基于ICL8038的 函數(shù)信號發(fā)生器設計

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: 20104470245 起迄日期: 2012年11月16日2013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(nèi)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(nèi)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若干波段。（3） 輸出電壓輸出電壓一般指輸出波形的峰峰值。（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

2、，一般要小于2。方波：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，掌握基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，電子技術基礎模擬部分（第五版）M，高等教育出版社，2005；【2】康光華，電

3、子技術基礎數(shù)字部分（第五版）M，高等教育出版社，2005；【3】黃智偉全國大學生電子設計競賽技能訓練M北京：北京航空航天大學出版社，2011；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(chǎn)生產(chǎn)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。頻率選擇控制 三角波 正弦波 幅度控制直流電源 方波圖1-1 由8038構成的函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖 ICL8038 2 詳細設計2.1、ICL8038的工作原理ICL8038是精密波形產(chǎn)生與壓控振蕩器，其基本特性為：可同時產(chǎn)生和輸出正弦波

4、、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0.001Hz300KHz；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控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*10-6（ICL8038ACJD）250*10-6（ICL8038CCPD）；對于電源，單電源（V+）：+10+30V，雙電源（+V）（V-）：±5V±15V。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&a

5、mp;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 調頻工作的直流偏置電壓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)輸出信號的頻率與占空比11V- 負電源端或地13&14NC

6、空腳圖2-1 ICL8038管腳圖2.2、ICL8038內(nèi)部框圖介紹圖2-2 ICL8038的電路結構函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結構如圖虛線框內(nèi)所示（圖3-2），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，IS2=2I；兩個電壓比較器和的閾值電壓分別為 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)生電路和負載，使三角波和矩形波輸出端的

7、輸出電阻足夠低，以增強帶負載能力；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2-3）圖2-3 函數(shù)信號發(fā)生器當外接電容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節(jié)，但必須I2I1。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，當達到電源電壓的確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 I2=2I1），I2將加到C上進行反充電，相當于C由一個凈電流I放電，C

8、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（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ǎ瑥?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、兩個電壓比較器的電壓傳輸特性如圖1-4所示圖2-4 兩個電壓比較器的

9、電壓傳輸特性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最常見的兩種基本接法，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。 （a） （b）圖2-5 ICL8038的兩種基本接法當RA=RB時，各輸出端的波形如下圖(a)所示，矩形波的占空比為50，因而為方

10、波。當RARB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(nèi)部電路和外接電阻可以推導出占空比的表達式為故RA<2RB。（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，可采用如下圖（圖3-7）所示電路中兩個100k的電位器和兩個10k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RA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達到100:1。在引腳8與引腳6之間直接加輸入電壓調節(jié)振蕩頻率，最高

11、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，電路連接比較簡單，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，要使輸出頻率達到1Hz，則電容的值應選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達到預期要求，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1Hz。另外就是在第一次做失敗的硬件電路的調試過程

12、中進行了仿真。4 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、誤差分析及改善措施正弦波失真。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(chǎn)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 元器件清單序號元件參數(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ICL8038的引