1、 南华大学电气工程学院 电子技术课程设计任务书设计题目： 基于 ICL8038的信号发生器 专 业： 10 级电子 02班 学生姓名: 王超 学 号: 20104470245 起迄日期: 2012年 11月 16日2013 年 1月 1 日指导教师: 朱卫华 电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1.1 课程设计内容 题目：基于 ICL8038的信号发生器要求：（ 1） 输 出 波 形方 波 、 三 角 波 、 正 弦 波 等 。（ 2） 频 率 范 围输 出 频 率 范 围 一 般 可 分 为 若 干 波 段 。（ 3） 输 出 电 压输 出 电
2、 压 一 般 指 输 出 波 形 的 峰 峰 值 。（ 4） 波 形 特 性正 弦 波 ： 谐 波 失 真 度 ， 一 般 要 求 小 于 3 。三 角 波 ： 非 线 性 失 真 度 ， 一 般 要 小 于 2 。方 波 ： 上 升 沿 和 下 降 沿 时 间 。1.2 课程设计要求综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。2对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于 3500字。要求图纸
3、布局合理，符合工程要求，使用 Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：参考文献【1】康华光，电子技术基础模拟部分（第五版）M，高等教育出版社，2005；【2】康光华，电子技术基础数字部分（第五版）M，高等教育出版社，2005；【3】黄智伟全国大学生电子设计竞赛技能训练M北京：北京航空航天大学出版社，2011；基于 ICL8038的信号发生器设计1 整体设计思想利用单片集成函数信号发生器 ICL8038、集成振荡器、电位器等外围电路灵活的组成，使通过电源来产生产生正弦波、方波、三角波等波形电路。工作原理整体框图如图 1.1 所示。2 详
4、细设计2.1、ICL8038 的工作原理ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为 0.001Hz300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于 0.1%；占空比变化范围为 2%98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度） ；频率的温度稳定度（典型值）为 120*10-6（ICL8038ACJD）250*10-6（ICL8038CCPD） ；对于电源，单电源（V+）：+10+30V，双电源（+V） （V-）：5V15V。图 3-1是管脚
5、排列图，以下是功能框图。8038 采用 DIP-14PIN封装。频率选择控制 三角波正弦波幅度控制直流电源方波图 1-1 由 8038构成的函数发生器电路组成框图ICL8038 表 2-1ISL8038管脚功能：管脚符号 功能1&12 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形调整端。通常 SINADJ1开路或接直流电压,SINADJ2 接电阻 REXT到 V-，用以改善正弦波波形和减小失真。2 SINOUT 正弦波输出3 TRIOUT 三角波输出4&5 DFADJ1，DFADJ2 输出信号重复频率和占空比（或波形不对称度）调节端。通常 DFADJ1端接电阻 RA到 V+，DFADJ2 端接
6、RB到 V+，改变阻值可调节频率和占空比。6 V+ 正电源7 FMBIAS 调频工作的直流偏置电压8 FMIN 调频电压输入端9 SQOUT 方波输出10 C 外接电容到 V-端，用以调节输出信号的频率与占空比11 V- 负电源端或地13&14 NC 空脚图 2-1 ICL8038管脚图2.2、ICL8038 内部框图介绍图 2-2 ICL8038的电路结构函数发生器 ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图 3-2） ，共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为 IS1和 IS2，且 IS1=I，IS2=2I；两个电压比较器和的阈值电压分别为 S以及 S和 ，它们的输入电压等于电容两端的电
7、压 Uc，输出电压分别控制 RS触发器的 S端和 端；RS 触发器的状态输出端 Q和 用来控制开关 S，实现对电容 C的充、放电；充点电流 Is1、Is2 的大小由外接电阻决定。当 Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。2.3、方案电路工作原理（见图 2-3）图 2-3 函数信号发生器当外接电容 C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器、的阀值分别为总电源电压（指+Vcc、-VEE）的 2/3和 1/3。恒流源 I2和 I1的大小可通过外接电阻调节，但必
