电子技术课程设计-基于ICL8038的函数发生器

西华大学课程设计手册基于ICL8038的函数发生器摘要：根据用途不同，函数发生器有产生三个或三个以上波形的函数发生器。电路中使用的器件可以是独立的器件或集成器件。还有许多产生方波、正弦波和三角波的方案。本设计是基于ICL8038集成模块的函数发生器。ICL8038是一款精密振荡集成电路，具有多种波形输出。只需要几个外部元件就可以产生方波、正弦波和三角波。其输出波形的频率和占空比可由电流或电阻控制。关键词：ICL8038，方波，三角波，正弦波。摘要：函数发生器根据用途不同，一个函数发生器产生三种或三种以上的波形，电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波，正弦波，三角波的方案也有多种。该设计是以ICL8038芯片为核心器件，一个函数发生器制作而成。ICL8038是一款精密振荡集成电路，具有多种波形输出，只有外部元件才能产生少量的方波、正弦波和三角波。输出波形的频率和占空比可以通过电流或电阻来控制。关键词：ICL8038，方波，三角波，正弦波。内容前言12总体规划22.1方案比较22.1.1选项1 22.1.2选项二22.2选项33单元模块设计43.1ICL803843 . 1 . 1 cl8038引脚功能43 . 1 . 2 ICL 8038的性能特征53 . 1 . 3 cl8038内部结构53.2控制电路64系统调试85系统功能，索引参数96设计总结107谢慈118参考文献129附录13二1前言信号发生器是科学研究和工程实践中的重要仪器之一。在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪器和计算机等技术领域的系统设计和调试过程中，经常使用不同频率的正弦波、三角波和方波作为信号源。申请非常方便。过去，振荡器通常由分立元件和集成运算放大器组成。分立元件体积大、相对能耗高、故障频率高。随着集成电路的快速发展，各种信号波形发生器可以用集成电路快速方便地构造出来。与其他信号波形发生器相比，集成电路实现的信号波形发生器的波形质量、幅度和频率稳定性都有很大提高。根据不同的目的，信号发生器具有产生三个或更多波形的发生器。电路中使用的器件可以是独立器件或集成器件。产生方波、正弦波和三角波的方案有很多。例如，先产生正弦波，然后根据周期性非正弦波和正弦波之间确定的函数关系，由整形电路将正弦波转换成方波，再由积分电路将其转换成三角波。也可以先产生三角波-方波，然后将三角波或方波转换成正弦波。随着电子技术的飞速发展，新材料和新器件层出不穷，器件的选择性大大提高。例如，ICL8038是一个技术成熟的主芯片，可以产生正弦波、方波和三角波。ICL8038精密函数发生器是由肖特基势垒二极管等先进技术制成的单片集成电路芯片。它具有电源电压范围宽、稳定性高、精度高、使用方便等优点。只有少数组件需要外部连接才能工作。它可以同时产生方波、三角波和正弦波。其功能波形的频率由内部或外部电压控制，并可应用于压控振荡和其他波形。2总体规划通过查阅大量相关技术资料，结合自己的实践知识，我主要提出了两个实现系统功能的技术方案。接下来，我将首先分别说明这两种方案的组成框图和实现原理，分析比较它们的特点，然后说明我最终选择该方案的原因。2.1方案比较2.1.1选项1方案1的框图如图2.1所示。图2.1功能ge的电路框图方案一采用由集成运算放大器和晶体管差分放大器组成的方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法。方波-三角波产生电路由比较器和积分器组成，比较器输出的方波经过积分器得到三角波，三角波到正弦波的转换电路主要由差分放大器完成。差分放大器具有工作点稳定、输入阻抗高、抗干扰能力强的优点。特别是当用作直流放大器时，它能有效地抑制零点漂移，所以极低频率的三角波可以转换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。2.1.2选项二方案2的结构框图如下图2.2所示。图2.2由8038组成的函数发生器电路框图在第二种方案中，利用单片集成函数信号发生器ICL8038、集成振荡器和电位器等外围电路的灵活组合，通过电源产生正弦波、方波和三角波等波形电路。2.2方案选择经过分析比较，由于第一种方案中函数发生器所采用的电路复杂，难以理解，更难掌握，本设计采用单片集成函数信号发生器ICL8038、集成振荡器、集成定时器等灵活组合，生成正弦波、方波、三角波等波形电路，电路简单，调试方便，功能齐全，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高，系统输出频率范围宽，经济实用，温度稳定性和频率稳定性高。它特别适用于工业控制和电子实验室。当输出缓冲电路独立设置多个通道时，可以在多个通道中同时输出三个信号，更容易满足设计要求。3单元模块设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理，以及各单元模块之间的连接关系。同时，本节还将对相关电路中的参数计算、元件选择和核心元件进行必要的说明。3.1 ICL80383.1.1 ICL8038引脚功能图3.1 ICL8038引脚功能图1英尺和12英尺(正弦波调整):正弦波失真调整；英尺2(正弦波输出):正弦波输出；引脚3(三角输出):三角波输出；脚4和5(占空比):方波占空比调整，正弦波和三角波对称调整；脚6 (v):正电源10v 18v脚7(FMBias):内部频率调节偏置电压输入；脚8(FMSweep):外部扫描频率电压输入；9(方波输出方波输出，开路结构；10(定时电容器：外部振荡电容器；脚11 (v形):负电荷或接地；脚13，14(数控):空脚。