简易函数发生器

1.方案论证1.1电路总体功能、结构的分析在进行设计前，我们必须先搞清其目的及目标，本电路的目标为设计一个简易信号发生器, 电路是通过集成反大器与晶体管芯片IC8038产生幅度和频率连续可调的三角波、正弦波、方波。要满足电路设计满足设计指标，可以通过分立器件（如低频信号的函数发生器S101全部采用晶体管）实现，也可以通过集成电路（如单片集成电路函数发生器ICL8038）来实现。根据本电路要求达到的功能，可以将电路的总体结构框图描述(如图1.1): 图1.1 函数发生器的组成框图1.2方案的确定1.2.1 方案一：通过集成运算放大器与晶体管差分放大器组成方波-三角波-正弦波。可以先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以先产生三角波，在通过微分电路将三角波变换为方波，在将方波变换成正弦波；也可以先产生方波，再通过积分电路将方波变换成三角波，再将三角波变化成正弦电路。1.2.2 方案二：MCS-51单片机应用系统中，用汇编语言进行编程,对实验台的信号进行控制。将程序通过仿真等调试后,对程序进行下载。实现对信号进行控制,通过A/D转换器，最后实现产生简易型号的发生器的功能。1.2.3 方案三可以借用我们以前学习的有关C语言及EDA中的VHDL语言，在弄懂它的有关原理及所要达到的目的之后，对其进行编程，用实验箱下载，验证原理，然后通过实物验证。这个方案一般来说比较复杂，而且验证过程也比较麻烦且所用到的仪器不好搜索，因此尽量不用这个方案，但是，这很能培养能力，它是多科知识的综合体，所以必须做到融会贯通，对知识的巩固。1.2.4 方案四 利用单片集成芯片IC8038实现，但这种方案要求幅度和频率，都可调，可同数字电位器加程控放大器实现。通过小组的讨论，我们组考虑要由分立器件来产生函数发生器利用的元器件太多，且实现的电路比较复杂，给设计带来了不便。由硬件产生函数发生器对硬件语言要求太高，对于单片机课程，我们这个学期还没有开设课程。对于方案四，考虑到该方案只适用于频率和幅值均可调的电路，正好适用我们的设计要求，且实现设计指标的电路较简易。故我们选择方案四作为我们的设计方案。2.设计任务书一 技术指标与任务1、 电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；2、 输出信号的频率可调；3、 拟定测试方案和设计步骤；4、 根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电 路图；5、 在面包板或万能板上安装电路；6、 测试输出信号的幅值和频率；7、 写出设计性报告；二 参考电路参见谢自美主编的电子线路设计实验测试（第二版）页图3.4.8。三 扩展部分输出信号的幅值和频率要求连续可调，幅度的范围为05V，频率范围100Hz10KHz。论文要求严格按照课程设计论文说明书书写格式完成。四 参考文献1谢自美主编.电子线路设计实验测试（第二版）.武汉：华中科技大学出版社，2003.2康华光.电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，19993 Protel 99 SE 原理图与PCB及仿真清源计算机工作室编著北京：机械工业出版社2004年1月4 电工学 电子工业出版社3.原理说明3 . 1函数发生器的基本组成ICL8038组成的音频函数发生器如图3.1所示。电阻与电位器用来确定8脚的直流电位，通常取=2/3。越高，、越小，输出频率越低，反之亦然。因此，ICL8038又称为压控振荡器（VCO）或频率调制器（FM）。可调节的频率范围为100HZ10KHZ。还可以由7脚提供固定电位，此时输出频率仅由、及电容决定。采用双电源供电时，输出波形的直流电平为零，采用单电源供电时，输出波形的直流电平为 /2。 注：9脚输出方波；3脚输出三角波；2脚输出正弦波。 图 3.1 ICL8038组成的音频函数发生器的原理图3.2 8038的工作原理由手册和有关资料可看出，8038由恒流源、，电压比较器、和触发器（当R端为高电平，S端为低电平，Q端输出为低电平；反之，则Q端为高电平）等组成。其内部原理电路框图和外部引脚排列分别如图3.2和图3.3所示。在图3.2中，电压比较器、和的门限电压分别为2/3和/3（），电流源和必须的大小可通过外接电阻调节，且必须大于，当触发器的Q端输出为低电平时，它的控制开关S使电流断开。