基于專用IC的函數(shù)發(fā)生器.doc

北京工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 （模電課設(shè)題目） 基于專用IC的函數(shù)發(fā)生器 班 級： 130242 學(xué) 號： 13024211 姓 名： 徐嘉豪 組 號： 19 2015年 6月一、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)：采用集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038及輔助電路，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能產(chǎn)生三角波、正弦波、方波信號的低頻函數(shù)發(fā)生器。2、基本要求：頻率范圍1Hz100kHz。頻率控制方式手動 通過改變時(shí)間常數(shù)RC實(shí)現(xiàn)。在1kW負(fù)載條件下：正弦波最大峰-峰值 3V 幅值可調(diào)，諧波失真小于3%；三角波最大峰-峰值 5V 幅值可調(diào)，非線性失真小于2%；方 波最大峰-峰值 5V 幅值可調(diào)，方波上升時(shí)間小于2s；3、擴(kuò)展要求：(1)過改變控制電壓實(shí)現(xiàn)頻率的壓控，壓控電壓范圍 03V；(2)擴(kuò)大信號輸出的頻率范圍；(3)增加輸出功率（負(fù)載電阻改為50-100W）；(4)具有輸出頻率的顯示功能;二設(shè)計(jì)框架總體實(shí)驗(yàn)的原理圖：三設(shè)計(jì)方案的選擇及比較方案一：采用由集成運(yùn)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(jì)方法。此方案中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖。 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(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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：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。四系統(tǒng)選用的元器件原器件清單ICL8038 *1LM741 *1100k電位器 *310k電位器 *11k電位器 *1電容 電阻若干五系統(tǒng)各部分電路說明我們設(shè)計(jì)此課設(shè)可以簡單的分為兩部分：第一部分是：用8038芯片設(shè)計(jì)的頻率可調(diào)的多種波形信號發(fā)生器電路。第二部分是：用741來完善整個(gè)實(shí)用的多種波形信號發(fā)生器電路。1、 用8038芯片設(shè)計(jì)的頻率可調(diào)的多種波形信號發(fā)生器電路。電路圖如下：首先我們先要了解一下8038芯片的調(diào)節(jié)方式以及具體的功能實(shí)現(xiàn)：在8038芯片中，我們做了簡單的了解。的8 腳為調(diào)電壓輸入即振蕩輸出頻率受此端電壓的控制, 是一種電壓頻率(V /F ) 轉(zhuǎn)換電路, 稱為壓控振蕩。其震蕩頻率與調(diào)頻電壓成正比, 線性度為0. 5%。調(diào)頻電壓的值是指+ VCC端與管腳8 之間的電壓, 此值應(yīng)不超過1/3 (V CC+ V EE )。7 腳為調(diào)頻電壓輸出端,其值由器件內(nèi)部的分壓電阻決定, 這里指的是VCC端和7 腳之間的電壓, 此值為(VCC+ VEE) , 它可作為管腳8 的插入電壓。由于方波輸出經(jīng)過集電極開路門, 一般在V cc 和9 腳之間接一個(gè)阻值通常取10K左右。3 腳為三角波輸出端, 2 腳為正弦波輸出端, 4 腳為占空比調(diào)整端, 5 腳為頻率調(diào)整端, 6 腳為電源正極V CC, 11 腳為電源負(fù)極VEE , 10 腳接電容C。13、14 腳為空腳。 因此在整個(gè)電路中如圖去連接就構(gòu)成了8038芯片設(shè)計(jì)的頻率可調(diào)的多種波形信號發(fā)生器電路。三個(gè)輸出端分別輸出三角波或鋸齒波、正弦波、方波或矩形波電壓。調(diào)節(jié)電位器RP1可以改變方波的占空比、鋸齒波的上升時(shí)間和下降時(shí)間；調(diào)節(jié)電位器RP2可以改變輸出信號的頻率；調(diào)節(jié)電位器RP3和RP4可以調(diào)節(jié)正弦波的失真度，兩者要反復(fù)調(diào)整才可得到失真度較小的正弦波；改變充放電電容C 的容量大小也可以改變輸出信號的頻率，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求可將其分為數(shù)擋（如100pF、0.01F、1F 和10F）的功能，然后利用開關(guān)進(jìn)行接換即可；在ICL8038 的輸出端可接一由運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例放大器，其輸入端通過開關(guān)分別切換的ICL8038 的9、3、2 腳，可實(shí)現(xiàn)不同輸出信號的增益調(diào)整。2、 在右邊741和NPN三極管的電路圖：在圖中NPN三極管能更好的使芯片得到保護(hù)。并且在輸入741芯片之前，加入一個(gè)滑動電阻器用來調(diào)節(jié)整個(gè)電路的輸出的波形的峰峰值。通過調(diào)節(jié)這個(gè)滑動電阻使波形生成出符合要求的波形。各單元電路工作原理、公式推導(dǎo)了解8038芯片的工作原理：下圖為芯片中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：可知8038芯片由恒流源I1、I2,電壓比較器C1、C2 和觸發(fā)器等組成。