电子技术课程设计-基于ICL8038的函数发生器

I西华大学课程设计说明书基于ICL8038的函数发生器摘要：函数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、三角波的方案也有多种。本设计是以ICL8038集成块为核心器件，制作的一种函数发生器。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密震荡集成电路，只需要少量的外部元件就能产生方波、正弦波和三角波。其输出波形的频率和占空比可以由电流或电阻控制。关键词：ICL8038，方波，三角波，正弦波。Abstract：Functiongeneratoraccordingtodifferentpurposes,afunctiongeneratortoproducethreeormorekindsofwaveforms,devicesusedincircuitcanbeaseparationdevice,andcanalsobeintegrateddevice,generatesasquarewave,sinewave,trianglewaveschemealsohasavarietyof.ThedesignisbasedonICL8038chipasthecoredevice,afunctiongeneratorproduced.ICL8038isaprecisionoscillationintegratedcircuitwithavarietyofwaveformoutput,onlyexternalcomponentscanbeproducedsmallamountsofsquarewave,sinewaveandtriangularwave.Thefrequencyoftheoutputwaveformandthedutyratiocancontrolbycurrentorresistance.Keywords：ICL8038,Squarewave,Triangularwave,Sinewave.II西华大学课程设计说明书目录1前言..................................................................12总体方案..............................................................22.1方案比较.........................................................22.1.1方案一......................................................22.1.2方案二......................................................22.2方案选择.........................................................33单元模块设计..........................................................43.1ICL8038..........................................................43.1.1ICL8038管脚功能...........................................43.1.2ICL8038的性能特点..........................................53.1.3ICL8038内部结构............................................53.2控制电路.........................................................64系统调试..............................................................85系统功能、指标参数....................................................96设计总结.............................................................107谢辞.................................................................118参考文献.............................................................129附录.................................................................13第1页西华大学课程设计说明书1前言信号发生器是科研及工程实践中重要的仪器之一，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域系统设计及调试过程中，用不同频率的正弦波、三角波和方波常作为信号源，应用十分方便。过去常由分立元件及集成运放构成振荡器，分立元件体积大、相对耗能高、故障频率也高。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可以很快、很方便的构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有很大的提高。信号发生器根据用途不同,有产生三种或多种波形的发生器,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,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。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，电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、三角波和正弦波，其函数波形的频率受内部或外电压控制，可被应用于压控振荡等波形。第2页西华大学课程设计说明书2总体方案通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。2.1方案比较2.1.1方案一方案一的结构框图如下图2.1所示。比较器积分器差分放大器图2.1函数发生器电路组成框图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。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方案二方案二的结构框图如下图2.2所示。ICL8038控制电路方波三角波正弦波直流电源图2.2由8038构成的函数发生器电路组成框图第3页西华大学课程设计说明书方案二中，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。2.2方案选择经过分析比较，由于方案一函数发生器所采用电路复杂，不易理解，更不容易掌握，所以本设计采用方案二利用单片集成函数信号发生器ICL8038、集成振荡器、集成定时器等灵活的组成来产生产生正弦波、方波、三角波等波形电路，具有线路简单，调试方便，功能完备，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，而且具有较高的温度稳定性和频率稳定性。特别适合用于工控和电子实验室，当输出缓冲电路独立设置多路时，可同时多路输出三种信号，比较容易满足设计需要。第4页西华大学课程设计说明书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、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。3.1ICL80383.1.1ICL8038管脚功能图3.1ICL8038管脚功能图脚1、12（SineWaveAdjust）：正弦波失真度调节；脚2（SineWaveOut）：正弦波输出；脚3（TriangleOut）：三角波输出；脚4、5（DutyCycleFrequency）：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（FMBias）：内部频率调节偏置电压输；脚8(FMSweep)：外部扫描频率电压输入；脚9（SquareWaveOut）方波输出，为开路结构；脚10（TimingCapacitor）：外接振荡电容；脚11（V－orGND）：负电原或地；脚13、14（NC）：空脚。第5页西华大学课程设计说明书3.1.2ICL8038的性能特点（1）具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；（2）正弦波输出具有低于1％的失真度；（3）三角波输出具有0．1％高线性度；（4）具有0．001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽；（5）2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围；（6）从TTL电平至28V；（7）具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；（8）易于使用，只需要很少的外部条件。3.1.3ICL8038内部结构ICL8038是单片集成函数发生器，其内部原理电路框图如图3.2。在图3.2中，ICL8038由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2和触发器等组成。电压比较器C1、C2的门限电压分别为2VR/3和VR/(VR=VCC+VEE)，电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且I2必须大于I1。当触发器的Q端输出为低电平时，它控制开关S使电流源I2断开。而电流源I1则向外接电容C充电，使电容两端电压VC随时间线性上升，当VC上升到VC=2VR/3时，比较器C1输出发生跳变，使触发器输出端Q由低电平变为高电平，控制开关S使电流源I2接通。由于I2I1，因此电容C放电，vc随时间线性下降。当vc下降到vc≤VR/3时，比较器C2输出发生跳变，使触发器输出端Q又由高电平变为低电平，I2再次断开，I1再次向C充电，vc又随时间线性上升。如此周而复始，产生振荡，若I2=2I1，vc上升时间与下降时间相等，就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。因此，ICL8038能输出方波、三角波和正弦波等三种不同的波形。第6页西华大学课程设计说明书图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，也可以由外部供给。用以下由内部供给偏置电压调节的接线图对芯片进行测试，观察其特性，图3.3为基本接法。图3.3ICL8038的一种接法在以上应用中，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(3.1)f＝1／T(3.2)第7页西华大学课程设计说明书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t1=CV/I=(C·1/3·Vcc·RA)/(1/5·Vcc)=5RAC/3(3.3)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t2＝CV／I＝（C·1／3·VCC）／（2／5·VCC/RB－1／5