而电流源则向外接电容C充电，使电容两端电压随时间线性上升，当上升到2/3时，比较器输出发生跳变，使触发器输出Q端由低电平变为高电平，控制开关S使电流接通，由于,因此电容C放电。随时间线性下降。当/3时，比较器输出发生跳变，使触发器输出端Q又由高电平变为低电平，再次断开，再次向C 充电，又随时间线性上升。如此周而复始，产生振荡。若=2，上升与下降的时间相等，就产生三角波输出到脚3。而触发器输出的方波，经过缓冲器输出到脚9。三角波经波变换为正弦波变换器变成正弦波后由2脚输出。当2时，上升时间与下降的时间不相等，管脚3输出锯齿波。因此，ICL8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。ICL8038芯片，三角波正弦波的变换由内部三极管开关电路与分流电阻构成的五段折线近似电路完成。调整三极管的静态工作点，可以改善正弦波的波形失真，在1脚端与6脚V+电源端间接电位器可以改善正弦波的波形失真，在12脚端与地间接电位器可以改善正弦波的负向失真。ICL8038可以采用单电源（+10V+30V）供电，也可以采用双电源（）供电。由于我们做的直流稳压电源为双电源，故我们使用函数发生器作为负载必须采用双电源。图 3.2 8038的原理电路框图3.3 主要元器件的说明3.3.1 ICL8038芯片ICL8038芯片引脚排列如图3.3所示。 图3.3ICL8038芯片引脚排列ICL8038集成函数发生器是由14个具有不同功能的引脚组成的芯片。1脚：正弦波线性 ；2脚：正弦波输出；3脚：三角波输出；4脚：恒流源调节；5脚：恒流源调节；6脚：正电源；7脚：调频偏置电压；8脚：调频控制输入端；9脚：方波输出（集电极开路输出）；10脚：外接电容；11脚：负电源或接地；12脚：正弦波线形调节；13、14脚：空脚。由图3.3可见，管脚8为调频电压控制输入端，管脚7输出调频偏置电压，其值（指管脚6与7之间的电压）是（VCC+VEE）/5，它可作为管脚8的输入电压。此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9脚之间外接一电阻，其值常选用10千欧左右，如图3.3所示。集成函数发生器具有频率范围宽、频率稳定度高、外围电路简单、易于制作等优点。它的性能特点如下所示：（1）电源电压范围宽。采用单电源供电时，V+-GND的电压范围是+10-+30V；采用双电源供电时，V+-V-的电压可在5-15V内选取。电源电流约15mA（2）振荡频率范围宽，频率稳定性好。频率范围是0.001Hz-300kHz，频率温漂仅50ppm/(1ppm=10-6)。（3）输出波形的失真小。正弦波失真度5%，经过仔细调整后，失真度还可降低到0.5%。三角波的线性度高达0.1%。（4）矩形波占空比的调节范围很宽，D=1%-99%，由此可获得窄脉冲、宽脉冲或方波。（5）外围电路非常简单。通过调节外部阻容元件值，即可改变振荡频率。（6）输出特性正弦波：幅度约V+/5，输出阻抗为1k。矩形波（或方波），幅度近似等于V+，且为集电极开路输出（相当于OC门）。三角波：幅度为V+/3，输出阻抗为200。（7）作调频输出时，FM范围是10kHz，线性度为0.5%总结由两片LA4102接成的BTL功率放大器电路如图所示。输入信号Vi经LA4102的反相输入端，衰减量为Rf2/(R1+Rf2)(-40dB),这样两个功率放大的输入信号大小相等、方向相同。如果使LA4102的电压增益AV2=(R2/R11)/Rf2=AV1，则两个功放的输出电压V02与V01大小相等、方向相反，因而RL两端的电压VL=2V01.sk 可见接成BTL电路形式后，输出功率只有OTL电路的23倍。双声道集成功率放大器的内部就有两个完全相同的集成功放，可以接成BTL电路。它的主要优点是：在较低的电源电压下，能获得较大的输出功率。4. 安装工艺 在安装前，首先要先对整个线路进行合理的布局，使整个线路看起来才美观大方。 由于我们对焊接技术还是不很熟练，在焊接时有可能会造成电路的接触不良即虚焊现象，所以在焊接后用数字万用表对万能板进行检测，看线路是否导通，如果是通的，就可以进行测试，否则要在没焊好的地方重新焊好。在插入芯片时应注意的是：芯片引脚插入的角度和力度要适中，以防止力量过大而将引脚折断。