函數(shù)信號發(fā)生器的設計與制作

1、Xuchang Electric Vocational College畢業(yè)論文（設計）畢業(yè)論文（設計）題題 目：目：函數(shù)信號發(fā)生器的設計與制作函數(shù)信號發(fā)生器的設計與制作系系 部：部： 電氣工程系電氣工程系_ _ 班班 級：級：12 電氣自動化技術電氣自動化技術姓姓 名：名： 張廣超張廣超 指導老師：指導老師： 郝郝 琳琳 完成日期：完成日期： 2014/5/20 許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第1頁 共18頁畢業(yè)論文內(nèi)容摘要畢業(yè)論文內(nèi)容摘要函數(shù)信號發(fā)生器的設計與制作摘要：摘要：本系統(tǒng)以 ICL8038 集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號發(fā)生器，制作成本較低。適合學生學習電子技術測

2、量使用。ICL8038 是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生從 0.001Hz30KHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)制信號輸入端，所以可以用來對低頻信號進行頻率調(diào)制。 函數(shù)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函數(shù)發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，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某種確定的函數(shù)關系，再通過整形電路將正弦波轉化為方波，經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣āＲ部梢韵犬a(chǎn)生三角波-方波，再將

3、三角波或方波轉化為正弦波。隨著電子技術的快速發(fā)展，新材料新器件層出不窮，開發(fā)新款式函數(shù)信號發(fā)生器，器件的可選擇性大幅增加，例如 ICL8038 就是一種技術上很成熟的可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可選擇的方案多種多樣，技術上是可行的。關鍵詞：關鍵詞：ICL8038;波形;原理圖;常用接法許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆專科畢業(yè)論文 第2頁 共18頁目目 錄錄1 引言.31.1 研究背景與意義.31.2 研究思路與主要內(nèi)容.32 方案選擇 .42.1 方案一.42.2 方案二.43 基本原理.54 穩(wěn)壓電源.64.1 直流穩(wěn)壓電源設計思路.64.2 直流穩(wěn)壓電源原理.64.3 集成三

4、端穩(wěn)壓器.75 系統(tǒng)工作原理與分析.85.1 ICL8038 芯片性能特點簡介 .85.2 ICL8038 的應用 .85.3 ICL8038 原理簡介 .85.4 電路分析.95.5 ICL8038 內(nèi)部原理 .105.6工作原理 .115.7 正弦函數(shù)信號的失真度調(diào)節(jié).115.8 ICL8038 的典型應用 .125.9 輸出驅動部分.12結 論 .14致 謝 .15參 考 文 獻 .16附 錄 .17許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆專科畢業(yè)論文 第3頁 共18頁1 引言信號發(fā)生器是一種能提供各種頻率、波形和輸出電平電信號的設備。在測量各種電信系統(tǒng)或電信設備的振幅特性、頻率特性、傳輸特性及其

5、它電參數(shù)時，以及測量元器件的特性與參數(shù)時，用作測試的信號源或激勵源。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。1.1 研究背景與意義函數(shù)信號發(fā)生器是工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品開發(fā)、科學研究等領域必備的工具，它產(chǎn)生的鋸齒波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本測試信號。在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波信號產(chǎn)生器作為時基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉線圈上加隨時間線性變

6、化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。對于三角波，方波同樣有重要的作用，而函數(shù)信號發(fā)生器是指一般能自動產(chǎn)生方波 正弦波 三角波以及鋸齒波階梯波等電壓波形的電路或儀器。因此，建議開發(fā)一種能產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)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函數(shù)發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，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某種確定的函數(shù)關系，再通過整形電路將正弦波轉化為方波，經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣āＲ部梢韵犬a(chǎn)生三角波-方波，再將三角波或方波轉化為正弦波。隨著電子技術的

