基于ICL8038的函數(shù)信號發(fā)生器設計說明

1、南華大學電氣工程學院電子技術課程設計?任務書設計題目：基于ICL8038的信號發(fā)生器專業(yè)：10級電子02班學生姓名:王超學號：20214470245起迄日期:2021年11月16日2021年1月1日指導教師：朱衛(wèi)華電子技術課程設計任務書1 .課程設計的內容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等)：1.1 課程設計內容題目：基于ICL8038的信號發(fā)生器要求：(1) 輸出波形方波、三角波、正弦波等.(2) 頻率范圍輸出頻率范圍一般可分為假設干波段.(3) 輸出電壓輸出電壓一般指輸出波形的峰一峰值.(4) 波形特性正弦波：諧波失真度,一般要求小于3%.三角波：非線性失真度,一般要小于2%.方波

2、：上升沿和下降沿時間.1.2 課程設計要求綜合運用已學習過模擬電路和數(shù)字電路等知識,閱讀相關集成電路芯片資料和相關文獻,了解電子電路設計的有關知識,方法和特點,掌握根本的電子電路設計和芯片使用方法2 .對課程設計成果的要求包括圖表或實物等硬件要求：設計電路,安裝調試或仿真,分析實驗結果,并寫出設計說明書,語言流暢簡潔,文字不得少于3500字.要求圖紙布局合理,符合工程要求,使用Protel軟件繪出原理圖SCH和印制電路板PCB,器件的選擇要有計算依據(jù).3 .主要參考文獻：參考文獻1】康華光,電子技術根底模擬局部第五版M,高等教育出版社,2005;2】康光華,電子技術根底數(shù)字局部第五版M,高等教

3、育出版社,2005;3】黃智偉.全國大學生電子設計競賽技能練習M.北京：北京航空航天大學出版社,2021;基于ICL8038的信號發(fā)生器設計1 整體設計思想利用單片集成函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038、集成振蕩器、電位器等外圍電路靈活的組成,使通過電源來產生產生正弦波、方波、三角波等波形電路.工作原理整體框圖如圖1.1所示.幅度限制iri方波頻率選擇限制ICLcccc三角波8038正弦波2 詳細設計2.1、 ICL8038的工作原理ICL8038是精密波形產生與壓控振蕩器,其根本特性為：可同時產生和輸出正弦波、三角波、鋸齒波、方波與脈沖波等波形；改變外接電阻、電容值可改變,輸出信號的頻率范圍可為0

4、.001Hz300KHz;正弦信號輸出失真度為1%;三角波輸出的線性度小于0.1%;占空比變化范圍為2%98%;外接電壓可以調制或限制輸出信號的頻率和占空比不對稱度；頻率的溫度穩(wěn)定度典型值為120*10-6ICL8038ACJD250*10-6ICL8038CCPD;對于電源,單電源V+:+10+30V,雙電源+VV-:5V15V.圖3-1是管腳排列圖,以下是功能框圖.8038采用DIP-14PIN封裝.表2-1ISL8038管腳功能:管腳符號功能1&12SINADJ1,SINADJ2正弦波波形調整端.通常SINADJ1開路或接直流電壓,SINADJ2接電阻REXT到V-,用以改善正弦波波形和

5、減小失真.2SINOUT正弦波輸出3TRIOUT三角波輸出4&5DFADJ1,DFADJ2輸出信號重復頻率和占空比或波形不對稱度調節(jié)端.通常DFADJ1端接電阻RA到V+,DFADJ2端接RB到V+,改變阻值可調節(jié)頻率和占空比.6V+正電源7FMBIAS調頻,作的直流偏置電壓8FMIN調頻電壓輸入端9SQOUT方波輸出10C外接電容到V-端,用以調節(jié)輸出仔號的頻率與占空比11V-負電源端或地13&14NC空腳正蛇波失真度網(wǎng)整-正弦波輸出一三角波轅出-占交出四整一施享購新+VCC-網(wǎng)期偏通電壓一ICL-8039109-空-空一正弦波臾真度冏整VEE項地外接電在一方波輸出一強弱電壓輸入翔圖2-1I

6、CL8038管腳圖2.2、 ICL8038內部框圖介紹圖2-2ICL8038的電路結構函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結構如圖虛線框內所示圖3-2,共有五個組成局部.兩個電流源的電流分別為IS1和IS2,且IS1=I,IS2=2I;兩個電壓比擬器I和II的閾值電壓分別為S以及S和,它們的輸入電壓等于電容兩端的電壓Uc,輸出電壓分別限制RS觸發(fā)器的S端和端；RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和用來限制開關S,實現(xiàn)對電容C的充、放電；充點電流Is1、Is2的大小由外接電阻決定.當Is1=Is2時,輸出三角波,否那么為矩尺波.兩個緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負載,使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低,以增