另外，安装时要特别注意芯片引脚的极性和电源的极性，不能接反，否则会把这些器件烧坏。在接入电源时应按照芯片的要求（本次设计的电源是正负5v），以免电源过大也会将芯片烧坏。用双电源供电时，所有输出波形相对于地（GND）电平均是正负相称的。5. 调试与测试整个电路连接完之后，就可以对该电路进行调试与测试，来发现和纠正设计方案的不足。在进行调试和测试之前，首先要对电路进行检查。对照原理图按顺序一一检查，以免出现遗漏。以元件为中心进行查线，把每个器件的引脚依次检查，看是否有接错线或少接线，为了防止出差错，最好对已检查的线路在原理图上做上标记，如果线路没有问题，就可以接着对电路进行调试和测试了。用万用表适当的档位对元器件进行测试，看线路是否接通。如果有错误就对其进行修改，修改后再调试。将输入端接入规定的信号，用示波器观测该级输出波形，并测量个项性能指标是否满足题目要求。如果只有输入波形，而没有输出波形，就要重新对电路进行检查，直到有输出波形为止，如果接线正确，3脚能产生三角波、9脚能产生方波、2脚能产生正弦波等三种波形，通过微调，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，在通过调节使输出的波形频率，以满足幅度和频率连续可调的设计要求。如果3脚输出的正弦波出现以下几种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应处理措施如下：1 钟形失真 传输特性曲线的线性区太宽，应调节。2 半波圆顶或平顶失真 传输特性曲线对称性差，应调节静态工作点Q。3 非线性失真 三角波的线性度较差引起是失真，主要受运放性能的影响，可在输出端加滤波网络改善输出波形。 6.元件清单电路中所用到的元器件如表1.1所示。表1.1:电容电位器电阻芯片容量数目型号数目型号数目型号数目0.1uf21k14.7k1803814700pF110k115k1100k120k17.操作说明对接好的电路板，我们进行了测试，由设计一的双电源作为设计二的直流稳压电源，通过万用表对设计一的检测，输出分别为+5V、-5V来带动负载简易函数发生器，将输出的2脚、3脚、9脚分别接到示波器的输入端，观察输出的波形。为了保证3种波形能够正确的输出，首先检测9脚是否能够输出为方波，如果不是，说明电路焊接有误，要仔细检查电路用万用表检测各节点是否存在虚的现象；如果能输出方波，说明电路的连接基本没有问题，将示波器的接地端接公共地端，探头接3脚，在示波器上观察，得到三角波；将示波器的接地端接公共地端，探头接2脚，在示波器上观察，得到正弦波。通过调，在示波器上使三种波形幅度满足设计指标要求；通过调节使输出的波形频率，使频率满足设计要求。在使用示波器以前首先要将示波器的亮度和焦距调到最佳的状态，以变于读出。波形显示尽可能的大，以减少读数存在的误差。8.心得体会通过几个星期的努力，最终把这次课程设计的任务完成了。这是我们进行的第二个课程设计，让我熟悉了很多以前的知识，这叫做温故而知新。在设计中，遇到了很多问题，甚至有一些是以前没有见到的。经过同学的帮助和自己的努力，最终克服了那些难题，锻炼了我们的实践动手能力，使我们真正做到了理论与实践的有效结合。在这过程中，我发现一点，光靠个人的力量是不可达到的，而且只知道理论也是不够的，还必须懂一些实际中的问题。所以在实验技术的训练中，我们把实验课与课堂教学结合起来，锻炼自己的理论联系实际的能力和实际操作能力，例如：检查和排除故障的能力。本次课程设计，最重要的是培养了我们小组的合作能力，了解到整体力量的伟大，所谓团结就是力量，就是一个再好不过的解释。它不仅为我以后的工作打下基础，而且还培养了我的动手能力和分析问题的能力。9. 鸣 谢 首先我非常感谢学校给我们这次动手的机会，为我们以后的课程设计和电工实习打下坚实的基础；同时感谢两位指导老师（李老师和龙老师）的耐心指导以及及时能够为我们解答疑难；同样我们要感谢实验室值班老师为我们提供实验基地，并解答我们所遇到的疑问，能够让我们顺利的进行实验。10. 参考论证1 康华光.电子技术基础 (第四版) .北京: 高等教育出版社，19972 康华光.电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.3 张凤言.电子电路基础 (第二版) .北京: 高等教育出版社, 1995.4 谢嘉奎.电子线路 (第三版) .北京: 高等教育出版社,