電子技術(shù)課程設(shè)計報告基于ICL8038的函數(shù)發(fā)生器

-.z.基于ICL8038的函數(shù)發(fā)生器摘要：函數(shù)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別離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案也有多種。本設(shè)計是以ICL8038集成塊為核心器件，制作的一種函數(shù)發(fā)生器。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精細(xì)震蕩集成電路，只需要少量的外部元件就能產(chǎn)生方波、正弦波和三角波。其輸出波形的頻率和占空比可以由電流或電阻控制。關(guān)鍵詞：ICL8038，方波，三角波，正弦波。Abstract：Functiongeneratoraccordingtodifferentpurposes,afunctiongeneratortoproducethreeormorekindsofwaveforms,devicesusedincircuitcanbeaseparationdevice,andcanalsobeintegrateddevice,generatesasquarewave,sinewave,trianglewaveschemealsohasavarietyof.ThedesignisbasedonICL8038chipasthecoredevice,afunctiongeneratorproduced.ICL8038isaprecisionoscillationintegratedcircuitwithavarietyofwaveformoutput,onlye*ternalcomponentscanbeproducedsmallamountsofsquarewave,sinewaveandtriangularwave.Thefrequencyoftheoutputwaveformandthedutyratiocancontrolbycurrentorresistance.Keywords：ICL8038,Squarewave,Triangularwave,Sinewave.目錄1前言12總體方案22.1方案比較2方案一2方案二22.2方案選擇33單元模塊設(shè)計43.1ICL803843.1.1ICL8038

管腳功能4的性能特點5內(nèi)部構(gòu)造53.2控制電路64系統(tǒng)調(diào)試85系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)96設(shè)計總結(jié)107謝辭118參考文獻(xiàn)129附錄13-.z.前言信號發(fā)生器是科研及工程實踐中重要的儀器之一，在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試過程中，用不同頻率的正弦波、三角波和方波常作為信號源，應(yīng)用十分方便。過去常由分立元件及集成運放構(gòu)成振蕩器，分立元件體積大、相對耗能高、故障頻率也高。隨著集成電路的迅速開展，用集成電路可以很快、很方便的構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有很大的提高。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發(fā)生器,其電路中使用的器件可以是別離器件,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*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)的快速開展,新材料新器件層出不窮,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。ICL8038精細(xì)函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進(jìn)工藝制成的單片集成電路芯片，電源電壓范圍寬、穩(wěn)定度高、精度高、易于用等優(yōu)點，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時產(chǎn)生方波、三角波和正弦波，其函數(shù)波形的頻率受內(nèi)部或外電壓控制，可被應(yīng)用于壓控振蕩等波形?？傮w方案通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實際知識，我主要提出了兩種技術(shù)方案來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這兩種方案的組成框圖和實現(xiàn)原理分別進(jìn)展說明，并分析比較它們的特點，然后闡述我最終選擇方案的原因。方案比較方案一方案一的構(gòu)造框圖如以下圖2.1所示。圖2.1函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖方案一采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。由比較器和積分器組成方波—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。方案二方案二的構(gòu)造框圖如以下圖2.2所示。圖2.2由8038構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖方案二中，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(chǎn)生產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形電路。方案選擇經(jīng)過分析比較，由于方案一函數(shù)發(fā)生器所采用電路復(fù)雜，不易理解，更不容易掌握，所以本設(shè)計采用方案二利用單片集成函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038、集成振蕩器、集成定時器等靈活的組成來產(chǎn)生產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形電路，具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備，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)濟實用，而且具有較高的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。特別適合用于工控和電子實驗室，當(dāng)輸出緩沖電路獨立設(shè)置多路時，可同時多路輸出三種信號，比較容易滿足設(shè)計需要。單元模塊設(shè)計本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路構(gòu)造、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)展必要說明。ICL8038ICL8038管腳功能圖3.1ICL8038管腳功能圖腳1、12〔SineWaveAdjust〕：正弦波失真度調(diào)節(jié)；腳2〔SineWaveOut〕：正弦波輸出；腳3〔TriangleOut〕：三角波輸出；腳4、5〔DutyCycleFrequency〕：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對稱調(diào)節(jié)；腳6〔V＋〕：正電源±10V～±18V；腳7〔FMBias〕：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；腳8(FMSweep)：外部掃描頻率電壓輸入；腳9〔SquareWaveOut〕方波輸出，為開路構(gòu)造；腳10〔TimingCapacitor〕：外接振蕩電容；腳11〔V－orGND〕：負(fù)電原或地；腳13、14〔NC〕：空腳。ICL8038的性能特點〔1〕具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；〔2〕正弦波輸出具有低于1％的失真度；〔3〕三角波輸出具有0．1％高線性度；〔4〕具有0．001Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬；〔5〕2％～98％之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍；〔6〕從TTL電平至28V；〔7〕具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出；〔8〕易于使用，只需要很少的外部條件。ICL8038內(nèi)部構(gòu)造ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，其內(nèi)部原理電路框圖如圖3.2。在圖3.2中，ICL8038由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2和觸發(fā)器等組成。電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/(VR=VCC+VEE)，電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時間線性上升，當(dāng)VC上升到VC=2VR/3時，比較器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖?，控制開關(guān)S使電流源I2接通。由于I2>I1，因此電容C放電，vc隨時間線性下降。當(dāng)vc下降到vc≤VR/3時，比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖?，I2再次斷開，I1再次向C充電，vc又隨時間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，假設(shè)I2=2I1，vc上升時間與下降時間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。而觸發(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，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形。圖3.2內(nèi)部原理電路框圖控制電路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，也可以由外部供給。用以下由內(nèi)部供給偏置電壓調(diào)節(jié)的接線圖對芯片進(jìn)展測試，觀察其特性，圖3.3為根本接法。圖3.3ICL8038的一種接法在以上應(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。T＝t1＋t2 (3.1)f＝1／T (3.2)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1／3倍，分得的時間為t1=CV/I=(C·1/3·Vcc·RA)/(1/5·Vcc)=5RAC/3 (3.3)在電容放電時，電壓降到比較器輸入電壓的1／3時，分得的時間為

