1、目 录1 技术指标 .12 设计方案及其比较 .12.1 方案一 .12.2 方案二 .32.3 方案比较 .43 实现方案 .54 调试过程及结论 .65 心得体会 166 参考文献 17武汉理工大学电子综合实训说明书1基于 ICL8038 的信号发生器的设计1 技术指标设计、组装、调试信号发生器电路，使它能输出正弦波、方波和三角波；其频率在20-20kHz 范围内可调；输出电压：方波 Up-p4V，三角波 Up-p=6V，正弦波 Up-p=1V。2 设计方案及其比较2.1 方案一分采用立器件实现电路组成，主要部件有电压迟滞比较器、积分运算电路、uA741 运算放大器、选择开关、电位器和一些
2、电容、电阻、二极管组成。该方案有三级单元电路组成的，第一级单元可以产生方波，第二级可以产生三角波，第三级可以产生频率可变的正弦波，产生频率可变的正弦波比产生频率可变的方波更困难，第三级电路能将正向和负向的三角波转换成正弦波。电路原理图如图 1 所示：图 1 电路原理图工作原理：通过迟滞比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，正弦波产生电路实际上是一个增益与输出电压幅度成反比例变化的放大器。两个 10k 欧的电位器 RP4 和RP5 设定了输出电压过零点附近的斜率。当输出电压增加时，RP4 应调整到二极管VD3VD6 开始正偏。为了得到正弦波平滑变化的顶部，电位器 RP3 应细心调节，并仔细武汉
3、理工大学电子综合实训说明书2选配二极管 VD1 和 VD2.用双踪示波器来观察输入和输出，仔细调节 RP3、RP4 和 RP5，可使正弦波调节到最佳状态。计算公式：(1)当 U1 与 U2 分开时，U1、R1、R2、R3、RP1 组成电压比较器，运放 U2 与 R4、RP2、C1与 R5 组成方向积分器，其输入信号为方波 Uo1，则积分器的输出电压 Uo2 为：2142()OOdtUUCRP当 Uo1=+Vcc=+12V 时 tRPVtRPCCO 1241242 )()(当 Uo1=-VEE=-12V 时 tCtVUEO 1241242 )()(（2）若比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则
4、自动产生方波三角波。三角波幅度为： 2231COmRVUP方波-三角波频率为： CRPf12423)(仿真波形如图 2 所示：武汉理工大学电子综合实训说明书3图 2 方案一仿真波形信号频率在 20Hz20kHz 可调。2.2 方案二基于 NE555 的信号发生器设计，电路原理图如图 3 所示：图 3 NE555 函数信号发生器原理图工作原理：555 定时器接成多谐振荡器工作形式，C2 为定时电容，C2 的充电回路是武汉理工大学电子综合实训说明书4R2R1RPC2；C2 的放电回路是 C2RPR1IC 的 7 脚(放电管)。由于 R1+RPR2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由 IC
5、的 3 脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，调节电位器 RP 可改变振荡器的频率。方波信号经 R3、C5 积分网络后，输出三角波。三角波再经 R4、C6、R5、C7 积分网络，输出近似的正弦波。C1 是电源滤波电容。 CRPT212)(639.0NE555 的主要特点：1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源范围极大，可与 TTL，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定
6、度佳，且价格便宜。仿真波形如图 4 所示：图 4 方案二仿真波形信号频率在 20Hz20kHz 可调。2.3 方案比较方案一的优点是：线性良好、稳定性好；频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；不存在如文氏电桥那样武汉理工大学电子综合实训说明书5的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。但器件较多，较分散不易集成，方案二电路比较简单，费用便宜，但是波形不理想；所以选择基于 ICL8038 设计方案更合理，电路结构也相对简单，易于实现。3 实现方案基于 ICL8038 的信号发生器设计
