函數(shù)發(fā)生器課程設(shè)計說明書

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計說明書 函數(shù)信號發(fā)生器院、部：電氣與信息工程學院 學生姓名： 彭世平 指導教師： 伍麟珺 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自本1101班 完成時間：2013年6月25日 摘 要 在我們的學習生活中，尤其是電器類學習中經(jīng)常用到函數(shù)信號發(fā)生器，我們一般只會用到其中幾種比較常見的波，例如正玄波，方波，三角波。其實它還能產(chǎn)生很多的其它的波形，而其中很多波對我們的電子電路等的研究有比較大的作用，所以我們掌握它的設(shè)計方法以及原理有很大的實際意義。本設(shè)計以IC8038核心器件制作的一種函數(shù)信號發(fā)生器，制作成本較低。適合學習電子技術(shù)測量使用。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電

2、路，只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001Hz30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)制信號輸入端，所以可以用來對低頻信號進行頻率調(diào)制。 函數(shù)信號發(fā)生器根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案有多種，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波與正弦波所呈的某種確定的函數(shù)關(guān)系，再通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣?。也可以先產(chǎn)生三角波-方波，再將三角波或方波轉(zhuǎn)化為正弦波。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，新材料新器件層出

3、不窮，開發(fā)新款式函數(shù)信號發(fā)生器，器件的可選擇性大幅增加，例如ICL8038就是一種技術(shù)上很成熟的可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可選擇的方案多種多樣，技術(shù)上是可行的。關(guān)鍵詞： ICL8038；波形；原理圖；常用接法；函數(shù)信號發(fā)生器ABSTRACT Learning in our life, especially the function signal generator used appliances category learning, we usually use some common wave, such as sine wave, square wave, triangl

4、e wave. In fact, it can also produce many other waveform, which a lot of wave of our electronic circuit has a bigger role, so we have great practical significance in its design method and principle. A function signal generator of the design for IC8038 core components, low production cost. Suitable f

5、or the study of electronic technical measurement. ICL8038 is a precision oscillator integrated circuit with a variety of waveform output, only individual external components can produce from 0.001Hz 30KHz low-distortion sine wave, triangle wave, square wave pulse signal. The output waveform frequenc

6、y and duty cycle can also control by current or resistance. Because the chip has modulation signal input, so can be used for frequency modulation for low frequency signal.Function signal generator according to different purposes, a function generator to produce three or more kinds of waveforms, devi

7、ces used in circuit can be a separation device, and can also be integrated device, generates a square wave, sine wave, triangle wave, a variety of programs, such as to generate sine wave, according to the function of some non sine wave and sinusoidal periodic which is determined by the shaping circu

8、it, the sine wave into a square wave, the integral circuit to turn it into a triangle wave. You can also generate triangle wave, square wave, triangle wave, square wave and sine wave or into. With the rapid development of electronic technology, emerge in an endless stream of new materials and new de

9、vices, the development of new type of function signal generator, devices can be selectively increased substantially, for example ICL8038 is a technically mature can produce sine wave, square wave, the main chip of the triangular wave. So, can choose the variety, technology is feasible.Keywords: ICL8

10、038；waveform；schematics；commonly used method；function signal generator目 錄1 緒論1 1.1 簡易信號發(fā)生器簡介1 1.2 項目可行性研究12 方案論證2 方案一2 方案二2 方案三3 方案四33 理論分析與設(shè)計方案的建立4 3.1 ICL8038工作原理4 3.2 ICL8038組成函數(shù)發(fā)生器的應用64 電路設(shè)計說明7 4.1 電路原理圖7 4.2 電路PCB圖7 4.3 原理說明8 4.4 電路參數(shù)的選擇9 4.5 結(jié)果分析9 4.6 總結(jié)105 實驗數(shù)據(jù)及分析11結(jié)束語15參考文獻16附錄171 緒論1.1 簡易信號

