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1、模拟电子课程设计函数信号发生器 电气与信息工程系电子信息工程技术 班 级： 电信 0801 班 设 计 人： 学 号： 08400230157 指导老师： 同组成员： 时 间: 2010年12月 前 言目前，计算机技术和半导体工艺技术已进入了前所未有的快速发展时期。尤其是高度集成芯片作为一个子系统的应用，发展更是迅速，已成为新一代电子设备不可缺少的核心部件，其实在现实生活中的运用也是非常普遍 。在智能化仪器仪表中，而高度集成芯片以其高性能、高速度、功耗低、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选器件。本课题我们组设计的是简易低频信号发生器，就用到了集成芯片ICL80
2、38，能自动产生四种信号，它们就是方波、锯齿波、三角波、正弦波，有着很多的优点。在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。函数发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。 但市场上能看到的电子仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。
3、加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种高精度、宽频带，能产生多种波形并具有程控等多功能函数发生器成为可能。在本次课程设计中，我们在制作时候，遇到了不少问题，例如，PCB板老是出问题，不是布线很困难，出飞线，就是在印制时，经常断线，还有就是调试，这也是我们本次课程设计的重点之重，经过多次的调试，才得以完成。所以，经过这次课程设计，不仅巩固了我们这学期所学的知识：PROTEL99，PCB的制作，而且使我的设计能力及调试能力都有所提高。在这次的课程设计中，非常感谢老师及同学给我的帮助，得到你们的帮助，我才能如此成功，谢谢！由于时间仓促及我的水平有限，文档内容难免有错，敬请老师提出批
4、评并指正。 设计者 2009年12月目录 第1章 设计任务书11.1 设计任务11.2 设计目的11.3 设计要求与技术指标1第2章 简易函数发生器2 2.1 简易函数发生器的基本介绍22.2 简易函数发生器的主要功能2 2.3 简易函数发生器的简单的应用2第3章 提出、分析、确认方案及其论证33.1 方案一33.2 方案二33.3 方案三43.4 方案四4第4章 理论分析与设计方案的建立54.1 ICL8038的工作原理54.2 ICL8038组成函数发生器的应用7第5章 电路设计说明85.1 硬件电路设计原理图85.2 电路参数的选择95.3 硬件电路PCB图105.4 原理的说明10第6
5、章 电路的EDA实现及其仿真分析11第7章 电路的调试与检测137.1 调试前的检查（静态）137.2 动态调试147.3 调试中注意的事项16第8章 实验数据及其分析17第9章 元 件 清 单18第10章 方案的评价与改进18第11章 设计总结与体会19附录 一 部分符号系统21附录 二 PCB板的制作21附录 三 焊接技术22参考文献23 第1章 设计任务书1.1 设计任务1、进行设计方案的比较，并选定设计方案；2、完成电路的设计和主要元器件说明；3、完成硬件原理图设计和PCB图设计；4、安装各单元电路,要求布线整齐,美观。1.2 设计目的1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。2、了解单
6、片函数发生器IC8038的工作原理和应用。3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。1.3 设计要求与技术指标1、设计要求A、电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；B、输出信号的频率要求可调；C、拟定测试方案和设计步骤；D、根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；E、在面包板上或万能板上安装电路；F、测量输出信号的幅度和频率；H、写出设计性报告。扩展要求：输出信号的幅度和频率要求连续可调，幅度范围为0-5V，频率范围100Hz-10KHz。2、技术指标频率范围：100Hz-1KHz，1KHz-10KHz；输出电压：方波VP-P24V，三角波VP-P=
7、6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于30uS。第2章 简易函数发生器2.1 简易函数发生的基本介绍 简易函数信号发生器，也叫函数发生器，它能输出方波、锯齿波、三角波及正弦波四种波形，由双电源或单电源供电。它由触发器、比较器、积分器、反向器等基本电路组成的，通过调节电容或者电阻能够改变波形的频率和幅值。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，经常需要用到各种各样的信号发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地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，都有了很大的提高。
8、2.2 简易函数发生器的主要功能函数信号发生器是一种常用的信号源，这个多功能信号发生器具有以下一些主要功能：（1）它具有产生正弦波、方波、三角波及锯齿波四种周期性波形的功能。（2）它具有快速、方便地能调节所产生信号的频率和幅度。（3）它一般具有能显示所产生信号的频率和幅度。2.3 简易函数发生器的简单应用简易函数发生器广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是利用分立元件组成的体积大，可靠性差，准确度低。该设计使用的是以ICL8038集成块为核心器件构成的发生器，ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.00
9、1Hz30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等多种波形。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制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调节，设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。还有即使在日常维修中，函数信号发生器也是不可缺少的工具。本设计函数发生器能够产生稳定的正弦波、三角波、方波，且输出频率在100Hz1KHz或1KHZ10KHZ范围之中连续可调, 输出电压幅度在05V连续可调。总之函数信号发生器在人类中有着广泛的应用，促进社会的发展具有不可估量的价值意义。第3章 提出、分析、确认方案及其论证函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波
10、等电压波形，其电路中使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以是集成电路（如单片集成电路函数发生器ICL8038），所以可确定多种多样的方案。下面是我组成员共同探讨的几个构造函数发生器的优选方案。3.1 方案一氏电桥产生正弦振此方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；由文荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。文 氏电 桥正弦波比较器积分器方波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10倍的频率覆盖系数，然而对于积分器的输入输
11、出关系为：显然对于10倍的频率变化会有积分时间dt的10倍变化从而导致输出电压振幅的10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。3.2 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、负极性的积分器比较器反 馈方波三角波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：a、线性良好、稳定性好；b、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；c、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；d、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。3.3 方案三 用单片集成芯片IC8038实现，此方案要求幅度和频率都可调，可由数字电位器加程控放大器实现。它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，其震荡频率可以通过外加电压进行调节，又称压控集成信号发生器。利用8038芯片的优点是十分明显如下：a、集成度比较高，工作可靠性高，速度快，功耗低，输出稳定。b、构成的电路简单，所用的元件少，布线容易。c、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器和FSK调
