自基于ICL8038的信号发生器报告书.docx
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自基于ICL8038的信号发生器报告书
学 号:
04
电子综合实训
题目
基于ＩCL803８的信号源设计
学 院
理学院
专业
光信息科学与技术
班 级
1201班
姓 名
查大册
指导教师
易迎彦
年
月
日
1技术指标ﻩ１
2ﻩ设计方案及其比较1
２.１方案一1
2.2方案二2
2.3方案比较４
3ﻩ实现方案４
4调试过程及结论９
6ﻩ参考文献11
基于ICL８038的信号发生器的设计
1技术指标
设计、组装、调试信号发生器电路,使它能输出正弦波、方波和三角波;其频率在20-２0范围内可调;输出电压:
方波,三角波，正弦波。
2设计方案及其比较
方函数信号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,开发新款式函数信号发生器,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。
所以,可选择的方案多种多样，技术上是可行的。
2.1方案一
基于NE555的信号发生器设计,核心电路如图1:
图1NE555的信号发生器
NE555主要特点：
1）只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广,可由几微秒至几小时之久。
2）它的操作电源范围极大,可与TTL,CMOＳ等逻辑电路配合,也就是它的输出电平及输入触发电平,均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
55５定时器接成多谐振荡器工作形式，C２为定时电容,Ｃ2的充电回路是R2→R3→RP→C２;Ｃ２的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚（放电管）。
由于R3+RＰ>>R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等,由IＣ的3脚输出的是近似对称方波。
按图所示元件参数，其频率为1ｋＨz左右,调节电位器RＰ可改变振荡器的频率。
方波信号经R４、Ｃ5积分网络后,输出三角波。
三角波再经Ｒ５、C６积分网络,输出近似的正弦波。
C1是电源滤波电容。
2.2方案二
基于MＡＸ０38的信号发生器设计,核心电路如图2:
图2 MAX０3８的信号发生器
MAX038主要特点：
c:
\iknow\docshare\data\cur_work\＂
1）能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。
2）频率范围从0．1Hｚ～20MＨz，最高可达4０MHｚ,各种波形的输出幅度均为2。
3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节,二者互不影响,占空比最大调节范围是10%~90％。
4）波形失真小,正弦波失真度小于０.75%，占空比调节时非线性度低于２%。
5）采用±5V 双电源供电，允许有5%变化范围，电源电流为80mA,典型功耗4００ｍW,工作温度范围为0～70℃。
6）内设２.5V电压基准，可利用该电压设定、的电压值，实现频率微调和占空比调节。
整机电路由信号产生级、电压放大级、功率输出级和电源四部分组成。
信号产生级的核心器件为ＭAX０38，它的输出波形有三种,由波形设定端Ａ0（3）,A1（4）控制,其编码如表1所示。
其中x表示任意状态。
1为高电平，0为低电平。
ＭAX03８的输出频率由，端电压和主振荡器CＯＳＣ的外接电容器三者共同确定。
当≠0Ｖ时,输出频率=。
当＝0V时,输出频率=/,=。
由波段开关SA2选择不同的值，将整个输出信号分为３个频段。
表1Ａ0和A１编码表
A０
A１
波形
X
1
正弦波
0
0
方波
1
0
三角波
每频段频率的调节由电位器RP1和RP２完成。
ＲP１为粗调电位器,改变RP1数值,使振荡电容器的充电电流改变,从而使频率改变。
RＰ2为细调电位器,它通过改变的数值,使输出频率变化,它的变化范围较小,起微调作用。
为简化电路，各种波形的占空比固定为5０%，这已能满足多数场合的使用要求。
为此将MAＸ038的脚7端接地。
ＭAX０38的各种输出波形的幅度均为２，为了得到更大的输出幅度，加有一级电压放大级，由运放OPA６04担任。
OＰA６04是FET输入高保真运放IＣ,性能十分优越,低噪声10ｎＶ／Ｈz,低失真率,１kHz时，仅为0.0003％，高转换率25Ｖ/μs，功率带宽为20MHｚ,电路中OＰA604的闭环电压增益GV==10,输出电压的幅度增至20,有效值为7V左右。
如将ＯPA6０4换成AD747视频运放ＩC，函数信号发生器能够输出更高的频率。
功率输出级由BUＦ634担任，这是一种高速缓冲器ＩＣ，具有2000V／μs的转换速率，输出电流达２5０mA,其电压增益为1,但负载能力很强，在电路中起功率扩展的作用。
输出信号的幅度由电位器RP３调节。
2.3方案比较
方案一比较简单，费用便宜,但是波形不理想；方案二波形较好,但是芯片费用较下面实现方案所用芯片较贵，而且效果差别不太明显，所以选择以ICL80３8设计方案，电路结构也相对简单,易于实现。
3实现方案
基于ICL8０3８的信号发生器设计,核心电路如图3：
图3基于ICL８03８的信号发生器
ＩCL8０38主要特点:
c:
\iknow\docshare\data\cur_work\＂
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）占空比２％~98%之间任意可调。
