基于ICL8038等构成的函数发生器电路要点.docx

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基于ICL8038等构成的函数发生器电路要点

课程设计报告

题目：

基于ICL8038等构成的函数发生器电路

课题类别：

设计　□论文　□

学生姓名：

学号：

班级：

专业（全称）：

指导教师：

小组成员:

2009年12月16日

摘要............................................3

一、电路设计...................................3

1.1设计意义.................................3

1.2系统功能分析............................3

（1）方案论证...............................3

（2）法案选取...............................4

二、元件分析与电路仿真..........................5

2.1系统工作原理与分析........................5

（1）ICL8038的简介..........................5

（2）LM741的简介............................6

（3）LF356N（高阻型运算放大器）的简介........7

（4）辅助正负15V电源.......................7

2.2电路与仿真技术.............................7

（1）由ICL8038等构成的函数发生器............7

（2）辅助电路的仿真..........................8

三、调试与问题处理..............................9

3.1安装与调试.................................9

3.2遇到的问题与解决..........................10

四、心得总结...................................11

Ø参考文献...................................11

Ø附录.......................................12

摘要：

本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。

适合学生学习电子技术测量使用。

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0.001Hz～30KHz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制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。

关键词：

函数信号发生器频率调制

Abstract:

ThesystemICL8038integratedblockasthecoredevice,producingakindoffunctionsignalgenerator,producinglowcost.Suitableforstudentstolearntheuseofelectronictechnologymeasurement.ICL8038isakindofmulti-precisionoscillatorwaveformoutputintegratedcircuits,aseparateexternalcomponentsonlyneedtobeabletogeneratefromthe0.001Hz~30KHzlow-distortionsinewave,trianglewave,squarewavepulsesignal,etc..Outputwaveformofthefrequencyanddutycyclecanalsobecontrolledbyacurrentorresistance.Inaddition,asthechiphasamodulatedsignalinputterminal,itcanbeusedtolow-frequencysignalisfrequencymodulation.

一、电路设计

1.1设计意义：

函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。

在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。

信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。

它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。

1.2系统功能分析

本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。

在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案：

（1）方案论证

方案一∶采用传统的直接频率合成器。

这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。

但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。

方案二∶采用锁相环式频率合成器。

利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。

这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。

但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。

而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率相信都很难控制。

方案三：

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0.001Hz～300KHz。

（2）法案选取

在经过考论认证后，决定选着三种方案。

这个方案的调幅，调频和失真，都要比第一，二中法案要好。

其灵敏度也要。

ICL8038也是属于高度集成的芯片，相对来说更加容易出功能。

这个方案相对容易点，对于我们第一次做可能设计的成功性也有很重要的意义。

其工作系统框图如图

（一）所示。

图

（一）系统框图

二、元件分析与电路仿真

2.1系统工作原理与分析

（1）ICL8038的简介

⏹性能特点

1）电源的电压范围宽，采用单电源供电时，V+~GND的电压范围是+10~30V；采用双电源是，V+~V-的电压可在正负5~正负15V范围内选取，电源电流约为15mA。

