1、基于 ICL8038 的函数信号发生器仿真报告09 工试 2 班 麻辉凯一、ICL8038 内部结构介绍图 1 ICL8038 内部电路方框图该芯片由三角波振荡电路、比较器 1、比较器 2、触发器、三角波正弦波变换电路、恒流源 CS1、CS2 等组成。恒流源 CS1、CS2 主要用于对外接电容 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 的充放电时间常数, 从而改变 10 脚三角波的频率。两个比较器分别被内部基准电压设定在 2/3Vs 与 1/3Vs。使两个比较器必须在大于 2/3Vs 或小于 1/3Vs 的范围内翻转。其输出同时控制触发器, 使其一方面控
2、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 2/3Vs 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 I2 I1 时, 相当于 C 由一个净电流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 1/3Vs 时, RS 触发器被复位,Q =
3、 0, 于是 S 断开 CS2, 仅有 CS1 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 脚输出占空比为 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。二、频率和占空比的计算图 2 外部定时电阻的连接所有波形的对称性都可以通过调节外部定时电阻来
4、调节。如图 2 所示，RA、RB 是外部定时电阻。最好是保持 RA 和 RB 的独立性，然后用 RA 来控制三角波、正弦波的上升部分和方波的状态。三角波的幅度设置在 1/3VSUPPLY,因此，三角波的上升部分是：1= =1/30.22=0.66另一部分三角波、正弦波和方波的状态是：2= = 1/32(0.22) 0.22= 0.66(2)则由此两部分可得到波形的频率为：= 11+2= 10.66(1+ 2)通过改变 RA 和 RB 的阻值即可以改变 t1,t2 的值，从而调节方波的占空比。当 RA=RB=R 时,频率 f 为：=0.33我们选取 prutues 仿真电路 RA 和 RB 的阻
5、值为 10k,由于 ICL8038 的频率范围是0.001Hz300kHz 之间，因此，当电容值选取 C=100pF 时，此时最大输出频率就可以达到 300kHz 的要求，电容 C 不用选取的太小。图 3 占空比调节电路 protues 仿真波形图三、波形失真调节电路图 4 连接来实现正弦波的最小畸变为了减少失真，11 脚和 12 脚之间的电阻 82K 最好是变量。这样的安排失真小于 1%是可以实现的。如图 4 所示，此种连接允许的正弦波典型失真可减少到接近 0.5%。失真调节电路的 protues 仿真波形如图 5，可见，该正弦波波形失真度非常小，波形较完美。图 5 失真调节后的正弦波仿真波
6、形四、运算放大电路模块由于输出的正弦波，三角波的幅度比方波要小很多，因此我们在 8038芯片的波形输出端加上放大电路模块，以增大输出波形的幅度。运算放大电路如图 6 所示，在此我们选用性能较优的运放 OP37。我们采用反向运算放大器的电路接法，运算放大倍数为：=0则输出电压为：0=0在此，我们选取电压放大倍数 =5 即可。图 6 运算放大电路五、函数信号发生器电路仿真仿真电路原理图如下图所示：图 7 函数信号发生器电路图如图 7 所示，外接电容 C 我们采用档位选择制，共有 6 个档位，依次为25uF，2.5uF,100nF,10nF,200pF,47pF，以满足不同的频率和负载要求。不加运放
7、时 8038 芯片信号输出端方波，三角波，正弦波波形输出如图 8 所示，可见该波形的形状非常规范，只是三角波和正弦波的波形幅度比方波小很多。图 8 不加运放时 8038 信号输出端波形加上运放的作用之后，波形输出如图 9 所示，Channel D 输出的就是经过运放放大之后的三角波的波形，可见此时三角波的幅度明显加大。图 9 加上运放之后信号发生器波形输出六、ICL8038 波形输出频率范围探究ICL8038 波形频率输出范围是 0.001Hz300kHz，那么超过此范围之后波形会怎样呢？在此，我们选电容 C 的最低档位 47pF，仿真，观察频率超出 300kHz时的情况，此时波形如图 10 所示：可见此时的波形输出有明显的失真现象存在！图 10 超出 8038 频率输出范围的波形
