函数信号发生器的设计 (2).doc

《函数信号发生器的设计 (2).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《函数信号发生器的设计 (2).doc（8页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、第1章方案设计1.1 设计要求设计产生正弦波、三角波和方波的波形发生器，具体设计要求如下：1）、 输出波形工作频率范围为2HZ20KHZ，并且输出波形的频率可调；2）、 正弦波的幅值10V，失真度小于1.5%；3）、 方波幅度10V；4)、 三角波峰峰值为20V，输出波形幅值可调；1.2 方案思路设计随着集成制造技术的不断发展，信号发生器已被制造成专用集成电路。目前用的较多的集成函数发生器是ICL8038。ICL8038波形发生器只需连接少量外部元件就能产生高精度的正弦波、方波、三角波。其主要的输出频率范围：0.001Hz300Hz；最高温度系数：250*10-6/；电源电压范围：单电源供电：

2、1030V； 双电源供电：（515）V；正弦波失真度：1%；三角波线性度：0.1%；由以上述指标可以看出，若选用ICL8038芯片组成函数发生器，只要加一级放大器调节输出幅值完全能达到题目要求，而且与前几种实现方案相比较具有电路简单的优势。所以在本次设计中我采用该芯片来设计。设计原理框图如图1.2：图1.2 集成芯片ICL8038设计框图第2章硬件电路设计2.1 硬件原理图Proteus中硬件电路如下图2.1所示，其总电路图由ICL8038芯片、固定电阻、电容、可变电阻、多路选择开关和示波器组成。对于其中ICL8038芯片用来产生信号，电容和电阻用来改变的波形的频率和控制波形的正常显示范围，确

3、保波形不失真。图2.1总硬件图2.2 单元电路设计（1）ICL8038芯片外部图2.2-1如下：图2.2-1 ICL8038芯片外部图（2）管脚说明：1. 正弦波线性调节；2. 正弦波输出；3. 三角波输出；4. 恒流源调节；5. 恒流源调节；6. 正电源；7. 调频偏置电压；8. 调频控制输入端；9. 方波输出（集电极开路输出）；10. 外接电容；11. 负电源或接地；12.正弦波线性调节。（3）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

4、之间外接一电阻，其值常选用10k左右，如图3-3所示。当电位器Rp1动端在中间位置，并且图中管脚8与7短接时，管脚9、3和2的输出分别为方波、三角波和正弦波。电路的振荡频率f约为0.3/C(R1+RP1/2) 。调节RP1、RP2可使正弦波的失真达到较理想的程度。在图2-2-1中，当RP1动端在中间位置，断开管脚8与7之间的连线，若在+VCC与-VEE之间接一个电位器，使其移动端与8脚相连，改变正电源+VCC与管脚8之间的控制电压，则振荡频率随之变化，因此该电路是一个频率可调的函数发生器。如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。 （4）、基本电路的工作原理如图2.2-2图2.2-

5、2 集成函数发生器ICL8038的原理框图其中，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23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的工作电流值为2I，是恒流源1的2倍，电容器处于放电状态，在单位时间内电容器端电压将线性下降，当电容电压下降到比较器2的输入电压规定值的13倍时，比较器2状态改变，使触发器又翻转回到原来

6、的状态，这样周期性的循环，完成振荡过程。在以上基本电路中很容易获得3种函数信号，假如电容器在充电过程和在放电过程的时间常数相等，而且在电容器充放电时，电容电压就是三角波函数，三角波信号由此获得。由于触发器的工作状态变化时间也是由电容电压的充放电过程决定的，所以，触发器的状态翻转，就能产生方波函数信号，在芯片内部，这两种函数信号经缓冲器功率放大，并从管脚3和管脚9输出。适当选择外部的电阻RA和RB和C可以满足方波函数等信号在频率、占空比调节的全部范围。因此，对两个恒流源在I和2I电流不对称的情况下，可以循环调节，从最小到最大，任意选择调整，所以，只要调节电容器充放电时间不相等，就可获得锯齿波等函

7、数信号。正弦函数信号由三角波函数信号经过非线性变换而获得。利用二极管的非线性特性，可以将三角波信号的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。ICL8038中的非线性网络是由4级击穿点的非线性逼近网络构成。一般说来，逼近点越多得到的正弦波效果越好，失真度也越小，在本芯片中N4，失真度可以小于1。在实测中得到正弦信号的失真度可达05左右。第3章 仿真与调试3.1 仿真步骤 首先按照电路原理和单元电路的设计在Proteus上画好电路图，点击Play，观察仿真现象,观察ICL8038芯片的2脚、3脚和9脚是否分别输出正弦波、三角波和方波。若没有实现波形的输出或者输出的波形失真，这是我们调节滑动变阻器，通过

8、相关的资料确定电阻的大致范围，然后对滑动变阻器进行调节，直到达到我们预期想要的结果。3.2 仿真结果在proteus中运行的结果如图3.2-1、图3.2-2、图3.2-3。我还设置的多路选择开关SW2来进行粗调频率的大小，设置RV1进行细调。（1） 管脚2三角波的输出仿真图如图3.2-1。图3.2-1三角波输出调节RV1或者改变SW2指向不同的电容时，输出的波形如图图3.2-2图3.2-2 变频后的输出三角波（2） 管脚3正弦波的输出仿真图如图3.2-3。图3.2-3正弦波输出（3） 管脚9方波的输出仿真图如图3.2-4。图3.2-4方波输出通过仿真结果，能够很明显的看出，ICL8038芯片产生的波形能够实现我们预期的要求。 .