8、须 I2I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源 I2断开，恒流源 I1给 C充电，它的两端电压 UC随时间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器 I的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源 I2接通，由于 I2I1（设 I2=2I1） ，I2 将加到 C上进行反充电，相当于 C由一个净电流 I放电，C 两端的电压 UC又转为直线下降。当它下降到电源电压的 1/3时，电压比较器输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚 9输出方波信号。C 上的电压 UC，上升与下降时间相等（呈三角形） ，经电压跟随器从引脚 3输出三角波信号。将三角波变为正弦波是经过一
9、个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波的两端变为平滑的正弦波，从 2脚输出。 其中 K1为输出频段选择波段开关，K2 为输出信号选择开关，电位器 Rp1为输出频率细调电位器，电位器 Rp2调节方波占空比，电位器 Rp3、Rp4 调节正弦波的非线性失真。 2.4、两个电压比较器的电压传输特性如图 1-4所示图 2-4 两个电压比较器的电压传输特性2.5、常用接法如图（3-2）所示为 ICL8038的引脚图，其中引脚 8为频率调节（简称为调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚 7输出调频偏置电压，数值是引脚 7与电源+VCC 之差，它可作为引脚 8的输
10、入电压。 如图（3-5）所示为 ICL8038最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻 RL至+VCC。在图(a)所示电路中，RA 和 RB可分别独立调整。在图(b)所示电路中，通过改变电位器 Rp滑动的位置来调整 RA和 RB的数值。 （a） （b）图 2-5 ICL8038的两种基本接法当 RA=RB时，各输出端的波形如下图(a)所示，矩形波的占空比为 50，因而为方波。当 RAR B时，矩形波不再是方波，引脚 2输出也就不再是正弦波了，图(b)所示为矩形波占空比是 15%时各输出端的波形图。根据 ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为故 RA2R
11、B。（a）矩形波占空比为（b）矩形波占空比50%的输出波形 15%的输出波形图 3-6 个占空比的输出波形为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如下图（图 3-7）所示电路中两个 100k 的电位器和两个 10k 电阻所组成的电路，调整它们可使正弦波失真度减小到 0.5%。在 RA和 RB不变的情况下，调整 RW2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到 100:1。在引脚 8与引脚 6之间直接加输入电压调节振荡频率，最高频率与最低频率之差可达 1000:1。图 2-7 减小失真度的电路波形3 仿真3.1、软件仿真采用 Protues 软件仿真，电路连接比较简单，但是在仿真的过程中出现很多问题，特
12、别是频率问题，根据计算公式当电阻 R=10K 时，要使输出频率达到 1Hz，则电容的值应选 33uF,但是在仿真的过程中但换挡到电容为 1uF 的时候波形就变成了直线，后面通过改变电阻也不行，输出的频率总是达不到 100Hz 以下。3.2、硬件仿真软件仿真没有达到预期要求，接下来通过硬件仿真。硬件仿真其次是在面包板上直接插元器件进行仿真。硬件仿真和软件仿真的结果完全不一样，输出频率完全能到达 1Hz。另外就是在第一次做失败的硬件电路的调试过程中进行了仿真。4 系统测试及误差分析4.1、测试仪器双踪示波器、万用表。4.2、误差分析及改善措施正弦波失真。调节 1角和 12角 R100K电位器，可以
13、将正弦波的失真减小到1%。输出方波不对称，改变 10K电位器来调节频率与占空比，可获得占空比为 50%的方波，10K 电位器、阻值为 100电阻与外接电容 C一起决定了输出波形的频率，调节电位器和换接电容可以改变信号输出频率。 没有振荡。是 10脚与 11脚短接了，断开就可以了。产生波形失真，有可能是电容管脚太长引起信号干扰，把管脚剪短就可以解决此问题。5 元器件清单序号 元件 参数 类别 备注1 R3、R4、R5 10K 电阻 碳膜电阻 1/4W2 RV1、RV2、RV31K 电位器3 RV10 10K 电位器4 DIP-14 DSW2 频率选择开关5 ICL8038 8550 芯片 +12
14、V6 DIP-14 DSW1 波形选择开关7 C1 0.033UF 电容8 C2 100PF 电容9 C3 1UF 电容10 C4 33UF 电容11 C5 0.33UF 电容12 C6 1000PF 电容13 C7 4720PF 电容面包板6 原理图及实物图原理图实物图7 设计总结通过本课程的设计，使我对 ICL8038的工作原理有了本质的理解，掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用 ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。在本次课程设计中最大的收货就是学习了如何去硬件仿真一个电路，并且也了解了到了对于一个问题的理论与实践的差异，就像这次的硬件仿真和软件仿真，结果完全不一样，知道了硬件仿真的重要性与不可取代性。