7、快速發(fā)展，新材料新器件層出不窮，開發(fā)新款式函數(shù)信號發(fā)生器，器件的可選擇性大幅增加，例如 ICL8038 就是一種技術上很成熟的可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可選擇的方案多種多樣，技術上是可行的1。1.2 研究思路與主要內(nèi)容本文主要以 ICL8038 集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號發(fā)生器，制作成本較低。適合學生學習電子技術實驗使用。ICL8038 是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個別的外部元件就能產(chǎn)生從幾赫到幾百千赫的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。基于 ICL8038 函數(shù)信號發(fā)生器主要電源供電、波形發(fā)生、輸出驅動三大部分組成。電源供電部分：主要由集成

8、三端穩(wěn)壓管 LM7812 和 LM7912 構成的12V 直流電壓作為整個系統(tǒng)的供電。波形發(fā)生部分：主要由單片集成函數(shù)信號發(fā)生器 ICL8038 構成。通過改變接入電路的電阻或電容的大小，能夠得到幾赫到幾百千赫不同頻率的信號。輸出驅動部分：主要由運放 LF353 構成。由于 ICL8038 的輸出信號幅度較小，需要放大輸出信號。ICL8038 的輸出信號經(jīng)過運放 LF353 放大后能夠得到輸出幅度較大的信號2。許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第4頁 共18頁2 方案選擇2.1 方案一由文氏電橋產(chǎn)生正弦振蕩，然后通過比較器得到方波，方波積分可得三角波。這一方案為一開環(huán)電路，結構簡單，

9、產(chǎn)生的正弦波和方波的波形失真較小。但是對于三角波的產(chǎn)生則有一定的麻煩，因為題目要求有 1000 倍的頻率覆蓋系數(shù)，顯然對于 1000 倍的頻率變化會有積分時間 dt 的 1000 倍變化從而導致輸出電壓振幅的 1000 倍變化。而這是電路所不希望的。幅度穩(wěn)定性難以達到要求。而且通過仿真實驗會發(fā)現(xiàn)積分器極易產(chǎn)生失調(diào)3。2.2 方案二利用 ICL8038 芯片構成 8038 集成函數(shù)發(fā)生器。8038 集成函數(shù)發(fā)生器是一種多用途的波形發(fā)生器，可以用來產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波，其振蕩頻率可通過外加的直流電壓進行調(diào)節(jié)，所以是壓控集成信號產(chǎn)生器。由于外接電容 C 的充、放電電流由兩個電流源控制，所

10、以電容 C 兩端電壓 uc的變化與時間成線形關系，從而可以獲得理想的三角波輸出。8038 電路中含有正弦波變換器，故可以直接將三角波變成正弦波輸出。另外還可以將三角波通過觸發(fā)器變成方波輸出。該方案的特點是十分明顯的：（1）線性良好、穩(wěn)定性好；（2）頻率易調(diào)，在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi)，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變；（3）不存在如文氏電橋那樣的過渡過程，接通電源后會立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形；（4）三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。 綜合上述分析，我們采用了第二種方案來產(chǎn)生信號。許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第5頁 共18頁3 基本原理ICL

11、8038 可同時輸出方波、三角波及正弦波，使用時只需外接少量電阻、電容元件。RP5 為方波輸出占空比調(diào)節(jié)電阻， 阻值為 4.7k，用來改變 4、5 腳電壓，從而改變方波占空比。RP1、Rl 和 R2 組成分壓網(wǎng)絡，RP1 為頻率調(diào)節(jié)電位器，該電位器使用優(yōu)質(zhì)多圈電位器， 阻值為 lOk，調(diào)節(jié) RP1，改變 ICL8038 的 8 腳輸入電壓，可改變輸出波形的頻率；C6Cll 為外接定時電容，改變開關 S2 的位置，可獲得 6 個頻段 (020Hz、 20Hz200Hz、200Hz2kHz、2kHz20kHz、20kHz200kHz、200kHz1MHz)的輸出信號；RP3、RP4 為 正弦波失真