11、發(fā)生器簡介函數(shù)信號發(fā)生器，也叫簡易信號發(fā)生器，它能輸出穩(wěn)定的正弦波、三角波、方波，且輸出頻率在100Hz1KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào), 輸出電壓幅度在05V連續(xù)可調(diào)，由正負12V直流穩(wěn)壓電源供電。它由振蕩電路，比較器，積分器，反相器等基本電路組成的，通過調(diào)節(jié)電容或者電阻改變波形的頻率和幅值。本課題設(shè)計對函數(shù)發(fā)生器的幾個設(shè)計方案進行了分析比較，最終采用芯片ICL8038構(gòu)成函數(shù)信號發(fā)生器電路，LM358構(gòu)成放大電路,可同時輸出符合要求的方波、三角波和正弦波，頻率調(diào)節(jié)范圍大，正弦波失真小，制作簡單，價格低廉，使用方便。1.2 項目可行性研究函數(shù)信號發(fā)生器根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，其

12、電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案有多種，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波與正弦波所呈的某種確定的函數(shù)關(guān)系，再通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣?。也可以先產(chǎn)生三角波-方波，再將三角波或方波轉(zhuǎn)化為正弦波。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，新材料新器件層出不窮，開發(fā)新款式函數(shù)信號發(fā)生器，器件的可選擇性大幅增加，例如ICL8038就是一種技術(shù)上很成熟的可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可選擇的方案多種多樣，技術(shù)上是可行的。 12 方案論證方案一可先產(chǎn)生方波-三角波，再將三角波變成正弦波。如下框圖所示。 圖2-1 由比較器和積

13、分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。方案二 此方案可先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變成方波，再由積分電路將方波變成三角波；由文氏電橋產(chǎn)生正弦振蕩，然后通過比較器得到方波，方波積分可得三角波。文 氏電 橋正弦波比較器積分器方波三角波圖2-2這一方案為一開環(huán)電路，結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)生的正弦波和方波的波形失真較小。但是對于三角波

14、的產(chǎn)生則有一定的麻煩，因為題目要求有10倍的頻率覆蓋系數(shù)，然而對于積分器的輸入輸出關(guān)系為：顯然對于10倍的頻率變化會有積分時間dt的10倍變化從而導致輸出電壓振幅的10倍變化。而這是電路所不希望的。幅度穩(wěn)定性難以達到要求。方案三用單片集成芯片IC8038實現(xiàn)，此方案要求幅度和頻率都可調(diào)，可由電位器加放大器實現(xiàn)。它是一種多用途的波形發(fā)生器，可以用來產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等，其振蕩頻率可以通過外加電容進行調(diào)節(jié)。利用8038芯片的優(yōu)點十分明顯如下 集成度比較高，輸出穩(wěn)定； 構(gòu)成的電路簡單，所用的元件少，經(jīng)濟實惠； 函數(shù)波形的頻率受內(nèi)部或外電壓控制，可被應用于壓控振蕩和FSK調(diào)制器； 具有在發(fā)生溫度

15、變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50PPm；正弦波輸出具有低于1的失真度；三角波輸出具有01高線性度；具有0001Hz1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬，298之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍，從TTL電平至28V。方案四用單片機和A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，編寫相應的程序即可實現(xiàn)。如采用一片AT89S51單片機和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成的智能數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。按用戶的需要，選擇運行不同的程序，將會得到不同的波形信號。再在 DAC0832 輸出端加上一些電壓變換電路以及放大整形電路，就完成了一個頻率可調(diào)的多功能信號發(fā)生器的設(shè)計?？紤]到實驗電路的簡單及其穩(wěn)定性，我們用集成芯片IC8038來實現(xiàn)

16、信號發(fā)生器的設(shè)計。3 理論分析與設(shè)計方案的建立3.1 IC 8038的工作原理 采用IC8038集成電路，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳圖圖如下圖3-1和圖3-2所示圖3-1 ICL8038內(nèi)部原理電路框圖 圖3-2 8038管腳圖管腳說明：1. 正弦波線性調(diào)節(jié)；2. 正弦波輸出；3. 三角波輸出；4. 恒流源調(diào)節(jié)；5. 恒流源調(diào)節(jié)；6. 正電源；7. 調(diào)頻偏置電壓；8. 調(diào)頻控制輸入端；9. 方波輸出（集電極開路輸出）； 10. 外接電容；11. 負電源或接地；12. 正弦波線性調(diào)節(jié)； 13、14. 空腳在圖3-1中，由手冊和有關(guān)資料可看出，外接電容C由兩個恒流源充電和放電，振蕩電容C由外部接入，它是由

