它能同時輸出正弦波、方波和三角波；其頻率在20-20khz
范圍內(nèi)可調(diào)
1、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計、組裝、調(diào)試信號發(fā)生器電路，使它能輸出正弦波、方波和三角波；其頻率在20-20
范圍內(nèi)可調(diào)；輸出電壓：方波
，三角波
，正弦波
。
方案的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.1所示。
圖2.1 由8038構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖
ICL8038主要特點：
- 具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm/℃。
- 正弦波輸出具有低于1%的失真度。
- 三角波輸出具有0.1%高線性度。
- 具有0.001Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬。
- 占空比2%～98%之間任意可調(diào)。
- 高的電平輸出范圍；從TTL電平至28V。
- 具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出。
- 易于使用，只需要很少的外部條件。
方案中，利用單片集成函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038、集成振蕩器、電位器等外圍電路靈活的組成，使通過電源來產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形電路。
1、ICL8038的管腳功能圖2.2 ICL8038管腳功能圖
腳1、12 ：正弦波失真度調(diào)節(jié)；
腳2：正弦波輸出；
腳3：三角波輸出；
腳4、5：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對稱調(diào)節(jié)；
腳6：正電源±10V～±18V；
腳7：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；
腳8：外部掃描頻率電壓輸入；
腳9：方波輸出，為開路結(jié)構(gòu)；
腳10：外接振蕩電容；
腳11：負電原或地；
腳13、14：空腳。
2 、ICL8038的性能特點（1）具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；
（2）正弦波輸出具有低于1％的失真度；
（3）三角波輸出具有0．1％高線性度；
（4）具有0．001Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬；
（5）2％～98％之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍；
（6）從TTL電平至28V；
（7）具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出；
（8）易于使用，只需要很少的外部條件。
3、ICL8038內(nèi)部結(jié)構(gòu)ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，其內(nèi)部原理電路框圖如圖3.2。在圖3.2中，ICL8038由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2和觸發(fā)器等組成。電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/(VR=VCC+VEE)，電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時間線性上升，當VC上升到VC=2VR/3時，比較器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖剑刂崎_關(guān)S使電流源I2接通。由于I2>I1，因此電容C放電，vc隨時間線性下降。當vc下降到vc≤VR/3時，比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖剑琁2再次斷開，I1再次向C充電，vc又隨時間線性上升。如此周而復始，產(chǎn)生振蕩，若I2=2I1，vc上升時間與下降時間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3，而觸發(fā)器輸出的方波經(jīng)緩沖器輸出到腳9，三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形。
圖2.3 內(nèi)部原理電路框圖
4、控制電路ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器有兩種工作方式，即輸出函數(shù)信號的頻率調(diào)節(jié)電壓可以由內(nèi)部供給，也可以由外部供給。用以下由內(nèi)部供給偏置電壓調(diào)節(jié)的接線圖對芯片進行測試，觀察其特性，圖2.4為基本接法。
圖2.4 ICL8038的一種接法
在以上應用中，由于第7腳頻率調(diào)節(jié)電壓偏置一定，所以函數(shù)信號的頻率和占空比由RA、RB和C決定，其頻率為F，周期T，t1為振蕩電容充電時間，t2為放電時間。
T＝t1＋t2
f＝1／T
由于三角函數(shù)信號在電容充電時，電容電壓上升到比較器規(guī)定輸入電壓的1／3倍，分得的時間為
t1=CV/I=(C·1/3·Vcc·R A)/(1/5·Vcc)=5RAC /3
在電容放電時，電壓降到比較器輸入電壓的1／3時，分得的時間為
t2＝CV／I＝（C·1／3·VCC）／（2／5·VCC /RB－1／5·VCC／RA）
＝（3／5·RA·RB·C）／（2RA－RB）
f＝1／（t1＋t2）＝3／｛5RAC［1＋RB／（2RA－RB）］｝
對圖中，如果RA＝RB，就可以獲得占空比為50％的方波信號。其頻率
f＝3／（10RAC）
表2.1 電路的元器件
（4）整體電路
圖2.5 仿真電路圖
電路工作原理
本設(shè)計的函數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的波形的峰峰值可以由直流電源來直接控制，比較簡單，只需要將直流電源設(shè)置為正負6V，即可在誤差允許范圍內(nèi)得到Vp-p=12V的方波、Vp-p=4V的三角波以及Vp-p>1V的正弦波。
由ICL8038為核心所組成的函數(shù)發(fā)生器的主要功能為輸出方波、三角波和正弦波等波形。振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好。本設(shè)計的頻率范圍是1KHz-10kHz，輸出波形的失真小。正弦波失真度＜5%，經(jīng)過仔細調(diào)整后，失真度還可降低到0.5%。三角波的線性度高達0.1%。 矩形波占空比的調(diào)節(jié)范圍很寬，D=1%-99%，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。
3、仿真及數(shù)據(jù)分析圖3.1 仿真運行后的方波、正弦波和三角波波形
函數(shù)發(fā)生器的電路是在Proteus中畫出原理電路圖并進行的仿真實驗。因為設(shè)計要求是產(chǎn)生方波、三角波、正弦波，所以ICL8038的4管腳5管腳的外接電阻一定要相等才能產(chǎn)生占空比為50%的矩形波即方波，才可以產(chǎn)生三角波。如果占空比不為50%，產(chǎn)生的波形就為鋸齒波。通過計算將4腳5腳的外接電阻都設(shè)為4.7KHz，電容設(shè)為6380pF~63800pF之間的可變電容器，外接電源為正負6V的直流電源，7腳8腳短接。調(diào)節(jié)可變電容器的容值就可以產(chǎn)生頻率范圍為1KHz-10kHz的方波、三角波和正弦波。
4、設(shè)計小結(jié)這次設(shè)計于2017年12月31日晚上開始著手，共用了一天半的時間。剛開始的時候用multisim做該課設(shè)，但是發(fā)現(xiàn)multisim里沒有該仿真的核心元件：ICL8038芯片，一時非常的著急。網(wǎng)上找資料并向?qū)W長詢問都未果，給老師發(fā)短信老師回復說找不到元件庫的話可以用其他原件或軟件代替實現(xiàn)，最終經(jīng)過查閱資料我選擇了用proteus進行該仿真，并完成了此次任務(wù)。
通過幾天的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計，知道了設(shè)計的一般步驟:首先要對所選課題做認真的分析，明確了解任務(wù)和功能指標，然后作總體原理框圖的設(shè)計。在設(shè)計的過程中，要根據(jù)具體情況，反復對設(shè)計方案進行論證與比較，以求得到最佳方案。在整體方案確定后，合理選擇和獨立設(shè)計單元模塊電路選擇元器件，畫電路圖，進行仿真和功能測試，撰寫實驗報告。
在本次課題設(shè)計中使用了ICL8038單片函數(shù)波形發(fā)生器，使我對ICL8038的工作原理有了更多的理解，較深入的學習了ICL8038的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用ICL8038制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備，可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，精度高，系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟實用，而且具有較高的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。特別適合用于工控和電子實驗室，當輸出緩沖電路獨立設(shè)置多路時，可同時多路輸出三種信號，比較容易滿足實驗需要。
雖然這次設(shè)計只有短短的幾天時間，我想對于我今后的學習和工作都有著非常深遠的意義。它讓我明白經(jīng)過實踐掌握的知識才是最牢固的，在以后的學習中要注重實踐，同時對于布置下來的任務(wù)盡量要提前著手去做，遇到問題及時詢問及時解決。
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