t2＝CV／I＝〔C·1／3·VCC〕／〔2／5·VCC/RB－1／5·VCC／RA〕

＝〔3／5·RA·RB·C〕／〔2RA－RB〕 (3.4)f＝1／〔t1＋t2〕＝3／｛5RAC［1＋RB／〔2RA－RB〕］｝ (3.5)對圖中，如果RA＝RB，就可以獲得占空比為50％的方波信號。其頻率f＝3／〔10RAC〕 (3.6)系統(tǒng)調(diào)試函數(shù)發(fā)生器的電路是在Proteus中畫出原理電路圖并進(jìn)展的仿真實驗。因為設(shè)計要求是產(chǎn)生方波、三角波、正弦波，所以ICL8038的4管腳5管腳的外接電阻一定要相等才能產(chǎn)生占空比為50%的矩形波即方波，才可以產(chǎn)生三角波。如果占空比不為50%，產(chǎn)生的波形就為鋸齒波。通過計算將4腳5腳的外接電阻都設(shè)為4.7KHz，電容設(shè)為6380pF~63800pF之間的可變電容器，外接電源為正負(fù)6V的直流電源，7腳8腳短接。調(diào)節(jié)可變電容器的容值就可以產(chǎn)生頻率范圍為1KHz-10kHz的方波、三角波和正弦波。系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)由ICL8038為核心所組成的函數(shù)發(fā)生器的主要功能為輸出方波、三角波和正弦波等波形。振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好。本設(shè)計的頻率范圍是1KHz-10kHz，輸出波形的失真小。正弦波失真度＜5%，經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整后，失真度還可降低到0.5%。三角波的線性度高達(dá)0.1%。矩形波占空比的調(diào)節(jié)范圍很寬，D=1%-99%，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。本設(shè)計的函數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的波形的峰峰值可以由直流電源來直接控制，比較簡單，只需要將直流電源設(shè)置為正負(fù)6V，即可在誤差允許范圍內(nèi)得到Vp-p=12V的方波、Vp-p=4V的三角波以及Vp-p>1V的正弦波。設(shè)計總結(jié)通過近兩周的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計，知道了課程設(shè)計的一般步驟:首先要對所選課題做認(rèn)真的分析，明確了解任務(wù)和功能指標(biāo)，然后作總體原理框圖的設(shè)計。在設(shè)計的過程中，要根據(jù)具體情況，反復(fù)對設(shè)計方案進(jìn)展論證與比較，以求得到最正確方案。在整體方案確定后，合理選擇和獨立設(shè)計單元模塊電路選擇元器件，畫電路圖，進(jìn)展仿真和功能測試，撰寫實驗報告。在本次課題設(shè)計中使用了ICL8038單片函數(shù)波形發(fā)生器，使我對ICL8038的工作原理有了更多的理解，較深入的學(xué)習(xí)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，可輸出正弦波、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)濟實用，而且具有較高的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。特別適合用于工控和電子實驗室，當(dāng)輸出緩沖電路獨立設(shè)置多路時，可同時多路輸出三種信號，比較容易滿足實驗需要。雖然這次課程設(shè)計只有短短的兩周時間，我想對于我今后的學(xué)習(xí)和工作都有著非常深遠(yuǎn)的意義。因為它讓我明白經(jīng)過實踐掌握的知識才是最結(jié)實的，在以后的學(xué)習(xí)中要注重實踐的重要性。謝辭通過此次的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多知識，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的承受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過這次實習(xí)，我們學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實踐相結(jié)合的問題。在此過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學(xué)問要一絲不茍，對于開展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就達(dá)退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。而且要學(xué)會與人合作，這樣做起事情來就可以事倍功半