12、度調(diào)節(jié)電位器，為了減小正弦波的失真度，ICL8038 采用兩套微調(diào)網(wǎng)絡 RP3 和 RP4，分別微調(diào) 1 腳和 12 腳電位，使正弦波信號失真度最小。 ICL8038 的 2 腳輸出正弦波，3 腳輸出三角波，9 腳輸出方波。其工作電路如圖 3-1 所示。圖 3-1 信號發(fā)生器工作電路許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第6頁 共18頁4 穩(wěn)壓電源4.1 直流穩(wěn)壓電源設計思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流 220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大） 。（3）

13、脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載 RL。4.2 直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖 4-1。圖 4-1 直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電路：利用單向導電元件，把 50Hz 的正弦交流電變換成脈動的直

14、流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。B （4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖 4-2 所示。在 u2的正半周內(nèi)，二極管 D1、D2 導通，D3、D4 截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4 導通，D1、D2 截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻 RL，且方向是一致的3。電路的輸出波形如圖 4-3 所許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第7頁 共18頁示。圖 4-2 整流原理圖 圖 4-3 輸出波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都

15、只在半個周期內(nèi)導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。22U在設計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。 ） ，穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路3。穩(wěn)壓電源電路見圖4-4 所示。4-4 穩(wěn)壓電路原理圖4.3 集成三端穩(wěn)壓器因為要求輸出固定不變，所以選擇三端固定式集成穩(wěn)壓器。固定式集成

16、穩(wěn)壓器，常見的主要有 LM7800 系列和 LM7900 系列。LM7812 穩(wěn)壓器輸出固定的 12V 正電壓，LM7912 穩(wěn)壓器輸出固定的 12V 負電壓，最大輸出電流為 1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、maxOI過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點3。LM7812 系列和 LM7912 系列的引腳功能不同，管腳圖如圖 4-5 所示，典型電路如圖 4-6 所示。 圖 4-5 引腳圖 圖 4-6 典型電路121ofII25 . 121IIo許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第8頁 共18頁5 系統(tǒng)工作原理與分析5.1 ICL8038 芯片性能特點簡介具有在發(fā)生

17、溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過 50ppm；具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出；正弦波輸出具有低于 1的失真度；三角波輸出具有01高線性度；具有 0001Hz1MHz 的頻率輸出范圍；工作變化周期寬，298之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍，從 TTL 電平至 28V；易于使用，只需要很少的外部條件。5.2 ICL8038 的應用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、三角波、鋸齒波、方波與脈沖波等波形。(1)ICL8038電源電壓范圍寬，采用單電源供電時，V+-GND的電壓范圍+10-+30V；采用雙電源供電時，V+-V-的電壓可在5-1

18、5V內(nèi)選取。電源電流約15mA。(2)振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好。頻率范圍是0.001Hz-300kHz，頻率溫漂僅50ppm/(1ppm=10-6)。(3)輸出波形的失真小。正弦波失真度5%，經(jīng)過仔細調(diào)整后，失真度還可降低到0.5%。三角波的線性度高達0.1%。(4)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。(5)外圍電路非常簡單，易于制作。通過調(diào)節(jié)外部阻容元件值，即可改變振蕩頻率，產(chǎn)生高質(zhì)量的中、低頻正弦波，矩形波（或方波，窄脈沖）,三角波（或鋸齒波）等函數(shù)波形，其應用領域比普通單一波形的信號發(fā)生器更為廣闊。此外8038還能實現(xiàn)FM調(diào)制，掃描輸出4。5

19、.3 ICL8038 原理簡介ICL8038 采用 DIP14 封裝，管腳如下圖 5-1 所示。芯片內(nèi)部包括兩個恒流源,兩個電壓比較器，兩個緩沖器，正弦波變換器，模擬開關，RS 觸發(fā)器。在構成函數(shù)波形發(fā)生器時，應將第 7,8 兩腳短接。其工作原理如下：利用恒流源對外接電容進行充放電，產(chǎn)生三角波(或鋸齒波)，經(jīng)緩沖器 I 從第 3 腳輸出，由觸發(fā)器獲得的方波（或鋸形波） ，經(jīng)緩沖器從第九腳輸出。再利用正弦波變換器將三角波變換成正弦波，從第 2 腳輸出。改變電容器的充放電時間，可實現(xiàn)三角波與鋸齒波方波與矩形波的互相轉換4。許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第9頁 共18頁圖 5-1 IC

