多用信号发生器

电子技术课 程 设 计 说 明 书设计题目： 多用信号发生器 专 业 : 电气工程及其自动化 年 级 ： 学 号 ： 姓 名 ：指 导 教 师 ： 2014 年 11 月 24 日目 录1. 引 言 31.1 引言 31.2 信号发生器的现状 31.3 项目可行性研究 32. 设 计 方 案 42.1.设计要求及内容 42.2.1 方案一 42.2.2 方案二 42.2.3 方案三 52.3 系统框图 53.ICL8038 63.1 集成信号发生器 ICL803863.2 ICL8038 的特点 63.3 引脚功能 63.4 ICL8038 工作原理 73.5 ICL8038 最大限值范围 73.6 ICL8038 CAD 元件图 84. 多 用 信 号 发 生 器 84.1 电路图 84.2 元器件 84.3 电路工作原 84.4 电路原理图 94.5 电路 PCB 图 105. 调 试 与 检 测 115.1 调试前的检查 115.1.1 通电前检查 115.1.2 通电检查 115.1.3 单元电路调试 115.2 动态调试 125.2.1 频率范围的测试 125.2.2 方波的测试 125.2.3 三角波的测试 125.2.4 正弦波的测试 125.2.5 调试中注意的事项 13 6. 方 案 的 评 价 137. 元件清单 138. 总结与体会 149. 参 考 文 献 14附录 1511. 引 言1.1 引言信号发生器广泛应用于各种电子技术领域，也是电子实验室的基本设备之一。 在各类学校实验室里广泛使用的是信号发生器的标准产品， 虽然其功能齐全， 性 能指标较高， 但是价格昂贵， 同时对于要求不高的实验环境 ， 其许多功能也用不 上。本设计采用集成函数信号发生器 ICL8038 而设计的简易多功能信号发生器， 该电路结构简单，虽然功能和性能指标比不上标准信号发生器， 但基本可以满足 一般的实验要求，且成本相对较低。1.2 信号发生器现状目前，市场上的信号发生器多种多样，一般按频带分为超高频、高频、低频、 超低频、 超高频信号发生器。 其中高频、 低频和超低频信号发生器， 大多使用文 氏桥振荡电路，即 RC 振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。用以上原 理设计的信号发生器， 其输出波形一般只有两种， 即正弦波和脉冲 波 ， 其零点不 可调，而且价格也比较贵，一般在几百元左右。但是在科学研究和生产实践中， 如工业过程控制， 生物医学， 地震模拟震动等领域往往需要低频信号源 ， 而由硬 件搭建的波形发生器效果往往达不到好的效果，而且低频信号源所需要的 RC 很 大 ， 大 电 阻 ， 大 电 容 在 制 作 上 有困 难 ， 参 数 的 精 度 也 难 以 保 证 ， 而 且 体 积 大 ， 漏 电，体积大是该类波形发生器的显著缺点。1.3 项目可行性研究函数信号发生器根据用途不同， 有产生三种或多种波形的函数发生器， 其电路 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 的方案有多种， 如先产生正弦波， 根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确 定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波， 经过积分电路后将其变为 三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电 子技术的快速发展， 新材料新器件层出不穷， 开发新款式函数信号发生器 ， 器件 的可选择性大幅增加，例如 ICL8038 就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、 方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的。22. 设 计 方 案2.1 设计要求及内容（1）设计多用信号发生器电路。（2）要求输出的波形为正弦波、方波和三角波；频率范围为 1Hz100Hz； 输出幅度可调；方波脉宽可调。（3）组装、调试多用信号发生器。（4）画出逻辑电路图，写出总结报告。2.2.1 方案一由文氏电桥产生正弦振荡， 然后通过比较器得到方波， 方波积分可得三角波。这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。 但是对于三角波的产生则有一定的麻烦，因为题目要求有 1000 倍的频率覆盖系 数，显然对于 1000 倍的频率变化会有积分时间 dt 的 1000 倍变化从而导致输出 电压振幅的 1000 倍变化。而这是电路所不希望的。幅度稳定性难以达到要求。 而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调。2.2.2 方案二也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。如下框图所示。由积分器和比较器同时产生三角波和方波。 其中比较器起电子开关的作用， 将 恒定的正、负极性的电位交替地反馈积分器去积分而得到三角波。