信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告

信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告摘要：任務(wù)內(nèi)容是設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器，使之能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波信號(hào)，因此我們用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICMAX038設(shè)計(jì)輸出三角波、方波和正弦波的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍10Hz～1MHz，能夠滿足實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)的需求。主要器件選用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。鑒于此，美國(guó)馬克西姆公司開發(fā)了新一代函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICMAX038，它克服了上述芯片的缺點(diǎn)，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)，是上述芯片望塵莫及的。MAX038頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，MAX038都是優(yōu)選的器件。其內(nèi)部電路框圖如下圖所示。MAX038的性能特點(diǎn)：1）能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波信號(hào)。2）頻率范圍從0.1Hz～20MHz，最高可達(dá)40MHz，各種波形的輸出幅度均為2V（P－P）。3）占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍是10％～90％。4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于2％。5）采用±5V雙電源供電，允許有5％變化范圍，電源電流為80mA，典型功耗400mW，工作溫度范圍為0～70℃。6）內(nèi)設(shè)2.5V電壓基準(zhǔn)，可利用該電壓設(shè)定FADJ、DADJ的電壓值，實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。MAX038采用DIP－20封裝形式，各管腳的功能如下表所示。注：表中5個(gè)地內(nèi)部不相連，需外部連接。電路設(shè)計(jì)整機(jī)電路由信號(hào)產(chǎn)生級(jí)、電壓放大級(jí)、功率輸出級(jí)和電源四部分組成。信號(hào)產(chǎn)生級(jí)的核心器件為MAX038，它的輸出波形有三種，由波形設(shè)定端A0（3），A1（4）控制，其編碼如下表所示。其中x表示任意狀態(tài)。1為高電平，0為低電平。A0和A1的編碼MAX038的輸出頻率f0由Iin，F(xiàn)ADJ端電壓和主振蕩器COSC的外接電容器CF三者共同確定。當(dāng)UFADJ=0V時(shí)，輸出頻率f0=Iin/CF，Iin=Uin/Rin=2.5/Rin。當(dāng)UFADJ≠0V時(shí)，輸出頻率f0=f（1－0.2915UFADJ）。由波段開關(guān)SA2選擇不同的CF值，將整個(gè)輸出信號(hào)分為2個(gè)頻段。1）100Hz～10kHz2）1kHz～100kHz每頻段頻率的調(diào)節(jié)由電位器RP1和RP2完成。RP1為粗調(diào)電位器，改變RP1數(shù)值，使振蕩電容器CF的充電電流Iin改變，從而使頻率改變。RP2為細(xì)調(diào)電位器，它通過(guò)改變UFADJ的數(shù)值，使輸出頻率變化，它的變化范圍較小，起微調(diào)作用。為簡(jiǎn)化電路，各種波形的占空比固定為50％，這已能滿足多數(shù)場(chǎng)合的使用要求。為此將MAX038的腳7DADJ端接地。MAX038的各種輸出波形的幅度均為2V（P－P），為了得到更大的輸出幅度，加有一級(jí)電壓放大級(jí)，由運(yùn)放OPA604擔(dān)任。OPA604是FET輸入高保真運(yùn)放IC，性能十分優(yōu)越，低噪聲10nV/Hz，低失真率,1kHz時(shí)，僅為0.0003％，高轉(zhuǎn)換率25V/μs，功率帶寬為20MHz，電路中OPA604的閉環(huán)電壓增益GV=100k/10k=10，輸出電壓的幅度增至20V（P－P），有效值為7V左右。如將OPA604換成AD747視頻運(yùn)放IC，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能夠輸出更高的頻率。功率輸出級(jí)由BUF634擔(dān)任，這是一種高速緩沖器IC，具有2000V/μs的轉(zhuǎn)換速率，輸出電流達(dá)250mA，其電壓增益為1，但負(fù)載能力很強(qiáng)，在電路中起功率擴(kuò)展的作用。輸出信號(hào)的幅度由電位器RP3調(diào)節(jié)，為了更精確地調(diào)節(jié)輸出信號(hào)幅度，在電位器后加有衰耗電路，由波段開關(guān)SA3將輸出分為×1，×0.1兩檔。電源電路比較簡(jiǎn)單，電源變壓器的容量為8W，初級(jí)接220V交流，次級(jí)繞組為15V×2，經(jīng)橋式全波整流后，再由兩只三端集成穩(wěn)壓器LM7812和LM7912變成穩(wěn)定的±12V直流電壓。HL1是用發(fā)光二極管制成的指示燈，無(wú)論正負(fù)哪一路出現(xiàn)故障，HL1均將熄滅?！?2V的電壓再經(jīng)兩只三端集成穩(wěn)壓器LM78L05。電路原理圖如下所示電路測(cè)試任務(wù)要求為（1）信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波三種周期性波形；（2）輸出信號(hào)頻率在100Hz～100kHz范圍內(nèi)可調(diào),輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-3；（3）在1k負(fù)載條件下，輸出正弦波信號(hào)的電壓峰-峰值Vopp在0～5V范圍內(nèi)可調(diào)；（4）輸出信號(hào)波形無(wú)明顯失真；（5）自制穩(wěn)壓電源。電路的測(cè)試需要用到示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、穩(wěn)壓電源和導(dǎo)線若干，連接好電路，上電測(cè)試。以下分別對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)及進(jìn)行測(cè)試及記錄（1）通過(guò)示波器觀察，確實(shí)產(chǎn)生了正弦波、方波和三角波三種周期性波形。（2）輸出波形僅在100Hz～40kHz連續(xù)可調(diào)。（3）在接1K負(fù)載條件下