同步器、磁栅等传感器 • 具有周期性 • 信号每变化一个周期对应着空间上的一个固定的位移量
–原理
• 利用周期性测量信号的波形、幅度或相位变化规律，在一个周期 内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高分辨力 • 利用周期性测量信号的相位关系可以实现方向识别 (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。)
串联式 并联式
电压比较器一般接成施密特触发电路的形式， 使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发电平， 这个电平差称为回差电压。让回差电压大于信号中 的噪声幅值，可避免比较器在触发点附近因噪声来 回反转，回差电压越大，抗干扰能力越强。但回差 电压的存在使比较器的触发点不可避免地偏离理想 触发位置，造成误差，因此回差电压的选取应该兼 顾抗干扰和精度两方面的因素。
HCTL－2020具有的功能
CLK CK 细分脉冲 CNTDECR 计数方向 U/D 级联脉冲 CNTCAS
施密特 触发器
CHA
数字 滤波器
四细分 向电路辨 计数脉冲 计数方向
12/16位 可逆计数器 计数脉冲 计数方向 D0~D11（15）
12/16位 锁存器
CHB
Q0~Q7 8 Q8~Q11（15） D0~D11（15）
• 改变R1、R2可以改变φ和Uom
• 改变u1、u2可以得到第2、3、4 象限的输出信号
2、电阻链五倍细分电路
• 组成
• 电阻移相网络
• 给出10路移相信号 • 比较器
• 将正弦信号转换为方 波信号
• 一般采用施密特触发 电路的形式
• 逻辑电路
• 得到2路相位差90°的 5倍频方波信号 • 异或门组合电路