函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計8038

1、南京師范大學(xué)實(shí)踐類課程設(shè)計報告題 目： 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計8038 設(shè)計小組： 梅晶 祝君超 郁佳達(dá) 指導(dǎo)教師： 趙華 提交時間： 2010年6月9日 摘要21 引言22 相關(guān)技術(shù)及原理介紹32.1 ICL8038工作原理32.2 ICL8038內(nèi)部框圖介紹42.3 內(nèi)部框圖工作原理42.4 ICL 8038 的主要特點(diǎn)53 設(shè)計要點(diǎn)54 設(shè)計實(shí)例64.1主要參數(shù)64.2 設(shè)計原理圖、PCB圖及介紹說明74.2.1原理圖74.2.2 PCB圖84.2.3設(shè)計電路工作原理85 電路的安裝于調(diào)試96 結(jié)論與總結(jié)97 參考文獻(xiàn)9摘要 函數(shù)發(fā)生器是一種在科研和生產(chǎn)中經(jīng)常用到的基本波形產(chǎn)生器，隨著大規(guī)模集

2、成電路的迅速發(fā)展，多功能信號發(fā)生器已被制作成專用集成電路，如ICL8038函數(shù)波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生精度較高的正弦波、方波、矩形波，鋸齒波等多種信號。產(chǎn)品的各種信號頻率可以通過調(diào)節(jié)外接電阻和電容的參數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，為快速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器提供了極大的方便。關(guān)鍵字：函數(shù)發(fā)生器，8038，信號1 引言在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學(xué)研究中，正弦波和方波、三角波是常用的基本測試信號。此外，如在電視機(jī)中顯像管熒光屏上的光點(diǎn)，是靠磁場變化進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的，所以需要用鋸齒波電流來控制，對于三角波，方波同樣有這不可忽視的作用，而函數(shù)發(fā)生器是指一般能自動產(chǎn)生方波、正弦波、三角波以及鋸齒波階梯波等電壓波形的電路或儀

3、器。因此函數(shù)發(fā)生器是我們在學(xué)習(xí)，科學(xué)研究等方面不可缺少的工具，今天我們要設(shè)計一種能產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的函數(shù)發(fā)生器。 函數(shù)信號發(fā)生器是一種高精度且頻率可方便調(diào)節(jié)的信號發(fā)生器，它的出現(xiàn)在很大程度上給技術(shù)人員在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中帶來了便利。本課題欲解決能同時輸出三種波形：方波、三角波、正弦波；頻率范圍與波形精度也有一定的要求。2 相關(guān)技術(shù)及原理介紹2.1 ICL8038工作原理ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需調(diào)整個別的外部元件就能產(chǎn)生從01001300KHz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)

4、頻信號輸入端，所以可以用來對低頻信號進(jìn)行頻率調(diào)制。ICL8038的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖及管腳排列圖分別如圖1、圖2所示。ICL8038 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：ICL芯片的管腳排列圖如下圖所示： ICL80381 142 133 124 115 106 97 8正弦波線性調(diào)節(jié) NC正弦波輸出 NC三角波輸出 正弦波線性調(diào)節(jié)恒流源調(diào)節(jié) 負(fù)電源或接地恒流源調(diào)節(jié) Vs電位正電源Vs 方波輸出4 5Vs基準(zhǔn) 調(diào)頻控制輸入端圖2 ICL8038的管腳排列2.2 ICL8038內(nèi)部框圖介紹 函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，共有五個組成部分。兩個電流源的電流分別為IS1和IS2，且IS1=I，I

5、S2=2I；兩個電壓比較器1和2的閾值電壓分別為 和 ，它們的輸入電壓等于電容兩端的電壓uC，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和 端；RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和 用來控制開關(guān)S，實(shí)現(xiàn)對電容C的充、放電；充點(diǎn)電流Is1、Is2的大小由外接電阻決定。當(dāng)Is1=Is2時，輸出三角波，否則為矩尺波。兩個緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力；三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓。 2.3 內(nèi)部框圖工作原理 當(dāng)給函數(shù)發(fā)生器ICL8038合閘通電時，電容C的電壓為0V，根據(jù)電壓比較器的電壓傳輸特性，電壓比較器1和2的輸出電壓均為低電平；因而RS觸發(fā)器

6、的 ，輸出Q=0， ； 使開關(guān)S斷開，電流源IS1對電容充電，充電電流為 IS1=I 因充電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時間的增長而線性上升。 當(dāng)上升為VCC/3時，電壓比較器2輸出為高電平，此時RS觸發(fā)器的 ，S=0時，Q和 保持原狀態(tài)不變。 一直到上升到2VCC/3時，使電壓比較器2的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖?，此時RS觸發(fā)器的 時，Q=1時， ，導(dǎo)致開關(guān)S閉合，電容C開始放電，放電電流為IS2-IS1=I因放電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時間的增長而線性下降。 起初，uC的下降雖然使RS觸發(fā)的S端從高電平躍變?yōu)榈碗娖剑?，其輸出不變。 一直到uC下降到VCC/3時，使電壓比較器的

