基于专用IC的函数发生器[特选材料]

1、北京工业大学课程设计报告 （模电课设题目） 基于专用IC的函数发生器 班 级： 130242 学 号： 13024211 姓 名： 徐嘉豪 组 号： 19 2015年 6月一、设计要求1、设计任务：采用集成函数发生器ICL8038及辅助电路，设计并制作一个能产生三角波、正弦波、方波信号的低频函数发生器。2、基本要求：频率范围1Hz100kHz。频率控制方式手动 通过改变时间常数RC实现。在1kW负载条件下：正弦波最大峰-峰值 3V 幅值可调，谐波失真小于3%；三角波最大峰-峰值 5V 幅值可调，非线性失真小于2%；方 波最大峰-峰值 5V 幅值可调，方波上升时间小于2s；3、扩展要求：(1)过

2、改变控制电压实现频率的压控，压控电压范围 03V；(2)扩大信号输出的频率范围；(3)增加输出功率（负载电阻改为50-100W）；(4)具有输出频率的显示功能;二设计框架总体实验的原理图：三设计方案的选择及比较方案一：采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。此方案中函数发生器电路组成框图。 由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成

3、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。 方案二：利用单片集成函数信号发生器ICL8038、集成振荡器、电位器等外围电路灵活的组成，使通过电源来产生产生正弦波、方波、三角波等波形电路。四系统选用的元器件原器件清单ICL8038 *1LM741 *1100k电位器 *310k电位器 *11k电位器 *1电容 电阻若干五系统各部分电路说明我们设计此课设可以简单的分为两部分：第一部分是：用8038芯片设计的频率可调的多种波形信号发生器电路。第二部分是：用741来完善整个实用的多种波形信号发生器电路。1、 用8038芯片设计的频率可调的多种波形信号发生器电路。电路图如下：首先我们先

4、要了解一下8038芯片的调节方式以及具体的功能实现：在8038芯片中，我们做了简单的了解。的8 脚为调电压输入即振荡输出频率受此端电压的控制, 是一种电压频率(V /F ) 转换电路, 称为压控振荡。其震荡频率与调频电压成正比, 线性度为0. 5%。调频电压的值是指+ VCC端与管脚8 之间的电压, 此值应不超过1/3 (V CC+ V EE )。7 脚为调频电压输出端,其值由器件内部的分压电阻决定, 这里指的是VCC端和7 脚之间的电压, 此值为(VCC+ VEE) , 它可作为管脚8 的插入电压。由于方波输出经过集电极开路门, 一般在V cc 和9 脚之间接一个阻值通常取10K左右。3 脚

5、为三角波输出端, 2 脚为正弦波输出端, 4 脚为占空比调整端, 5 脚为频率调整端, 6 脚为电源正极V CC, 11 脚为电源负极VEE , 10 脚接电容C。13、14 脚为空脚。 因此在整个电路中如图去连接就构成了8038芯片设计的频率可调的多种波形信号发生器电路。三个输出端分别输出三角波或锯齿波、正弦波、方波或矩形波电压。调节电位器RP1可以改变方波的占空比、锯齿波的上升时间和下降时间；调节电位器RP2可以改变输出信号的频率；调节电位器RP3和RP4可以调节正弦波的失真度，两者要反复调整才可得到失真度较小的正弦波；改变充放电电容C 的容量大小也可以改变输出信号的频率，根据不同的设计要

6、求可将其分为数挡（如100pF、0.01F、1F 和10F）的功能，然后利用开关进行接换即可；在ICL8038 的输出端可接一由运算放大器构成的比例放大器，其输入端通过开关分别切换的ICL8038 的9、3、2 脚，可实现不同输出信号的增益调整。2、 在右边741和NPN三极管的电路图：在图中NPN三极管能更好的使芯片得到保护。并且在输入741芯片之前，加入一个滑动电阻器用来调节整个电路的输出的波形的峰峰值。通过调节这个滑动电阻使波形生成出符合要求的波形。各单元电路工作原理、公式推导了解8038芯片的工作原理：下图为芯片中的内部结构：可知8038芯片由恒流源I1、I2,电压比较器C1、C2 和

7、触发器等组成。电压比较器C1、C2q的门限电压分别为2VR/3和VR/3，电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且12必须大于I1。触发器的Q输出控制开关S，使电流源I2断开，电流源I1向外接电容C充电;或I2接通，电容C放电，因此，电路产生振荡。若I2=2I1,VC 上升时间与下降时间相等，产生三角波输出到脚3。而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚9。三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚2输出。当I1I2 2I1,时，Vc的上升时间与下降时间不相等，管脚3输出锯齿波。因此，8038芯片能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波四种波形。 下图为8038的管脚图：确定具体的元件参数与测试。以ICL