7、強帶負載水平；三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓.2.3、 方案電路工作原理見圖2-32-3函數(shù)信號發(fā)生器當外接電容RF1J|45等勺ICL-S03810111211|C2口工10.1產二二C可由兩個恒流源充電和放電,電壓比擬器I、II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節(jié),但必須1211.當觸發(fā)器的輸出為低電平時,恒流源I2斷開,恒流源I1給C充電,它的兩端電壓UC隨時間線性上升,當?shù)竭_電源電壓確實2/3時,電壓比擬器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I2=2I1,I2將加到C上

8、進行反充電,相當于C由一個凈電流I放電,C兩端的電壓UC又轉為直線下降.當它下降到電源電壓的1/3時,電壓比擬器R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)絡正弦波變換器而得以實現(xiàn),在這個非線性網(wǎng)絡中,當三角波的兩端變?yōu)槠交恼也?從2腳輸出.其中K1為輸出頻段選擇波段開關,K2為輸出信號選擇開關,電位器Rp1為輸出頻率細調電位器,電位器Rp2調節(jié)方波占空比,電位器Rp3、Rp4調節(jié)正弦波的非線性失真.2.4、 兩個電壓比擬器的電壓傳輸特性如圖1

9、-4所示2.5、 常用接法如圖(3-2)所示為ICL8038的引腳圖,其中引腳8為頻率調節(jié)(簡稱為調頻)電壓輸入端,電路的振蕩頻率與調頻電壓成正比.引腳7輸出調頻偏置電壓,數(shù)值是引腳7與電源+VCC之差,它可作為引腳8的輸入電壓.如圖(3-5)所示為ICL8038最常見的兩種根本接法,矩形波輸出端為集電極開路形式,需外接電阻RL至+VCC.在圖(a)所示電路中,RA和RB可分別獨立調整.在圖(b)所示電路中,通過改變電位器Rp滑動的位置來調整RA和RB的數(shù)值.ICL8038)1112iOU2Ml00kQVee/地(a)(b)圖2-5ICL8038的兩種根本接法當Ra=Rb時,各輸出端的波形如下

10、列圖(a)所示,矩形波的占空比為50%,因而為方波.當RaWRb時,矩形波不再是方波,引腳2輸出也就不再是正弦波了,圖(b)所示為矩形波占空比是15%時各輸出端的波形圖.根據(jù)ICL8038內部電路和外接電阻可以推導出占空比的表達式為M=2凡一&了一_2V故Ra2Rb.a矩形波占空比為b矩形波占空比50%的輸出波形15%的輸出波形圖3-6個占空比的輸出波形為了進一步減小正弦波的失真度,可采用如下列圖圖3-7所示電路中兩個100kQ的電位器和兩個10kQ電阻所組成的電路,調整它們可使正弦波失真度減小到0.5%.在和Rb不變的情況下,調整Rw2可使電路振蕩頻率最大值與最小值之比到達100:1.在引腳

11、8與引腳6之間直接加輸入電壓調節(jié)振蕩頻率,最高頻率與最低頻率之差可達1000:1.圖2-7減小失真度的電路波形3仿真3.1、 軟件仿真采用Protues軟件仿真,電路連接比擬簡單,但是在仿真的過程中出現(xiàn)很多問題,特別是頻率問題,根據(jù)計算公式當電阻R=10K時,要使輸出頻率到達1Hz,那么電容的值應選33uF,但是在仿真的過程中但換擋到電容為1uF的時候波形就變成了直線,后面通過改變電阻也不行,輸出的頻率總是達不到100Hz以下.3.2、 硬件仿真軟件仿真沒有到達預期要求,接下來通過硬件仿真.硬件仿真其次是在面包板上直接插元器件進行仿真.硬件仿真和軟件仿真的結果完全不一樣,輸出頻率完全能到達1H

12、z.另外就是在第一次做失敗的硬件電路的調試過程中進行了仿真.DigitalOacilloSCOpcChaiiFielCIlllllM償一郵ChannelBChannelD4系統(tǒng)測試及誤差分析4.1、 測試儀器雙蹤示波器、萬用表.4.2、 誤差分析及改善舉措正弦波失真.調節(jié)1角和12角R100K電位器,可以將正弦波的失真減小到1%.輸出方波不對稱,改變10K電位器來調節(jié)頻率與占空比,可獲得占空比為50%的方波,10K電位器、阻值為100電阻與外接電容C一起決定了輸出波形的頻率,調節(jié)電位器和換接電容可以改變信號輸出頻率.沒有振蕩.是10腳與11腳短接了,斷開就可以了.產生波形失真,有可能是電容管腳太長引起信號干擾,把管腳剪短就可以解決此問題.5元器件清單廳P元件參數(shù)類別備注1R3、R4、R510K電阻碳膜電阻1/4W2RV1、RV2、RV31K電位器3RV1010K電位器4DIP-14DSW2頻率選擇開關5ICL80388550芯片+12V6DIP-14DSW1波形選擇開關7C10.033UF電容8C2100PF電容9C31UF電容10C433UF電容11C50.33UF電容12C61000PF電容13C74720PF電容面包板6原理圖及實物圖原理圖實物圖7設計總結通過本課程的設計,使我對ICL8038的工作原理有了本質的理解,掌握了ICL803