20、L8038 管腳圖5.4 電路分析由于 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。在初始階段我們用以下幾種由內(nèi)部供給偏置電壓調(diào)節(jié)的接線圖對芯片進行測試，觀察其特性，圖 5-2 為基本接法，圖 5-3 和圖 5-4 圖為可調(diào)節(jié)占空比接法。 圖 5-2 基本接法 圖 5-3 可調(diào)占空比接法 圖 5-4 可調(diào)占空比接法在以上應用中，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。Tt1t2f1T 由于三角函數(shù)信號在電容充電時

21、，電容電壓上升到比較器規(guī)定輸入電壓的 13 倍，分得的時間為t1=CV/I=(C+1/3VccR A)/(1/5Vcc)=5/3RAC在電容放電時，電壓降到比較器輸入電壓的 13 時，分得的時間為t2CVI(C1/3VCC)/(2/5VCCRB1/5VCC/RA)(3/5RARBC)/(2RARB)f1（t1t2）35RAC1RB（2RAR） 對圖 5-2 中，如果 RARB，就可以獲得占空比為 50的方波信號。其頻率f3（10RAC）針對以上電路失真無法調(diào)節(jié)的缺點，我們改進方案，實現(xiàn)正弦波正負失許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第10頁 共18頁真的可調(diào)。見圖 5-5 由于該芯片所

22、產(chǎn)生的正弦波是由三角波經(jīng)非線性網(wǎng)絡變換而獲得。該芯片的第 1 腳和第 12 腳就是為調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度而設置的。下圖為一個調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度的典型應用，其中第 1 腳調(diào)節(jié)振蕩電容充電時間過程中的非線性逼近點，第12 腳調(diào)節(jié)振蕩電容在放電時間過程中的非線性逼近點，在安裝調(diào)試中，我們選用兩只100K 的多圈精密電位器，反復調(diào)節(jié)，達到了很好效果的方波占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對稱調(diào)節(jié)。1 圖 5-5 電路無法調(diào)節(jié)頻率，圖 5-6 電路采用如外部供給頻率調(diào)節(jié)電壓的方式實現(xiàn)頻率的可調(diào),通過 10k 電位器，我們可以控制 8 端電壓的調(diào)節(jié)范圍 2/3 Vcc 到Vcc。 圖 5 -5 失真和占空比可

23、調(diào) 圖 5-6 失真、占空比、頻率可調(diào)5.5 ICL8038 內(nèi)部原理 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 5-7。在圖 5-7 中，ICL80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。當觸發(fā)器的 Q 端輸出為低電平時，它控制開關 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 VC上升到 VC=2VR/3 時，比較器 C1輸出發(fā)生跳變，使

24、觸發(fā)器輸出端 Q 由低電平變?yōu)楦唠娖?，控制開關 S 使電流源I2接通。由于 I2I1，因此電容 C 放電，Vc隨時間線性下降。當 Vc下降到 vcVR/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。如此周而復始，產(chǎn)生振蕩，若 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。其中，振蕩電容 C 由外部接入，它是由內(nèi)部兩個恒流源來完成充電放

25、電過程。恒流源 2 的工作狀態(tài)是由恒流源 1 對電容器 C 連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶動觸發(fā)器翻轉來連續(xù)控制的。當觸許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第11頁 共18頁發(fā)器的狀態(tài)使恒流源 2 處于關閉狀態(tài)，電容電壓達到比較器 1 輸入電壓規(guī)定值的 23 倍時，比較器 1 狀態(tài)改變，使觸發(fā)器工作狀態(tài)發(fā)生翻轉，將模擬開關 K 由 B 點接到 A 點。由于恒流源 2 的工作電流值為 2I，是恒流源 1 的 2 倍，電容器處于放電狀態(tài)，在單位時間內(nèi)電容器端電壓將線性下降，當電容電壓下降到比較器 2 的輸入電壓規(guī)定值的 13 倍時，比較器 2 狀態(tài)改

