ICL8038正弦方波三角波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 包含Proteus仿真電路圖等資料

ID:561529 · 發(fā)表于 2019-6-21 10:32

里面有文檔和仿真大家可以參考

它能同時(shí)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(jì)任務(wù)與要求

設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試信號(hào)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

。

2、原理電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案

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(diǎn)：

具有在發(fā)生溫度變化時(shí)產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過(guò)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(hào)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(hào)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(guò)電源來(lái)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形電路。

單元電路設(shè)計(jì)

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(duì)稱(chēng)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(kāi)路結(jié)構(gòu)；

腳10：外接振蕩電容；

腳11：負(fù)電原或地；

腳13、14：空腳。

2 、ICL8038的性能特點(diǎn)

（1）具有在發(fā)生溫度變化時(shí)產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過(guò)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(hào)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(mén)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(guò)外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時(shí)，它控制開(kāi)關(guān)S使電流源I2斷開(kāi)。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時(shí)間線性上升，當(dāng)VC上升到VC=2VR/3時(shí)，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�，控制開(kāi)關(guān)S使電流源I2接通。由于I2>I1，因此電容C放電，vc隨時(shí)間線性下降。當(dāng)vc下降到vc≤VR/3時(shí)，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(kāi)，I1再次向C充電，vc又隨時(shí)間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，若I2=2I1，vc上升時(shí)間與下降時(shí)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(hào)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(duì)芯片進(jìn)行測(cè)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(yīng)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(hào)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(shí)間，t2為放電時(shí)間。

T＝t1＋t2

f＝1／T

由于三角函數(shù)信號(hào)在電容充電時(shí)，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(shí)間為

t1=CV/I=(C·1/3·Vcc·R A)/(1/5·Vcc)=5RAC /3

在電容放電時(shí)，電壓降到比較器輸入電壓的1／3時(shí)，分得的時(shí)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(duì)圖中，如果RA＝RB，就可以獲得占空比為50％的方波信號(hào)。其頻率

f＝3／（10RAC）

元件選擇

表2.1 電路的元器件

序號(hào)	名稱(chēng)	型號(hào)	數(shù)目	參數(shù)
1	示波器	OSCILLOSCOPE	1
2	電容	CAP	1	C1 6400PF
3	電源	CELL	2	BAT1 6v BAT2 6V
4	ICL8038芯片	ICL8038	1
5	滑動(dòng)變阻器	POT	2	RV1 100K RV2 1K
6	電阻	RES	3	R1 4.7K R2 4.7K R3 15K
7	接地	GROUND	2

（4）整體電路

圖2.5 仿真電路圖

電路工作原理

本設(shè)計(jì)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(lái)直接控制，比較簡(jiǎn)單，只需要將直流電源設(shè)置為正負(fù)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(jì)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(guò)仔細(xì)調(diào)整后，失真度還可降低到0.5%。三角波的線性度高達(dá)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(yùn)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(huà)出原理電路圖并進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)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(guò)計(jì)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(fù)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(jì)小結(jié)

這次設(shè)計(jì)于2017年12月31日晚上開(kāi)始著手，共用了一天半的時(shí)間。剛開(kāi)始的時(shí)候用multisim做該課設(shè)，但是發(fā)現(xiàn)multisim里沒(méi)有該仿真的核心元件：ICL8038芯片，一時(shí)非常的著急。網(wǎng)上找資料并向?qū)W長(zhǎng)詢(xún)問(wèn)都未果，給老師發(fā)短信老師回復(fù)說(shuō)找不到元件庫(kù)的話可以用其他原件或軟件代替實(shí)現(xiàn)，最終經(jīng)過(guò)查閱資料我選擇了用proteus進(jìn)行該仿真，并完成了此次任務(wù)。

通過(guò)幾天的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，知道了設(shè)計(jì)的一般步驟:首先要對(duì)所選課題做認(rèn)真的分析，明確了解任務(wù)和功能指標(biāo)，然后作總體原理框圖的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)具體情況，反復(fù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(dú)立設(shè)計(jì)單元模塊電路選擇元器件，畫(huà)電路圖，進(jìn)行仿真和功能測(cè)試，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

在本次課題設(shè)計(jì)中使用了ICL8038單片函數(shù)波形發(fā)生器，使我對(duì)ICL8038的工作原理有了更多的理解，較深入的學(xué)習(xí)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(lái)的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡(jiǎn)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(hào)質(zhì)量好，精度高，系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)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(shí)驗(yàn)室，當(dāng)輸出緩沖電路獨(dú)立設(shè)置多路時(shí)，可同時(shí)多路輸出三種信號(hào)，比較容易滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)需要。

雖然這次設(shè)計(jì)只有短短的幾天時(shí)間，我想對(duì)于我今后的學(xué)習(xí)和工作都有著非常深遠(yuǎn)的意義。它讓我明白經(jīng)過(guò)實(shí)踐掌握的知識(shí)才是最牢固的，在以后的學(xué)習(xí)中要注重實(shí)踐，同時(shí)對(duì)于布置下來(lái)的任務(wù)盡量要提前著手去做，遇到問(wèn)題及時(shí)詢(xún)問(wèn)及時(shí)解決。