ﻩ
6）高的电平输出范围;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。
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,也可以由外部供给。
在初始阶段我们用以下几种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4（a）为基本接法，图4（ｂ）和图4（c）可调节占空比。
图4（ａ） 图4（b） 图4（ｃ）
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、和Ｃ决定,其频率为ｆ，周期T,为振荡电容充电时间,为放电时间。
,
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
对图４（ａ）中,如果＝，就可以获得占空比为5０％的方波信号。
其频率ｆ＝。
针对以上电路失真无法调节的缺点，我们改进方案，实现正弦波正负失真的可调。
见图3-4,由于该芯片所产生的正弦波是由三角波经非线性网络变换而获得。
该芯片的第1脚和第1２脚就是为调节输出正弦波失真度而设置的。
下图为一个调节输出正弦波失真度的典型应用,其中第1脚调节振荡电容充电时间过程中的非线性逼近点,第12脚调节振荡电容在放电时间过程中的非线性逼近点，在安装调试中,我们选用两只100K的多圈精密电位器,反复调节，达到了很好效果的方波占空比调节、正弦波和三角波的对称调节。
图５（a）失真、占空比、频率可调 图5（b） 失真和占空比可调
图5（a）电路无法调节频率,我们采用外部供给频率调节电压的方式实现频率的可调，通过10ｋ电位器，我们可以控制8端电压的调节范围2/3Ｖｃc到Vcc,如图５（b）:
以上参数设置基本完成,按照图３在Pｒotues中进行模拟,结果比较满意,如图:
图６方波输出,Up－p≤4Ｖ，频率在20－2０kHz范围内可调
图7三角波输出,Ｕp-p=６V，频率在20-20ｋＨz范围内可调
图8正弦波输出，Up-p=1V，频率在20-20ｋHz范围内可调
从上面的模拟结果可以看出,电路产生的方波,三角波,正弦波波形美观，参数基本满足预期设想,电路的设计合理，符合本次试验的要求，可进行实际操作。
在AD中进行布线,图９是PＣB图：
图9 基于ICL8038信号发生器的ＰCB图
布线工作已完成,按照PCB图焊接电路，实物如图10：
图1０基于ICL8038信号发生器的实物图
4调试过程及结论
按照上面PCB图焊接好电路之后,给电路提供工作电压（的大小控制在12Ｖ左右）,选择方波输出端并接入示波器,观察输出的波形。
第一次调试电路能工作，示波器上出现的方波以及三角波和正弦波波形都比较理想,缺点是输出电压没有满足要求。
开始的时候,发觉频率根本不满足要求，后来发现时接在芯片10脚的0．1ｕF电容太大,也没有找到更合适的电容，不过带入理论计算还是基本符合。
后来换为30pF的电容，调节控制频率的滑动变阻器，频率满足要求。
但是频率满足的情况下,我们牺牲了波形的美观，我们又回到厂家给的芯片手册里,厂家给的一个典型应用电路频率也正好符合本次试验要求。
可是我们的电路性能的确比较差,波形不是那么完美。
到此,还有输出电压没有满足要求,我们把输出电压调到1５V的时候，输出电压略有提升,基本符合要求。
我们担心的是电源电压提高后,电路的功耗也就随之升高。
最后结果表明ICL80３8还没有发挥到它应有的性能,这也和我们的布线有极大的关系，电阻电容的选择也有欠缺，这都是急需锻炼和培养的。
下面是调试结果:
图11方波输出波形
由上图可以看出,波形频率为3２0.5Hz,Vpp＝3.40V。
图12三角波输出波形图
由上图可以看出，波形频率为３2４.7Hz,Vｐp＝６.00V。
图13正弦波输出波形
由上图可以看出,波形频率为337.０Hz，Vpp＝9１2mV。
5心得体会
经过两天的设计与思考，最终在Pｒotｕes上完成了基于ＩCL803８的信号发生器的设计
的模拟。
其间遇到了许多问题，但最后都大部分都得到解决。
现将心得体会总结如下:
1）设计初期要考虑周到，否则后期改进很困难。
应该在初期就多思考几个方案,进行比较论证,选择最合适的方案动手设计。
总体设计在整个设计过程中非常重要，应该花较多的时间在上面。
2）方案确定后，才开始设计。
设计时,多使用已学的方法,如仿真分析,上网查询，要整体考虑,做好一步是一步。
在整体设计都正确后，再寻求简化完整的方法。
3）在设计某些模块的时候无法把握住整体，这时可以先进行小部分功能的实现，在此基础上进行改进，虽然可能会多花一些时间,但这比空想要有效的多。
4）尽可能是电路连线有序，模块之间关系清楚，既利于自己修改,也利于与别人交流。
如果电路乱的连自己都看不懂，那还如何改进和扩展。
5）很多难点的突破都来自于与同学的交流，交流使自己获得更多信息,开拓了思路，因此要重视与别人的交流。
在学习的过程,我们不仅仅只学习课本上的理论,在学好理论的基础上我们还应该得到实际的应用，像信号源,我们也挺需要用它的,因此设计它是相当有意义的，不过拿到题目时，原本觉得相当简单,不过发现即使简单的芯片也需要我们去好好的揣摩，思考,一不小心就会连错线导致整个电路无法实现本身的功能,所以由此我知道干我们专业的人，在处理任何小事情的时候,都不能够马虎,可能一步就导致了满盘皆输。
第二点，在设计方面,在参考了许多的方面，在网上也看了一些人的设计方案,发现在我们的设计上每个人有着每个人的特色,在搭建电路上,也借鉴一些人的方案,在前人的设计
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