函数发生器的设计8038

实践类

课程设计报告

题 目： 函数发生器的设计8038

设计小组： 梅晶 祝君超 郁佳达

指导教师： 赵华

提交时间： 2010年6月9日

摘要 ................................................................................................... 3 1 引言 ............................................................................................... 3 2 相关技术及原理介绍 .................................................................... 4 2.1 ICL8038工作原理 .................................................................. 4 2.2 ICL8038内部框图介绍 .......................................................... 5 2.3 内部框图工作原理 ............................................................... 5 2.4 ICL 8038 的主要特点 ............................................................ 6 3 设计要点 ....................................................................................... 6 4 设计实例 ....................................................................................... 7 4.1主要参数 ............................................................................... 7 4.2 设计原理图、PCB图及介绍说明 ........................................ 8 4.2.1原理图 .......................................................................... 8

4.2.2 PCB图 ........................................................................... 9 4.2.3设计电路工作原理 ....................................................... 9 5 电路的安装于调试 ...................................................................... 10 6 结论与总结 ................................................................................. 10 7 参考文献 ..................................................................................... 10

摘要

函数发生器是一种在科研和生产中经常用到的基本波形产生器，随着大规模集成电路的迅速发展，多功能信号发生器已被制作成专用集成电路，如ICL8038函数波形发生器，可以产生精度较高的正弦波、方波、矩形波，锯齿波等多种信号。产品的各种信号频率可以通过调节外接电阻和电容的参数值进行调节，为快速而准确地实现函数信号发生器提供了极大的方便。 关键字：函数发生器，8038，信号

1 引言

在我们日常生活中，以及一些科学研究中，正弦波和方波、三角波是常用的基本测试信号。此外，如在电视机中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要用锯齿波电流来控制，对于三角波，方波同样有这不可忽视的作用，而函数发生器是指一般能自动产生方波、正弦波、三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。因此函数发生器是我们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具，今天我们要设计一种能产生方波、正弦波、三角波的函数发生器。 函数信号发生器是一种高精度且频率可方便调节的信号发生器，它的出现在很大程度上给技术人员在电路实验和设备检测中带来了便利。本课题欲解决能同时输出三种波形：方波、三角波、正弦波；频率范围与波形精度也有一定的要求。

2 相关技术及原理介绍

2.1 ICL8038工作原理

ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需调整个别的外部元件就能产生从01001~300KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调频信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。

ICL8038的内部电路结构图及管脚排列图分别如图1、图2所示。 ICL8038 芯片的内部结构图如下图所示：

ICL芯片的管脚排列图如下图所示：

ICL8038

正弦波线性调节 NC 1 14 正弦波输出 NC 2 13 三角波输出 正弦波线性调节 3 12 4 11 恒流源调节 负电源或接地 5 10 恒流源调节 Vs电位 6 9 正电源Vs 方波输出

7 8 4 5Vs基准 调频控制输入端

图2 ICL8038的管脚排列

2.2 ICL8038内部框图介绍

函数发生器ICL8038的电路结构如图1所示，共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；两个电压比较器1和2的阈值电压分别为 和 ，它们的输入电压等于电容两端的电压uC，输出电压分别控制RS触发器的S端和 端；RS触发器的状态输出端Q和 用来控制开关S，实现对电容C的充、放电；充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。当Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。

2.3 内部框图工作原理

★当给函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器1和2的输出电压均为低电平；因而RS触发器的 ，输出Q=0， ；

★使开关S断开，电流源IS1对电容充电，充电电流为 IS1=I 因充电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性上升。 ★当上升为VCC/3时，电压比较器2输出为高电平，此时RS触发器的 ，S=0时，Q和 保持原状态不变。

★一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器2的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的 时，Q=1时， ，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性下降。

起初，uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但 ，其输出不变。

★一直到uC下降到VCC/3时，使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平，此时 ，Q=0， ，使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。

由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和 为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。

由管脚的功能分布也可得，最终由3 脚输出三角波，2 脚输出正弦波，9 脚输出方波。

结论：改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。

2.4 ICL 8038 的主要特点

（1）可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。 （2）频率范围: 01001Hz～30kHz。 （3）占空比范围: 2%～98%。 （4）低失真正弦波: 011%。 （5）低温度漂移: 50ppmö℃。 （6）三角波输出线性度: 011%。

（7）工作电源: ±5V～±12V 或者+12V～+25V。

3 设计要点

函数信号频率和占空比的调节

由于ICL8038单片函数发生器有两种工作方式，即输出函数信号的频率调节电压可以由内部供给，也可由外部供给。

图3 为由内部供给偏置电压调节的接线图。

以上应用中，由于第7 脚频率调节电压偏置一定，所以函数信号的频率和占空比由

RA、RB 和C 决定，其频率为F，周期T，t1 为振荡电容充电时间，t2 为放电时间。

T＝t1＋t2 f＝1／T

由于三角函数信号在电容充电时，电容电压上升到比较器规定输入电压的1／3 倍，分 得的时间为

在电容放电时，电压降到比较器输入电压的1／3 时，分得的时间为

4 设计实例

4.1主要参数

频率范围10HZ~100HZ，100HZ~1KHZ

频率控制方式为通过改变RC时间常数手控信号频率 输出电压Upp=3V。

4.2 设计原理图、PCB图及介绍说明

4.2.1原理图

图4 原理图

4.2.2 PCB图

图5 PCB图

4.2.3设计电路工作原理

当外接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通过外接电阻调节，但必须I2＞I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器I的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2＞I1（设 I2=2I1），I2将加到C上进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压UC又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器Ⅱ输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。C上的电压UC，上升与下降时间相等（呈三角形），经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波的两端变为平滑的正弦波，从2脚输出。

其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器W1为输出频率细调电位器，电位器W2调节方波占空比，电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。

5 电路的安装于调试

按照单元电路的先后顺序进行分级装调和联调。按图接线，检查无误后通电观察有无三角波，方波，正弦波的输出，有则进行以下调试。

 频率调节

对开关s1置左右档，观察频率变化，调节RP1中心滑动端的位置（保持第8脚电压改变），输出波形的频率应发生相应的改变

 占空比调节

RP1中心滑头的位置不变，改变RP2中心滑头的位置，输出波形的占空比（矩形波）或斜率（锯齿波）将发生变化，若不变化，查R3，R4,RP2回路

 因为正弦波是由三角波变化而得，故首先应调RP2使输出的锯齿波为正三角波，而后调节RP3，RP4观察正弦波输出的顶部和底部失真度，使之波形的正负峰值相等且平滑接近正弦波，最后用失真度仪测量其失真度，再进行微调，直至满足失真度指标要求。

6 结论与总结

通过本篇论文的设计，使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解，掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。

7 参考文献

【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月

【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社，2002.8 【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京：北京理工大学出版社，1997.

【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。2006.10 【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。2003.9