7、，电路原理图如图 5 所示：图 5 ICL8038 函数信号发生器原理图工作原理及参数计算：为了使振荡信号获得最佳的特性，流过 ICL8038 集成电路的 4 号脚和 5 号脚的电流不能过大或过小。若电流过大，会使三角波的线性变坏，从而会导致正弦波失真度增大；若过小则电容的漏电流影响变大。最佳电流为 1A1mA。电阻 R 满足下列关系：IVcR10若选择 Vcc=12V,则电阻 R 最佳的变化范围为 1.2k1200k。因为 ，取Cf15.0C1=4700pF，当 时， (k)，取kHzf20max591maxinCf。现选择一电位器 RP1 与 R1 相串联，取 RP1=56k。当电位器 R
8、P1+R1R5.1min最大时，振荡频率 。可见不满足设计任务书最低频率的要求。)(5)(1.0min zRPf为此要再增加一组振荡电容 C2。 )(13.02).16(0). 31 Ff 武汉理工大学电子综合实训说明书6取 C2=0.15F。当调节 RP1=0 时， 。所以当转换开关 K 接入不同电容)(615.0HzCRf时，调节电位器 RP1，输出振荡频率分别为 17Hz666Hz 和 555Hz21kHz。为了提高信号源的带负载能力，可使三角波、正弦波信号经由 LM318 高速运算放大器放大后输出。调节 RP3、RP4，可调节信号输出幅度。测试电路布线图如图 6 所示：图 6 测试电路
9、的布线图4 调试过程及结论由于实际制作时给出的元件有限，我们在制作时对电路图进行了修改，实际电路原理图如图 7 所示：图 7 实际制作时的 ICL8038 电路原理图详细了解了面包板的使用方法之后，按照实现方案原理图在面包板上完成布。给电武汉理工大学电子综合实训说明书7路提供工作电压（VCC 和 VEE 的大小控制在12V 左右） ，选择输出端并接入示波器，观察输出的波形，示波器上出现的方波、三角波和正弦波波形都非常理想，但输出电压没有满足要求，经过讨论后，我们在输出端接了一个分压电路，通过改变分压电路电阻阻值，输出电压可以逐个满足条件。在易老师检查之后，我们开始测量其他频率波形，后发现低频段
10、波行虽能调出但失真严重。经过计算发现芯片 10 脚的 0.1uF 电容太小，如果换一个 0.15uF 的电容低频波形会更完美，也没有找到更合适的电容，不过带入理论计算还是基本符合。最后我们组经过两个半小时的调试和测量得到了实验所需波形及数据。调试结果如下:图 8 方波输出波形由图 8 可以看出，方波频率为 778.8kHz，Vpp=3.68V，此时各滑动变阻器阻值如表 1所示。表 1 各滑动变阻器阻值方波，频率 778.8HZ，10 号脚接入电容 0.01F电阻名称 阻值（K）W上 部17.72下 部2.26上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7武汉理工大学电子综合实训
11、说明书8W上 部4 60.9下 部39.4图 9 方波输出波形由图 9 可以看出，方波频率为 20.38kHz，Vpp=3.60V，此时各滑动变阻阻器值如表2。表 2 各滑动变阻器阻值方波，频率 20.38kHZ，10 号脚接入电容 0.001F电阻名称 阻值（K）W上 部17.63下 部2.42上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部460.9下 部39.4武汉理工大学电子综合实训说明书9图 10 方波输出波形由图 10 可以看出，方波频率为 51.65Hz，Vpp=3.64V，而且波形出现失真，此时各滑动变阻器阻值如表 3。表 3 各滑动变阻器阻值方波，频率 5
12、1.65HZ，10 号脚接入电容 0.1F电阻名称 阻值（K）W上 部19.92下 部0.09上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部460.9下 部39.4武汉理工大学电子综合实训说明书10图 11 三角波输出波形由图 11 可以看出，三角波频率为 3.177kHz，Vpp=6.00V，此时各滑动变阻器阻值如表 4。表 4 滑动变阻器阻值三角波，频率 3.177kHZ，10 号脚接入电容 0.01F电阻名称 阻值（K）W上 部19.79下 部0.24上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部443.5下 部56.8武汉理工大学电子综合实训
13、说明书11图 12 三角波输出波形由图 12 可以看出，三角波频率为 20.08kHz，Vpp=6.00V，此时各滑动变阻器阻值如表 5。表 5 各滑动变阻器阻值三角波，频率 20kHZ，10 号脚接入电容 0.001F电阻名称 阻值（K）W上 部17.90下 部2.02上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部443.5下 部56.8武汉理工大学电子综合实训说明书12图 13 三角波输出波形由图 13 可以看出，三角波频率为 19.28Hz，Vpp=2.66V，而且波形出现失真，此时各滑动变阻器阻值如表 6。表 6 各滑动变阻器阻值三角波，频率 19.28HZ，10