2）振荡频率范围宽，频率稳定性好。

频率范围是0.001Hz~~300kHz，频率温源仅50﹡10-6/°C。

3）输出波形的失真小。

正弦失真度＜5%，经仔细调整后还可降0.%以下。

三角的失真度为0.1%。

4）矩形波占空比调节范围很宽（1%~99%），课获得窄脉冲、方波、宽脉冲输出。

5）输出特性。

正弦波；幅度约为V+/5，输出抗阻是1KΩ。

矩形波（含方波）；集电极开路输出，幅度接近于V+，三角波（含锯齿波）；幅度为V+/3,输出阻抗为200Ω.调频输入；范围是10kHz，线性度为0.5%。

6）外围电路简单。

通过调节外部阻容元件值，很容易改变振荡频率。

⏹原理简介

ICL8038采用DIP-14封装，管脚排列如图

（二）所示。

如图

（二）ICL8038管脚

芯片内部包括两个恒流源，两个电压比较器，两个缓冲器，正弦波变换器，模拟开关，RS触发器。

在构成函数波形发生器时应将7、8两脚短接，其工作原理如下：

1　利用恒流源对外接电容进行冲、放电，产生三角波（或锯齿波），经缓冲器Ⅰ从第3脚输出：

2　由触发器获得的方波（或矩形波），经缓冲器Ⅱ从第9脚输出，

3　再利用正弦波变换器将三角波变换成正弦波，冲第2脚输出。

4　改变电容的充、放电时间，可以实现三角波与锯齿波、方波与矩形波的互相转换。

（2）LM741的简介

⏹特性：

CF741如图（三）所示

如图（三）CF741

是单片高性能内补偿运算放大器。

具有较宽的共模电压范围，在使用中不会出现闩锁现象。

可用作积分器、求和放大器及普通反馈放大器。

⏹主要特点：

　　1、不需外部频率补偿：

　　2、具有短路保护；

　　3、失调电压调到零的能力；

　　4、较宽的共模和差模电压范围；

　　5、功耗低；

　　6、无阻塞现象。

　　7、该器件有两种工作温度范围；CF741M-55℃～125℃

　　CF741C0℃～70℃

（3）LF356N（高阻型运算放大器）的简介

1、特点：

这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞（109~1012）W，IIB为几皮安到几十皮安。

实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。

用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。

（4）辅助正负15V电源如图（四）所示

如图（四）正负15V电源

由于ICL8038必须要求正、负双电源供电。

现选择±15V供电电源。

选用双18V的变压器，滤波电容和CW7815和CE7915，组成的电路，现实正负15V直流电压源的输出。

2.2电路与仿真技术

（1）由ICL8038等构成的函数发生器如图（五）所示

图（五）函数发生器电路图

图（五）是由ICL8038等构成的函数发生器电路。

ICL8038由充放电泳电流源、比较器、电桥及将三角波变成正弦波的折线近似电路组成。

该电路作为压控振荡器的工作方式，增设A1是为了改善控制电路的线性。

振荡频率有控制电压（RP1的输出电压）、RP2的阻值。

R1、R2和C3决定。

ICL8038的输出阻抗在输出方波时由R3决定，三角波时为200Ω，由于波形失真大，不能在高阻抗状态下输出正弦波，因此增设了缓冲放大器A2。

S1未转换开关，接1是输出方波，其振幅可摆到电源电压正负Ucc；接2是输出正弦波，其振幅可为电源电压正负Ucc*0.33；接3时输出三角波，其振幅可为电源电压正负Ucc*0.22。

RP2用于调节波形的对称性；RP3用于调节超低频是波形的对称性；RP4用于将正弦波输出波形的失真跳刀最小。

（2）辅助电路的仿真

辅助电路用了multisim仿真如图（六）

图（六）仿真电路图

在multisim仿真元件中，辅助电路仿真出来的结果和理论值相近。

得到的效果也很理想。

三、调试与问题处理

3.1安装与调试

1）在安装元件之前，尤其要注意电容元件的极性，注意三端稳压器的各端子的功能及电路的连接。

2）在焊电路的时候，我们要避免元件产生过高的温度，确保元件的完好性，和高度灵敏性。

3）在安排电路的时候我们要安排合理，尽量少有跳线、重叠。

4）辅助电路的调试结果很理想，分别为+14.7和-14.7。

5）基于ICL8038的电路在调试中就遇到较多的问题。

3.2遇到的问题与解决

1）在焊辅助电压源电路时候，要注意分CW7815和CE7915的管脚，我们很容易认为7915和7815的管脚分布排列是一样的。

如果和7815焊接7915，那么会直接导致7915短路，把7915给烧坏了，严重甚至烧整块电路。

2）在焊接点解电容的时候，我们必须要分清电容的极性，耐压值。

要不在调试中，可能会因为电压值过高，而直接把电容给烧坏坏，严重甚至爆炸。

3）基于ICL8038的函数发生器电路调试中，没有功能出。

我们就要学会怎样排除故障，首先要大概知道，问题主要出现在那里；其次要测试元件有没有问题，把有问题的原件给找出来，更换。

一般情况下主要有三个问题，

1　电子元件给短路了，这个我们可以利用压降来判断。

2　电子元件给短路了，这个可以利用万用表测试其通不通来判断。

3　电路板焊的电路虚焊，导致的断路，这个同样可以用万用表来测得。

4）在判断是芯片可能有问题的时候，要查找芯片的资料，利用其经典简单的电路调测试。

是不是芯片有问题，并把故障给排除。

5）在遇到问题时，要学会利用各种器件综合协调把问题根源给找出来。

6）在multisim仿真是，由于没有双18V的变压器，所以要自己去封装。

四、心得总结

通过这个数控直流稳压电源的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。

而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。

最重要的是在实践中理解了书本上的知识。

也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。

是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。

在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，甚至得不到参数。

在焊接的过程中也遇到了很多麻烦。

在焊电压辅助电路时，由于没能之前更好理解7815和7915之间的管脚的区别，错误以为78和79系类的管脚是一样的，导致最终在调试过程中，导致短路把一个7915给烧坏了。

在买器件过程中，以为没能意识到，器件的全部参数的总要性，结果买了一些电容因为耐压值不够，而导致浪费，甚至重新买。

这次设计让我明白了一个道理，做任何事前之前，不管完成它的时间有多么充裕，我们都要事前做好准备、充分的利用时间合理安排是时间和团队的配合。

这次给我的经验是宝贵的，在以后的单片机设计或毕业设计中，我就能更加好的利用，安排时间和把作品给做完美。

在这次设计的过程中，最后的主电路在调试过程中，由于最后发现的问题是由于ICL8038内部直接短路了，由于各种原因我们没能再买一片，所以主电路最后已失败告终。

不过我们的辅助电路还是相当的成功的，其误差控制在了2%左右。

尽管主电路由于芯片原因没能成功，我于然收获不少的宝贵的经验，这就是我初次课程设计的收获。

参考文献

考资料：

《集成电路电子制作精制静讲》作者：

阳鸿钧　等编著

《通用电子电路应用400例》作者：

何希才等编著

《电子技术基础》作者：

康华光

附录：

实物图

主电路正面

主电路背面

辅助电压电路正面

辅助电压电路背面