17、內(nèi)部兩個恒流源來完成充電放電過程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對電容器C連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶動觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來連續(xù)控制的。當觸發(fā)器的狀態(tài)使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓達到比較器1輸入電壓規(guī)定值的23倍時，比較器1狀態(tài)改變，使觸發(fā)器工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將模擬開關(guān)K由B點接到A點。由于恒流源2的工作電流值為2I，是恒流源1的2倍，電容器處于放電狀態(tài)，在單位時間內(nèi)電容器端電壓將線性下降，當電容電壓下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的13倍時，比較器2狀態(tài)改變，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)回到原來的狀態(tài)，這樣周期性的循環(huán)，完成振蕩過程。在以上基本電路中很容易獲得函數(shù)信號，

18、假如電容器在充電過程和在放電過程的時間常數(shù)相等，而且在電容器充放電時，電容電壓就是三角波函數(shù)，三角波信號由此獲得，并從管腳3輸出。由于觸發(fā)器的工作狀態(tài)變化時間也是由電容電壓的充放電過程決定的，所以，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，就能產(chǎn)生方波函數(shù)信號，在芯片內(nèi)部，這兩種函數(shù)信號經(jīng)緩沖器功率放大，觸發(fā)器輸出的方波，經(jīng)緩沖器輸出到腳9。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。因此，8038能輸出方波、三角波、正弦波等不同的波形。3.2 ICL8038組成函數(shù)發(fā)生器的應用由圖3-2可見，管腳8為調(diào)頻電壓控制輸入端，管腳7輸出調(diào)頻偏置電壓，其值（指管腳6與7之間的電壓）是(VCC+VEE/5) ，它可作為管腳8

19、的輸入電壓。此外，該器件的方波輸出端為集電極開路形式，一般需在正電源與9腳之間外接一電阻，其值常選用10k左右，如圖3-3所示。當電位器RP2動端在中間位置，并且圖中管腳8與7短接時，管腳9、3和2的輸出分別為方波、三角波和正弦波。電路的振蕩頻率f約為0.3/C(R1+RP2/2) 。調(diào)節(jié)RP2、RP3可使正弦波的失真達到較理想的程度。在圖3-3中，當RP2動端在中間位置，斷開管腳7與8之間的連線，若在+VCC與-VEE之間接一電位器，使其動端與8腳相連，改變正電源+VCC與管腳8之間的控制電壓（即調(diào)頻電壓），則振蕩頻率隨之變化，因此該電路是一個頻率可調(diào)的函數(shù)發(fā)生器。圖3-3 電路圖4 電路設(shè)

20、計說明4.1 電路原理圖 由以上理論分析及技術(shù)指標可設(shè)計ICL8038組成的函數(shù)發(fā)生器電路設(shè)計原理圖如下圖4-1所示： 圖4-1 簡易信號發(fā)生器電路原理圖在電路設(shè)計的提高部分我們增加了調(diào)幅電路。4.2 電路PCB圖 生成PCB圖如下：圖 4-2 簡易信號發(fā)生器PCB圖4.3 原理說明 由圖3-1和圖3-3及8038的原理結(jié)構(gòu)可以知道，通過改變電容可以調(diào)節(jié)整個波形的頻率范圍，這是粗調(diào)，相對而言，調(diào)節(jié)RP3可是達到某個頻率，這是細調(diào)。7腳和8腳短接可以使頻率調(diào)節(jié)電壓偏置一定，所以函數(shù)信號的頻率和占空比由R1、R2和C決定，其頻率為f，周期T，t1為振蕩電容充電時間，t2為放電時間。所以 T1f t

21、1t2由于三角函數(shù)信號在電容充電時，電容電壓上升到比較器規(guī)定輸入電壓的13倍，分得的時間為：t1=CV/I=(C+1/3V ccR1)/(1/5V cc)=5/3R1C 在電容放電時，電壓降到比較器輸入電壓的13時，分得的時間為：t2CVI（C13V cc）（25VccR215V ccR1） （35R1R2C）（2R1R2）f1（t1t2）35R1C1R2（2R1R） 如果R1R2，就可以獲得占空比為50的方波信號。其頻率f3（10R1C）。按照設(shè)計要求，方波VP-P24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V，在8038的2、3、9腳后面接調(diào)幅電路?？梢酝ㄟ^選擇撥碼開關(guān)實現(xiàn)，雙運放LM