7、輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖?，此時 ，Q=0， ，使得開關(guān)S斷開，電容C又開始充電，重復(fù)上述過程，周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為三角波，Q和 為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。 由管腳的功能分布也可得，最終由3 腳輸出三角波，2 腳輸出正弦波，9 腳輸出方波。結(jié)論：改變電容充放電電流，可以輸出占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。但是，當(dāng)輸出不是方波時，輸出也得不到正弦波了。 2.4 ICL 8038 的主要特點(diǎn)（1）可同時輸出任意的三角波、矩形波和正弦波等。（2）頻率范圍: 01001Hz30kHz。（3）占空比范圍:

8、2%98%。（4）低失真正弦波: 011%。（5）低溫度漂移: 50ppmö。（6）三角波輸出線性度: 011%。（7）工作電源: ±5V±12V 或者+12V+25V。3 設(shè)計要點(diǎn)函數(shù)信號頻率和占空比的調(diào)節(jié) 由于ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器有兩種工作方式，即輸出函數(shù)信號的頻率調(diào)節(jié)電壓可以由內(nèi)部供給，也可由外部供給。圖3 為由內(nèi)部供給偏置電壓調(diào)節(jié)的接線圖。以上應(yīng)用中，由于第7 腳頻率調(diào)節(jié)電壓偏置一定，所以函數(shù)信號的頻率和占空比由RA、RB 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。Tt1t2 f1T由于三角函數(shù)信號在電容充電時，電

9、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4 設(shè)計實(shí)例4.1主要參數(shù)頻率范圍10HZ100HZ，100HZ1KHZ頻率控制方式為通過改變RC時間常數(shù)手控信號頻率輸出電壓Upp=3V。4.2 設(shè)計原理圖、PCB圖及介紹說明4.2.1原理圖圖4 原理圖4.2.2 PCB圖圖5 PCB圖4.2.3設(shè)計電路工作原理當(dāng)外接電容C可由兩個恒流源充電和放電，電壓比較器、的閥值分別為總電源電壓（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，但必須I2I1。當(dāng)觸發(fā)器的輸出為低電平時，恒流源I2斷開，恒流源

10、I1給C充電，它的兩端電壓UC隨時間線性上升，當(dāng)達(dá)到電源電壓的確2/3時，電壓比較器I的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，恒流源I2接通，由于I2I1（設(shè) I2=2I1），I2將加到C上進(jìn)行反充電，相當(dāng)于C由一個凈電流I放電，C兩端的電壓UC又轉(zhuǎn)為直線下降。當(dāng)它下降到電源電壓的1/3時，電壓比較器輸出電壓便發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出為方波，經(jīng)反相緩沖器由引腳9輸出方波信號。C上的電壓UC，上升與下降時間相等（呈三角形），經(jīng)電壓跟隨器從引腳3輸出三角波信號。將三角波變?yōu)檎也ㄊ墙?jīng)過一個非線性網(wǎng)絡(luò)（正弦波變換器）而得以實(shí)現(xiàn)，在這個非線性網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)三角波的兩端變?yōu)槠交恼也?，?腳輸出

11、。 其中K1為輸出頻段選擇波段開關(guān)，K2為輸出信號選擇開關(guān)，電位器W1為輸出頻率細(xì)調(diào)電位器，電位器W2調(diào)節(jié)方波占空比，電位器W3、W4調(diào)節(jié)正弦波的非線性失真。 5 電路的安裝于調(diào)試按照單元電路的先后順序進(jìn)行分級裝調(diào)和聯(lián)調(diào)。按圖接線，檢查無誤后通電觀察有無三角波，方波，正弦波的輸出，有則進(jìn)行以下調(diào)試。l 頻率調(diào)節(jié)對開關(guān)s1置左右檔，觀察頻率變化，調(diào)節(jié)RP1中心滑動端的位置（保持第8腳電壓改變），輸出波形的頻率應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的改變l 占空比調(diào)節(jié)RP1中心滑頭的位置不變，改變RP2中心滑頭的位置，輸出波形的占空比（矩形波）或斜率（鋸齒波）將發(fā)生變化，若不變化，查R3，R4,RP2回路l 因?yàn)檎也ㄊ怯扇遣ㄗ兓?，故首先?yīng)調(diào)RP2使輸出的鋸齒波為正三角波，而后調(diào)節(jié)RP3，RP4觀察正弦波輸出的頂部和底部失真度，使之波形的正負(fù)峰值相等且平滑接近正弦波，最后用失真度儀測量其失真度，再進(jìn)行微調(diào)，直至滿足失真度指標(biāo)要求。6 結(jié)論與總結(jié)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ICL8038制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備?？奢敵稣也?、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 7 參考文獻(xiàn)【1】謝自美電子線路設(shè)計.實(shí)驗(yàn).測試