该电路的优点是：（1）线性良好、稳定性好；（2）频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率， 而且3频率改变时，幅度恒定不变；（ 3） 不 存 在 如 文 氏 电 桥 那 样 的 过 渡 过 程 ， 接 通 电 源 后 会 立 即 产 生 稳 定 的 波 形；（4）三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。2.2.3 方案三利用 ICL8038 芯片构成 8038 集成函数发生器。8038 集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波、方 波、 三角波和锯齿波， 其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节， 所以是压控集成信号产生器。 由于外接电容 C 的充、 放电电流由两个电流源控制， 所以电容 C 两端电压 uc 的变化与时间成线形关系， 从而可以获得理想的三角波输出 。 8038 电路中含有正弦波变换器， 故可以直接将三角波变成正弦波输出。 另外还可以将 三角波通过触发器变成方波输出。该方案的特点是十分明显的： 线性良好、稳定性好； 频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而 且频率改变时，幅度恒定不变； 不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形； 三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。 对几个方案的认真比较， 可以发现对于我们现在来说方案三为最优方案， 其设计方法简单， 元器件较少， 而且能同时产生几种波形， 可以较好地减少波形失真 ； 方案一的设计电路结构复杂， 元器件多， 而且波形是分段产生的这样就容易引起 波形失真，但是其设计方法清晰， 元器件便宜 ， 有一定的可取性； 方案二的设计 介于两种设计方案之间， 其设计电路比方案一简单比方案三复杂， 元器件比方案 一少比方案二多，电路引起的波形失真也介于两个方案之间。综合上述分析，我们采用了第三种方案来产生信号。2.3 系统框图43.ICL80383.1 集成信号发生器 ICL8038ICL8038 的波形发生器是一个用最少的外部元件就能生产高精度正弦,方形,三 角 ,锯 齿 波 和 脉 冲 波 形 彻 底 单 片 集 成 电 路 。 频 率 (或 重 复 频 率 )的 选 定 从 0.001hz 到 300khz 可 以 选 用 电 阻 器 或 电 容 器 来 调 节 ,调 频 及 扫 描 可 以 由 同 一 个 外 部 电 压完成.ICL8038 精 密 函 数 发 生 器 是 采 用 肖 特 基 势 垒 二 极 管 等 先 进 工 艺 制 成 的 单 片 集成电路芯片， 输出由温度和电源变化范围广而决定。 这个芯片和锁相回路作用， 具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过 250ppm。3.2 ICL8038 的特点具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过 50ppm；正弦波输出具有低于 1的失真度；三角波输出具有 01高线性度；具有 0001Hz1MHz 的频率输出范围；工作变化周期宽；298之间任意可调；高的电平输出范围；从 TTL 电平至 28V；具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；易于使用，只需要很少的外部条件。3.3 引脚功能脚 1、 12： 正 弦 波 失 真 度 调 节 ； 脚 2： 正 弦 波 输 出 ； 脚 3： 三 角 波 输 出；脚 4、5：方波的占空比调节、 正 弦 波和 三 角 波 的 对 称 调 节 ； 脚 6（ V ） ： 正 电 源 ±10V ±18V； 脚 7： 内部频率调节偏置电压输； 脚 8 外部 扫 描 频 率 电 压 输 入 ； 脚 9： 方 波输出，为开路结构；脚 10： 外 接 振荡电容；脚 11：负电原或地；脚 13、14：空脚。53.4 ICL8038 工作原理ICL8038 是单片集成函数信号发生器， 其其内部框图如上图所示。 它由恒流源 I1 和 I2、电压比较器 A 和 B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。 外接电容 C 由两个恒流源充电和放电， 振荡电容 C 由外部接入， 它是由内部两个 恒流源来完成充电放电过程。 恒流源 2 的工作状态是由恒流源 1 对电容器 C 连续 充电， 增加电容电压， 从而改变比较器的输入电平 ， 比较器的状态改变， 带动触 发器翻转来连续控制的。 当触发器的状态使恒流源 2 处于关闭状态， 电容电压达 到比较器 1 输入电压规定值的 2/3 倍时 ， 比较器 1 状态改变， 使触发器工作状态 发 生 翻 转 ， 将 模 拟 开 关 K 由 B 点 接 到 A 点 。 由 于 恒 流 源 2 的 工