22、358芯片組成放大電路，調(diào)節(jié)RP4和RP5改變比例系數(shù)來實現(xiàn)電壓的放大。4.4 電路參數(shù)的選擇 通過以上分析，可以選取以下元件的值來實現(xiàn)設(shè)計要求。R1=R2=R3=10K R4=30K R5=R6=R7=R8=5.1KC1=C2=0.1uF C3=4700PF C4=0.01uFRP1=100K RP2=1K RP3=RP4=RP5=10K 放大環(huán)節(jié)采用LM358集成運放1個C1：C1為濾波電容，其取值視8腳的波形而定，主要用來消除8腳的的寄 生交流電壓，若含高次諧波成分較多，則C1一般為幾十皮法至0.1uF。在這里我們選用0.1uF。 C2、C3、C4、R1、R1、RP2：電阻R1和R2及電

23、容C構(gòu)成調(diào)頻回路。因為輸出頻率為100Hz-1KHz,1KHz-10KHz,所以取C2=0.1uF,C3=4700PF,C4=0.01uF，RP2=1 K，R1=R2=10K。 R3：方波輸出端為集電極開路形式，一般在正電源與9腳之間接一電阻，其值通常取R3=10K。 RP3及R4：電阻R1及電位器RP3用來確定8腳的直流電位V8，通常取V82/3VCC。這里取R4=30K， RP3=10K。 RP1及RP2：RP1及RP2用來用來改善正弦波的正負向失真及調(diào)節(jié)正弦波及三角波的幅度。這里取RP1=100K。4.5 結(jié)果分析 比較器與積分器組成正反饋閉環(huán)電路，方波、三角波同時輸出。電位器RP1與R

24、P2要事先調(diào)整到設(shè)定值，否則電路可能會不起振。只要接線正確，接通電源后便可輸出方波、三角波。微調(diào)RP1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計要求，調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率在對應波段內(nèi)連續(xù)可變。 方波的上升時間tr主要受運算放大器轉(zhuǎn)換速率的限制。實驗中適當添加一個放大電路以達到課設(shè)要求。4.6 總結(jié) 本課題根據(jù)設(shè)計中要實現(xiàn)的功能，經(jīng)過自己認真地分析、實踐，確立方案，書寫文檔，設(shè)計出電路，在設(shè)計過程中翻閱了大量資料，通過對所得的各種資料的綜合分析，提煉出自己需要的信息，從而提高自己的分析能力；通過對主要技術(shù)指標的分析，認真體會了設(shè)計時的各項技術(shù)政策；通過對設(shè)計時出現(xiàn)的各種問題的分析與解決，鍛煉了獨立分析，進行

25、工程設(shè)計的能力；通過對電路設(shè)計中的某些問題的較為深入的探索，培養(yǎng)了自己的科研工作能力；通過設(shè)計論文的書寫，進一步鍛煉了繪圖技巧，文字表達能力和對工作的認真態(tài)度。 當然，在設(shè)計中遇到了一些實際困難，通過本人及同組同學多次查找參考資料，以及指導老師的悉心講解，終于豁然開朗；通過這次設(shè)計不僅鞏固了本專業(yè)的知識，加深了對課本知識的理解，為本人在這一學期所學專業(yè)知識做了一個系統(tǒng)的把握。5 實驗數(shù)據(jù)及其分析 在檢測實驗成品的性能過程中 ，我們考慮到某些頻率段的失真度比較大。故只用兩個主要的頻率段進行測量和分析.在示波器中，其中的波形幅值分兩種檔位：10×和1×。 數(shù)據(jù)波形頻段選擇C=4

26、700PF(f=1k10kHz)C=0.1F(f=1001kHz)檔位 10× 1×三角 波f（頻率）2.97kHz149.7HzVP-P2.88V3.92VVmax1.48V1.99VVmin-1.40V-1.93V方波f（頻率）2.97kHz149.7HzVP-P12.2V8.48VVmax6.28V4.48VVmin-6.00V-4.00V正弦波f（頻率）2.857kHz149.7HzVP-P1.38V2.73VVmax740mV1.25VVmin-640mV-1.48V在數(shù)據(jù)的測試當中，我們可以看出正弦波的失真度比較大，在測頻率1k10kHz時，整個電路所測出的波形都有很大的失真。 結(jié)束語 通過本篇論文的設(shè)計，使我們對ICL8038的工作原理有了本質(zhì)的理解，掌握了ICL8038的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用I