3 . 1 . 2 ICL 8038的性能特征(1)温度变化时，频率漂移小，最大不超过50 ppm/；(2)正弦波输出失真小于1%；(3)三角波输出具有0.1%的高线性度；(4)具有0.001赫兹至1兆赫的频率输出范围；工作周期宽；(5)2%至98%之间可任意调节；高电平输出范围；(6)从TTL电平到28V；(7)具有正弦波、三角波、方波等功能的信号输出；(8)它易于使用，只需要几个外部条件。3.1.3 ICL8038内部结构ICL8038是一个单片集成函数发生器。其内部原理电路框图如图3.2所示。在图3.2中，ICL8038由恒流源I1和I2、电压比较器C1和C2、触发器等组成。电压比较器C1和C2的mosfet分别为2VR/3和VR/(VR=Vccve)。电流源I1和I2的大小可以通过外部电阻调节，I2必须大于I1。当触发器的Q端输出为低时，它控制开关S关闭电流源I2。另一方面，电流源I1给外部电容器C充电，导致电容器两端的电压VC随时间线性上升。当可变电容上升到可变电容=2VR/3时，比较器C1的输出跳变，导致触发输出Q从低电平变为高电平，并控制开关S接通电流源I2。由于I2I1，电容C放电，vc随时间线性降低。当vc降至vcVR/3时，比较器C2的输出跳变，使触发器输出Q再次从高电平变为低电平，I2再次关断，I1再次对C充电，vc随时间线性上升。如果I2=2I1且vc上升时间等于下降时间，则产生三角波并输出至脚3。触发器输出的方波通过缓冲器输出到脚9。三角波由正弦波转换器转换成正弦波，然后由引脚2输出。因此，ICL8038可以输出三种不同的波形：方波、三角波和正弦波。图3.2内部原理电路框图3.2控制电路ICL8038单片函数发生器有两种工作模式，即输出函数信号的频率调节电压可以内部或外部提供。使用以下由内部电源偏置电压调整的接线图测试芯片，以观察其特性。图3.3是基本的连接方法。图3.3 ICL 8038的连接在上述应用中，由于第7引脚频率调节电压被偏置在某一电平，功能信号的频率和占空比由RA、RB和C确定，其频率为F，周期T，t1是振荡电容器的充电时间，t2是放电时间。T=t1+t2(3.1)f=1/T(3.2)当电容器充电时，三角函数信号增加到比较器指定的输入电压的1/3，分配的时间为t1=CV/I=(C1/3VccR A)/(1/5Vcc)=5RAC/3(3.3)当电容放电且电压降至比较器输入电压的1/3时，分频时间为T2=CV/I=(C1/3VCC)/(2/5VCC/RB-1/5VCC/RA)=(3/5RARBC)/(2RA-RB) (3.4)f=1/(t1+T2)=3/ 5RAC1+RB/(2RA-RB)(3.5)在图中，如果Ra=Rb，可以获得占空比为50%的方波信号。它的频率f=3/(10RAC) (3.6)4系统调试函数发生器的电路是一个模拟实验，用Proteus绘制原理电路图。因为设计要求是产生方波、三角波和正弦波，所以4引脚和5引脚ICL8038的外部电阻必须等于产生占空比为50%的矩形波，即方波，并且可以产生三角波。如果占空比不是50%，则产生的波形是锯齿波。经计算，4脚和5脚的外接电阻均设置为4.7千赫，电容设置为6380 pf至63800 pf之间的可变电容，外接电源为正负6V的直流电源，7脚和8脚短路。调节可变电容器的电容可以产生频率范围为1千赫至10千赫的方波、三角波和正弦波。5系统功能和指标参数由ICL8038组成的函数发生器的主要功能是输出方波、三角波和正弦波。振荡频率范围宽，频率稳定性好。该设计的频率范围为1KHz-10kHz，输出波形失真小。正弦波失真5%，经过仔细调整，失真也可以降低到0.5%。三角波的线性度高达0.1%。矩形波的占空比可以在很宽的范围内调节，D=1%-99%，从而得到窄脉冲、宽脉冲或方波。本设计中函数发生器产生的波形的峰峰值可以直接由DC电源控制，相对简单。只有将DC电源设置为正负6V，才能在允许的误差范围内获得Vp-p=12V的方波、Vp-p=4V的三角波和Vp-p1V的正弦波。6设计总结通过过去两周函数发生器的设计，我们知道了：课程设计的一般步骤。首先，我们应该仔细分析所选的主题，清楚地了解任务和功能指标，然后设计总体原理框图。在设计过程中，应根据具体情况反复论证和比较设计方案，以获得最佳方案。总体方案确定后，合理选择并独立设计单元模块电路，选择元器件，绘制电路图，进行仿真和功能测试，编写实验报告。本课题的设计使用了ICL8038单片函数波形发生器，使我对ICL8038的工作原理有了更好的了解，对ICL8038的内部结构和工作原理如引脚功能、工作波形等有了更深的了解。ICL8038制造的函数发生器电路简单，调试方便，功能齐全，可输出正弦波、方波和三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高，系统输出频率范围宽，经济实用，温度稳定性和频率稳定性高。它特别适用于工业控制和电子实验室。当输出缓冲电路独立设置多通道时，可以同时输出多通道的三个信号，更容易满足实验需要。虽然这个课程设计只有短短的两周时间，但我认为它对我今后的学习和工作有着深远的意义。因为它让我明白，我通过实践掌握的是最扎实的知识，我应该在以后的学习中注意实践的重要性。谢谢你通过这次课程设计，我学到了很多知识，培养了我的自学能力和实践能力。从最初被动接受知识到主动寻求知识，可以说是学习方法的一