多波形信号发生器设计

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1、陕西理工学院毕业设计多波形信号发生器设计摘要摘要以ICL8038为核心的多功能波形发生器具有体积小、结构简单等特点，只需外接少量元件，便可 产生精确的正弦波、方波和三角波信号，同时也能产生其他有用的波形。随着集成电路的快速发展，用 ICL8038可以很方便的产生多种波形。与其他型号发生器相比它有很多优点，在通信工程，电子工程，自 动控制，遥感控制的学科有非常广泛的应用。 关键词关键词ICL8038；压控振荡；低失真；频率调制Design of more Wave Signal GeneratorAbstract : RepaIrIng energy-savIng color computer

2、monItors with a specially designed signal generator can avoid the rIsk of display adaptor damage ,It allows the switch on and off of the monitor when In need wIthout worryIng about the safety of the sIgnal generator,thus brIngs about great convenience to the repairing. Such a sIgnal generator can be

3、 realIzed with a free oscillator of 7555 tIme-base IC ,FF of 7555 time-base IC ,and a frequency dIvision circuIt of a CD4060 14-stage bInary serial counter and a 74LS161 2-bIt bInary synchronous counter.Key words :ICL8038;Voltage-controlled oscIllatIon;Low dIstortIon;Frequency modulatIon陕西理工学院毕业设计目

4、录引言 .11 多波形信号发生器的构成 .12 多波形信号发生器电路设计 .22.1 ICL8038 简介.22.1.1 ICL8038 管脚功能.22.1.2 ICL8038 工作原理.22.1.3 ICL8038 的应用.32.2 多波形信号发生器电路设计 .42.2.1 占空比电路.42.2.2 频率调节电路.52.2.3 输出波形选择电路.72.2.4 信号输出电路.72.2.5 电源电路.82.2.6 系统总电路的设计.83 多波形信号发生器电路仿真.84 多波形信号发生器电路的安装与调试 .95 结束语和展望 .10致谢 .10参考文献 .11附录 A.12附录 B.12陕西理工学

5、院毕业设计第 1 页 共 12 页引言波形发生器作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验、设计应用中必不可少的仪器设备之 一。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统方式上经常采用分立元件 555 时基电路等 产生正弦波、三角波和方波。振荡 IC 是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路， 当调节外部参数时，可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波。因此，专门集成电路广泛应用于仪器 仪表之中。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

6、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。 上世纪 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间， 能够提供正弦波、方波、三角波等几种常用标准波形，到上世纪 90 年代末，出现了几种真正高性 能、高价格的函数发生器。而在现今，对于波形发生器的要求向着更多元的方向发展不仅需要高速， 高精度的，也更多需要价格便宜，功能相对简单的多波形信号发生器，以适用于各种对频率要求不 高的特殊的场合。 随着电子技术的快速发展,新材料新器件层出不穷,器件的可选择性大大地增加,例如

7、 ICL8038 就是一种技术上很成熟的，可以产生正弦波、方波、三角波的芯片。1 多波形信号发生器的构成基于 ICL8038 的多波形信号发生器构成如图 1.1 所示。采用 8038 单片压控函数发生器，8038 可同时产生正弦波、方波和三角波。改变 8038 的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为 10Hz50kHz1。2 多波形信号发生器电路设计2.2.1 1 ICL8038ICL8038 简介简介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、易于使用等优点，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产 生方波、三

8、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发 生电路。ICL8038 是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要少量的外部元件就能产生从 0.001Hz30KHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流 或电阻控制。另外该芯片具有调制信号输入端，可以用来调制低频信号的频率。2.1.12.1.1 ICL8038ICL8038 管脚功能管脚功能频率选择控制ICL8038幅度控制方波波正弦波三角波方波 直流电源图 1.1 多波形信号发生器的构成陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 12 页ICL8038 各个管脚功能如下：脚 1、1

9、2（SIne Wave Adjust）：正弦波失真度调节； 脚 2（SIne Wave Out）：正弦波输出； 脚 3（TrIangle Out）：三角波输出； 脚 4、5（Duty Cycle Frequency）：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 10V18V； 脚 7（FM BIas）：内部频率调节偏置电压； 脚 8(FM Sweep)：外部扫描频率电压输入； 脚 9（Square Wave Out）：方波输出，为开路结构； 脚 10（TImIng CapacItor）：外接振荡电容； 脚 11（Vor GND）：负电源或地； 脚 12：正弦波波谷平滑

10、度及谷值调整，由此引脚电位控制，主要用于正弦波失真调节。 脚 13、14（NC）：空脚。 ICL8038 的引脚排列如图 2.1 所示2。2.1.22.1.2 ICL8038ICL8038 工作原理工作原理 函数发生器 ICL8038 的电路结构如图 2.2 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；令 VS=VCC+VEE（下文均使用） ，则两个电压比较器和的阈值电压分 别为 2VS/3 和 VS/3，它们的输入电压等于电容器 C 两端的电压 UC，输出电压分别控制 RS 触发器的 端和端；RS 触发器的状态输出端 Q 和用来控制开关 S

11、，实现对电容 C 的充、放电，充电电SRQ 流的大小由外接电阻决定。当 IS1=IS2时，输出三角波，否则为锯齿波。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。 当给函数发生器 ICL8038 合闸通电时，电容 C 的电压为 0，根据电压比较器的电压传输特性， 电压比较器和的输出电平分别为 0、1；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 VS/3 时，电压比较

12、器输出为 0 电平，但 Q 保持原状态不变。 一直到上升到 2VS/3 时，使电压比较器的输出电压跃变为高电平，此时 RS 触发器的 R=0，S=1 时，Q=1 时，导致开关 S 闭合，电容 C 开始放电，放电电流为 IS2IS1=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。图 2.1 ICL8038 管脚图陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 12 页起初，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 Q 不变。一直到 UC 下降到 VS/3 时，使电压比较器的输出电压跃变为高电平，此时 S=0，R=1，Q=0，使得开关 S 断 开，电容 C 又

13、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 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。 当外接电容 C 可由两个恒流源充电和放电，电压比较器、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 I2I1。当触发器的 输出 Q 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 Q 由低电平变为高电平， 恒流源 I2接通，由于 I2I1(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），