1、波形发生器的设计方案：一.技术背景：信号发生器是最重要的一起之一，随着测试对象的多样化和数字技术的进步，信号发生器获得了更广泛的应用和快速的发展。信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等领域中。它能满足测试系统的多种要求，成为了系统综合测试中不可缺少的组成部分。二.摘要：在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、 测量仪器、仪表和 计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频
2、率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。ICL8038精密 函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、三角波和正弦波。而且价格低廉和能达到设计要求。三.整体方案论证与比较1.方案论证信号发生的主要实现方法根据实现思路可以分为模拟式和数字式，根据实现方法可以分为直接法、琐相法、直接数字法和混合法四种。根据设计要求，基本部分需要实现正弦波、方波、三角波信号发生，而其他部分主要实现信号调制。方案1：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
3、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。其原理图如图1。方案2：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。其原理图为：图2:直接式锁相频率合成器原理图方案3： MAX038是美国 MAXIM 公司生产的高频, 低输出电阻,驱动能力强(20mA)的函数信号发生器芯片.MAX038主要电气性能：工作频率范围：0.1Hz20Mz频率扫描范围：375：1输出电阻：0.1 非线性失真：小于0.75%温度系数：200ppm/ C输出波形：正弦波、三角波、锯齿波
4、、脉冲波、占空比可调输出幅度： =2v方案4：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0.001Hz300KHz。ICL8038函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，具有电源电压范围宽、稳定度好、精度高等优点，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、三角波和正弦波。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频信号输入端, 所以可以用来对低频信号进行频率调制。2.方案比较：方案1：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定
5、在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂，不适于产生低频信号。这是琐相法的一种。琐相法所采用的琐相频率合成技术在近年发展较快、应用也较广泛，但其频率转换速度不快，电路控制复杂，这使得该技术应用受到了一定的限制。方案2：传统的直接频率合成器部件虽然大部分属于数字电路，输出频率相对带宽较宽、频率分辨率极高、频率转换时间短、相位噪声低，但是，结构复杂、杂散多。方案3：虽然 MAX038可以实现题目的频率范围要求，但是由于 MAX038的参数与外围的电阻有关，而分散的电阻 电容将严重影响单片函数发生器的频率稳定度、精度、抗干扰能力。同时必须增加复杂的外围电路对信号进行
6、调制。实施难度较大，引起无法达到设计要求，因此，取消了该方案。3.方案选定综合上面方案的论证与比较，我们最终选定方案4？做为设计的思路。四. 单元模块设计：1.电源模块:使用单纯的集成运放来建立电流源，可以使用一些基本运算电路来获得电流，并且可以通过电压来改变输出电流，单片机可以使用 DA 芯片对其进行控制。但是其有一个很大的缺点，能够产生的电流比较小，不能完成题目的大电流的要求。方案选定：综上所述，最后选定如下电源。？a） 单片机以及相关芯片工作电源选择单片机需要在+5V 电压工作，我们按照题目要求，制作了电源，采用目前比较流行的稳压管技术，利用同过7805，7812，7912 ，7815，
7、7915等稳压管，获得+5V， 12V，完全可以满足单片机以及相应芯片的电压要求。图3: 工作电源2.放大电路根据题目的需求及实现某些特性,我们选择如下放大电路设计图图4:放大电路图3.ICL8038介绍A.性能特点具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm ；具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；正弦波输出具有低于1的失真度；三角波输出具有0 1高线性度；具有0001Hz1MHz 的频率输出范围；工作变化周期宽，2 98之间任意可调；高的电平输出范围，从 TTL 电平至28V ；易于使用，只需要很少的外部条件。B.管脚功能:图5: ICL8038管教 功能图 7C. 基
8、本电路的工作原理。图6:ICL8038的内部框图如图所示恒流源 CS1,CS2主要用于对接电容 C 进行充电放电,可利用4,5 脚外接电阻调整恒流源的电流,以改变电容 C 的充电时间常数,从而改变10脚三角波的频率.两个比较器内部基准电压设定在2.3V, 与1.3V 使两个比较器必须在大于2.3V ,或小于1.3V,的范围内翻转.其输出同时控制触发器,使其一方面控制恒流源 CS2的通断, 另一方面输出方波经集电极开路缓冲器,由9 脚输出方脉冲,而10脚经缓冲器直接由3 脚输出三角波,另外还经三角波-正弦波变换电路由2脚输出低失真正弦波.外接电容 C 由两个恒流源充电和放电 .若 S 断开,仅有
9、电流 I1向 C 充电,当 C 上电压上升到比较器1的门限电压2 3V 时,触发器输出 Q=1.开关 S 导通,CS2把电流 I2加到 C 上反充电, 当 I2I1时,相当于 C 又一个净电流 I2-I1放电,此时 C 上电压逐渐下降,当下降到比较器2的门限电压1 3V 时,R*S 触发器被复位,Q=0,于是 S 断开 CS2,仅有对 C 充电,如此反复形成振荡,C 上电压近似为三角波,而触发器输出则为方波 .当两个电流源 CS1,CS2的电流分别设定为 I,2I 时,电容 C 上的充电,放电时间相等, 则10 脚三角波以及变换的正弦波就是对称的,方波的占空比是50%.若恒流源 CS1,CS2的电流不满足上述关系, 则3 脚输出非对称的锯齿波,2脚输出非对称的正弦波,9脚输出占空比2% 98%的脉冲波形. 另外改变恒流源 I 的大小, 即可改变振荡信号的频率 .五.测试方法与结果1.测试仪器: 双综 示波器、频谱分析仪 、频率计、万用表2.测试方法：A.用示波器直接观察了输出波形,和用频率计来测试看作品是否达到了设计要求 .B.正弦波、AM 等波形进行的直观与定量的测量