8、 8038 为例, 其测试电路如图3 所示。7 脚和8 脚相连, 使得三角波的上升时间t1 =5/3R1C,下降时间为T2=：此时振荡频率为f= 电阻R1 和R2 的阻值一般在(VCCV8) /1mA (VCCV 8) /10uA 范围内, 式中(VCCV8) 是指电源+ VCC与脚8 之间的电压, 同时应使R2 2R1, 这样就保证了I1 I2 2 I1 的关系, 若能顺利地调出这三种波形说明集成块是好的。. 3、用8038芯片设计的频率可调的多种波形信号发生器电路。从实 验 结 果可以看出在给定电容、电源电压(+ Vcc=一VEE)条件下，改变管脚8的控制电压，振荡频率随之变化，管脚8的控

9、制电压越大，2,3,9管脚输出波形的频率越小。如果管脚8的控制电压小到一定值时，2,3,9管脚则无输出波形。例如，十VCC二一VEE = 12V时，管脚8的控制电压大于3.5V为佳;当+VCC=VEE=5V时，管脚8的控制电压大于2.4V为佳，大于2.8V则输出波形更好。可以说该电路是一个频率连续可调的函数发生器电路。改变管脚1,12的电压值，观察2管脚输出正弦波形失真情况如图电路，调节电位器Rp2,Rp4，使管脚1的电压值变化，可以使正弦波形失真度最小。实验结论:在电源电压+Vcc=-VEE一定时，输出信号峰值电压不变;频率.f随电容C的变大而变小;频率.f随R,R:变大(Rp1 = Rp2

10、)而变小;随管脚8的控制电压变大，2,3,9管脚输出波形的频率变小。电源电压+Vcc=-VEE变化时，输出信号峰值改变。电源电压越小，输出信号峰值越小。管脚8的控制电压必须大于一定值时，电路才会产生振荡有输出信号。按照实际设计要求选取电源电压值、电容C值、电阻R1,R2值、调节管脚8的控制电压值，就可用集成函数发生器8038芯片构成一个多种波形输出的信号发生器。图中RP1用来调节占空比;RP3用来调节频率;RP4用来调节正弦波正半周失真度;RP2用来调节正弦波负半周失真度。 第 10 脚 外接电容C的容值决定了输出波形的频率。电容C选择的参数不同，所得到的频率调节范围也不同。为了能得.到较为宽

11、广的输出频率范围，可以在10脚接一个多档开关，开关拨到不同的位置，就接不同电容值的电容C(从1口到5100pF)，这样，输出波形的频率不同。RP5用来调节输出波形的峰值。其后可以接一级放大电路将8038芯片的输出信号进一步放大。六系统的调试在连接完成后，我们先对没有连接放大器的电路的波形进行了观察，三种波形失真较小，之后我们连接了放大器，但波形出现了比较大的失真，之后我们对滑动变阻器进行了多次调节，终于功夫不负有心人，我们完成了实验的设计要求。调节滑动变阻器来调节生上半周期和下半周期的正弦波。由于滑动变阻器的阻值较大，所以需要耐心的调试来完成。没有一个特别对应的滑动变阻器是调节方波失真的。在调

12、节过程中我们发现如果调节方波，使得方波的波形不失真，正弦波的图形就会出现问题。所以我们最后在两者之间取了个中间值来完成这次实验的整体情况，所以在方波的最终结果有些失真。三角波的调试主要是调节4,5管脚出来的滑动变阻器来调节占空比使得在三角波图形中的上升时间和下降时间近似相等，越接近误差就越小。所以相比前两个而言更好调试。七附录1. 实际连线图8038芯片ICL 8038 的主要技术参数如下: 1) 单电源电压: + ( 10 30) V; 2) 双电源电压:(5 15) V; 3) 工率范围: 1Hz 100KHz; 作频八心得体会这一次的课程设计让我学到了不少的东西，本次设计把理论应用到了实践中，同时通过设计，也加深了我对理论知识的理解和掌握，在解决困难的过程中，获得了许多专业方面的知识,拓展了视野。在本次课题设计中使用了ICL8038单片函数波形发生器，使我对ICL8038的工作原理有了本质的理解，掌握了ICL8038的引脚