26、變，使觸發(fā)器又翻轉回到原來的狀態(tài)，這樣周期性的循環(huán)，完成振蕩過程。4在以上基本電路中很容易獲得 3 種函數(shù)信號，假如電容器在充電過程和在放電過程的時間常數(shù)相等，而且在電容器充放電時，電容電壓就是三角波函數(shù)，三角波信號由此獲得。由于觸發(fā)器的工作狀態(tài)變化時間也是由電容電壓的充放電過程決定的，所以，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉，就能產(chǎn)生方波函數(shù)信號，在芯片內(nèi)部，這兩種函數(shù)信號經(jīng)緩沖器功率放大，并從管腳 3 和管腳 9 輸出。適當選擇外部的電阻 RA和 RB和 C 可以滿足方波函數(shù)等信號在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍。因此，對兩個恒流源在 I 和 2I 電流不對稱的情況下，可以循環(huán)調(diào)節(jié)，從最小到最大，任意選擇調(diào)整，

27、所以，只要調(diào)節(jié)電容器充放電時間不相等，就可獲得鋸齒波等函數(shù)信號。正弦函數(shù)信號由三角波函數(shù)信號經(jīng)過非線性變換而獲得。利用二極管的非線性特性，可以將三角波信號的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。ICL8038 中的非線性網(wǎng)絡是由 4 級擊穿點的非線性逼近網(wǎng)絡構成。一般說來，逼近點越多得到的正弦波效果越好，真度也越小，在本芯片中 N4，失真度可以小于 1。在實測中得到正弦信號的失真度可達 0.5左右。其精度效果相當滿意。圖 5-7 ICL8038 內(nèi)原理5.6工作原理 當給函數(shù)發(fā)生器 ICL8038 接通電源時，電容 C 的電壓上升，電壓比較器和的輸出電壓均為低電平；因而 RS 觸發(fā)器的輸出 Q

28、為低電平，Q 非為高電平；使電子開關 S 斷開，電流源 IS1 對電容充電，充電電流時間的增長而線性上升。Uc 的上升使 RS 觸發(fā)器的 R 端從低電平躍變?yōu)楦唠娖?，但其輸出不變，一直?Uc 上升到 13 VCC 時，電壓比較器的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖?，Q 才變?yōu)楦唠娖剑≦ 非同時變?yōu)榈碗娖剑?，導致電子開關 S 閉合，電容 C 開始放電，放電電流為 IS2IS1I，因放電電流是恒流，所以，電容上電壓 Uc 隨時間的增長而線性下降。起初，Uc 的下降雖然使 RS 觸發(fā)器的 S 端從高電平許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第12頁 共18頁躍變?yōu)榈碗娖?，但其輸出不變。一直?Uc 下降

29、到 13 VEE，使電壓比較器的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖?，Q 才變?yōu)榈碗娖剑≦ 非同時為高電平） ，使得電子開關 S 斷開，電容 C又開始充電。重復上述過程，周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為對稱三角波形，Q 為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。通過以上分析可知，改變電容充電放電電流即改變 RA，RB 的數(shù)值，或改變電容 C 的數(shù)值，就改變了充放電時間，因此可改變其頻率。 ICL8038 是性能優(yōu)良的集成函數(shù)發(fā)生器。可用單電源供電，也可雙電源供電，他們的值為515 V，我們?nèi)?5 V，頻率的可調(diào)范圍為 0.1250