電壓比較器C1、C2q的門限電壓分別為2VR/3和VR/3，電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且12必須大于I1。觸發(fā)器的Q輸出控制開關(guān)S，使電流源I2斷開，電流源I1向外接電容C充電;或I2接通，電容C放電，因此，電路產(chǎn)生振蕩。若I2=2I1,VC 上升時(shí)間與下降時(shí)間相等，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。當(dāng)I1I2 2I1,時(shí)，Vc的上升時(shí)間與下降時(shí)間不相等，管腳3輸出鋸齒波。因此，8038芯片能輸出方波、三角波、正弦波和鋸齒波四種波形。 下圖為8038的管腳圖：確定具體的元件參數(shù)與測試。以ICL 8038 為例, 其測試電路如圖3 所示。7 腳和8 腳相連, 使得三角波的上升時(shí)間t1 =5/3R1C,下降時(shí)間為T2=：此時(shí)振蕩頻率為f= 電阻R1 和R2 的阻值一般在(VCCV8) /1mA (VCCV 8) /10uA 范圍內(nèi), 式中(VCCV8) 是指電源+ VCC與腳8 之間的電壓, 同時(shí)應(yīng)使R2 2R1, 這樣就保證了I1 I2 2 I1 的關(guān)系, 若能順利地調(diào)出這三種波形說明集成塊是好的。. 3、用8038芯片設(shè)計(jì)的頻率可調(diào)的多種波形信號發(fā)生器電路。從實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果可以看出在給定電容、電源電壓(+ Vcc=一VEE)條件下，改變管腳8的控制電壓，振蕩頻率隨之變化，管腳8的控制電壓越大，2,3,9管腳輸出波形的頻率越小。如果管腳8的控制電壓小到一定值時(shí)，2,3,9管腳則無輸出波形。例如，十VCC二一VEE = 12V時(shí)，管腳8的控制電壓大于3.5V為佳;當(dāng)+VCC=VEE=5V時(shí)，管腳8的控制電壓大于2.4V為佳，大于2.8V則輸出波形更好。可以說該電路是一個(gè)頻率連續(xù)可調(diào)的函數(shù)發(fā)生器電路。改變管腳1,12的電壓值，觀察2管腳輸出正弦波形失真情況如圖電路，調(diào)節(jié)電位器Rp2,Rp4，使管腳1的電壓值變化，可以使正弦波形失真度最小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在電源電壓+Vcc=-VEE一定時(shí)，輸出信號峰值電壓不變;頻率.f隨電容C的變大而變小;頻率.f隨R,R:變大(Rp1 = Rp2)而變小;隨管腳8的控制電壓變大，2,3,9管腳輸出波形的頻率變小。電源電壓+Vcc=-VEE變化時(shí)，輸出信號峰值改變。電源電壓越小，輸出信號峰值越小。管腳8的控制電壓必須大于一定值時(shí)，電路才會產(chǎn)生振蕩有輸出信號。按照實(shí)際設(shè)計(jì)要求選取電源電壓值、電容C值、電阻R1,R2值、調(diào)節(jié)管腳8的控制電壓值，就可用集成函數(shù)發(fā)生器8038芯片構(gòu)成一個(gè)多種波形輸出的信號發(fā)生器。圖中RP1用來調(diào)節(jié)占空比;RP3用來調(diào)節(jié)頻率;RP4用來調(diào)節(jié)正弦波正半周失真度;RP2用來調(diào)節(jié)正弦波負(fù)半周失真度。 第 10 腳 外接電容C的容值決定了輸出波形的頻率。電容C選擇的參數(shù)不同，所得到的頻率調(diào)節(jié)范圍也不同。為了能得.到較為寬廣的輸出頻率范圍，可以在10腳接一個(gè)多檔開關(guān)，開關(guān)撥到不同的位置，就接不同電容值的電容C(從1口到5100pF)，這樣，輸出波形的頻率不同。RP5用來調(diào)節(jié)輸出波形的峰值。其后可以接一級放大電路將8038芯片的輸出信號進(jìn)一步放大。六系統(tǒng)的調(diào)試在連接完成后，我們先對沒有連接放大器的電路的波形進(jìn)行了觀察，三種波形失真較小，之后我們連接了放大器，但波形出現(xiàn)了比較大的失真，之后我們對滑動變阻器進(jìn)行了多次調(diào)節(jié)，終于功夫不負(fù)有心人，我們完成了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求。調(diào)節(jié)滑動變阻器來調(diào)節(jié)生上半周期和下半周期的正弦波。由于滑動變阻器的阻值較大，所以需要耐心的調(diào)試來完成。沒有一個(gè)特別對應(yīng)的滑動變阻器是調(diào)節(jié)方波失真的。在調(diào)節(jié)過程中我們發(fā)現(xiàn)如果調(diào)節(jié)方波，使得方波的波形不失真，正弦波的圖形就會出現(xiàn)問題。所以我們最后在兩者之間取了個(gè)中間值來完成這次實(shí)驗(yàn)的整體情況，所以在方波的最終結(jié)果有些失真。三角波的調(diào)試主要是調(diào)節(jié)4,5管腳出來的滑動變阻器來調(diào)節(jié)占空比使得在三角波圖形中的上升時(shí)間和下降時(shí)間近似相等，越接近誤差就越小。所以相比前兩個(gè)而言更好調(diào)試。七附錄1. 實(shí)際連線圖8038芯片ICL 8038 的主要技術(shù)參數(shù)如下: 1) 單電源電壓: + ( 10 30) V; 2) 雙電源電壓:(5 15) V; 3) 工率范圍: 1Hz 100KHz; 作頻八心得體會這一次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了不少的東西，本次設(shè)計(jì)把理論應(yīng)用到了實(shí)踐中，同時(shí)通過設(shè)計(jì)，也加深了我對理論知識的理解和掌握，在解決困難的過程中，獲得了許多專業(yè)方面的知識,拓展了視野。在本次課題設(shè)計(jì)中使用了ICL8038單片函數(shù)波形發(fā)生器，使我對ICL8038的工作原理有了本質(zhì)的理解，掌握了ICL80