30、kHz，輸出矩形波的占空比可調(diào)范圍為 5904。 5.7 正弦函數(shù)信號的失真度調(diào)節(jié)由于 ICL8038 片函數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的正弦波是由三角波經(jīng)非線性網(wǎng)絡變換而獲得。該芯片的第 1 腳和第 12 腳就是為調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度而設置的。圖 5-8 為一個調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度的典型應用，其中第 1 腳調(diào)節(jié)振蕩電容充電時間過程中的非線性逼近點，第 12 腳調(diào)節(jié)振蕩電容在放電時間過程中的非線性逼近點，在實際應用中，兩只 100K 的電位器應選擇多圈精度電位器，反復調(diào)節(jié)，可以達到很好的效果1。5.8 ICL8038 的典型應用IC8038 的典型應用電路見圖 5-9。圖中，R1、R2 為定時電阻，均為可調(diào)

31、式，阻值范圍為 1k1M。調(diào)節(jié)能改變振蕩頻率以及矩形波的占空比。為定時電容，也影響振蕩頻率。R3 用來調(diào)整正弦波的失真。由于第 9 腳為集電極開路輸出，必須外接集電極負載電阻 R4。特別當 R1=R2=R 時，I2=2I，即 t1=t2，D=50%，此時輸出為對稱的方波、三角波和正弦波。式子化簡成:fo=0.3/RC 如果在把第 4、5 兩腳短接，經(jīng)過一只公用的定時電阻 R 接 V+，振蕩頻率的計算公式 :fo =0.15/R 圖 5-8 正弦波失真度調(diào)節(jié)電路 圖 5-9ICL8038 典型應用電路許昌電氣職業(yè)學院 2015 屆?？飘厴I(yè)論文 第13頁 共18頁圖 5-10 LF353 管腳圖

32、圖 5-11 LF353 幅值衰減基本原理圖注意事項: （1）用單電源供電時，三角波和正弦波的平均值等于 V+ /2，而方波幅度為 V+。用雙電源供電時，所有輸出波形相對于地（GND）電平均是正負相稱的。 （2）方波輸出的電壓幅度不受 V+的限制，也可以把負載電阻 R4 改接其它電源電壓 E+上，但 E+不得超過+30V5。 5.9 輸出驅動部分由于 ICL8038 輸出的信號幅度小，需要放大輸出信號。輸出驅動電路有 RP2、R9-R14 及 LF353 組成。LF353 內(nèi)部為雙運放電路，LF353 的總體電路設計還是比較簡潔的，此類拓撲在目前的功率運算放大器設計中是主流：輸入放大級是由兩只

33、 P 溝道 JFET 組成的共源極差分電路，并且用鏡像恒流源做負載來提高增益；在輸入差分放大級和主電壓放大級之間是一個由射極跟隨器構成的電流放大級，用來提高主電壓放大級的輸入阻抗和共源極差分電路的負載增益；主電壓放大級是一個簡單的單級共射極放大電路，為了保證放大器的穩(wěn)定性，在主電壓放大級的輸出端到輸入差分放大級的輸出端加入了一個電容補償網(wǎng)絡，跟補償電容并聯(lián)的二極管保證單級共射極放大電路構成的主電壓放大級不進入飽和狀態(tài)工作；輸出電流放大級是 NPN 和 PNP 構成的互補射極跟隨器，兩個 100 的電阻用來穩(wěn)定輸出電流放大級的靜態(tài)電流，200 的電阻用來限制輸出短路電流。如 LF353 管腳圖 5-10 所示 1、2、3 腳和 5、6、7 腳各組成一個運放，改運放性能優(yōu)良。ICL8038 輸出的波形電壓經(jīng) R9、R10、R11、R12 組成的幅值微調(diào)電路后，送到 LF353 放大后輸出，RP2 為優(yōu)質(zhì)多圈電位器，阻值為 10K,R12、R13 及開關 S4 組成幅值衰減電路。另外，用發(fā)光二極管分別指示12V 是否正常。幅值衰減原理如圖 5-11 所示。，該圖組成一個反相比例運算放大電路。電壓放大倍數(shù)