14、 号脚接入电容 0.1F电阻名称 阻值（K）W上 部19.79下 部0.24上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部443.5下 部56.8武汉理工大学电子综合实训说明书13图 14 正弦波输出波形由图 14 可以看出，正弦波频率为 551.9Hz，Vpp=1.00V，而且波形出现失真，此时各滑动变阻器阻值如表 7。表 7 各滑动变阻器阻值正弦波，频率 551.9HZ，和、10 号脚接入电容 0.01F电阻名称 阻值（K）W上 部17.72下 部2.26上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部460.9下 部39.4武汉理工大学电子综合实
15、训说明书14图 15 正弦波输出波形由图 15 可以看出，正弦波频率为 20.28kHz，Vpp=1.00V，此时各滑动变阻器阻值如表 8。表 8 各滑动变阻器阻值正弦波，频率 20kHZ，10 号脚接入电容 0.001F电阻名称 阻值（K）W上 部17.72下 部2.26上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部443.5下 部56.8武汉理工大学电子综合实训说明书15图 16 正弦波输出波形由图 16 可以看出，正弦波频率为 72.89Hz，Vpp=1.01V，此时各滑动变阻器阻值如表9。表 9 各滑动变阻器阻值正弦波，频率 72.89HZ，10 号脚接入电容 0
16、.1F电阻名称 阻值（K）W上 部17.72下 部2.26上 部20.59下 部0.29上 部313.2W下 部82.7上 部460.9下 部39.4结论：三个波形在 100Hz20kHz 频率范围内输出波形完美，但在 20Hz100Hz 频率范围内波形出现失真，而且频率越小是越严重，说明芯片 10 脚的 0.1uF 的电容太小，如果换一个 0.15uF 的电容低频波形会更完美。结果表明 ICL8038 还没有发挥到它最好的性能，这也和我们的布线有部分的关系，电阻电容的选择略有欠缺，这都是急需锻炼和培养的。武汉理工大学电子综合实训说明书165 心得体会本次电子综合实训，我选择了基于 ICL80
17、38 的函数信号发生器，接到任务书后，我首先到图书馆借阅了相关书籍，经过对比与思考，我从三个不同的思路设计了三个方案：方案一主要用到了集成运放，方案二主要用了 NE555 芯片，方案三主要用了 ICL8038 芯片。为了更好地符合设计要求，我在 Protues 上完成了三个电路的仿真模拟，期间遇到了问题，及时查阅资料并进行修正与改进，所以在实验室调试过程中我们只遇到了一些小问题，很快就完成了调试及相关数据的测量。此次电子综合实训感悟颇多，现将心得体会总结如下：（1）在拿到设计方案后，不要急于着手设计，应先深刻解设计要求，然后再查阅相关资料，这样设计起来会事半功倍。在查阅相关资料时我们应筛选出多
18、种方案，然后进行比较，选出和实验设计要求最相关的方案，然后再根据具体要求进行改进。（2）方案确定后，设计时应遵循先总体考虑再纠正个别问题，例如方案一和方案二设计时都出现了输出电压无法满足的情况，通过查阅资料了解到 ICL8038 的输出特性，矩形波幅值 VCC，三角波幅值约为 VCC/3，正弦波幅值约为 VCC/5，所以不加分压电路的话不能同时满足实验电路电压设计要求，所以我们再输出端可以加上分压电路。（3）设计方案完成后，要整体进行对比与评价，找出各个方案的优缺点，对于实现方案我们要用于布线测试，所以要多从实际出发。因为我的实践方案与老师给的参考方案比较相似，所以在布线与测试中省了好多力。（
19、4）尽可能使电路布线规整有序，模块之间关系清楚，既利于自己修改，也利于与别人交流。如果电路乱的连自己都看不懂，那还如何改进和扩展。（5）团队合作很重要，每个人看问题的角度都会不同，一个问题从不同的角度出发则会很容易解决。我们组比较出色的完成调试主要原因就是我与另一个组员诚心合力，分工明确，准备充分。（6）无论做什么事情都要细心，实验更需要缜密严谨的心态。设计型实验更需要合理有序的步骤，由整体划为部分，再由部分和为整体的思想是非常重要的。实验就是帮助我们学以致用，在高等教育学习的过程中，我们不仅仅要学会课本上的理论知识，还应在学好理论的基础上加以运用。本次实验帮我在已有的理论基础上又学到了不少实用的新知识，受益匪浅。武汉理工大学电子综合实训说明书176 参考文献1孙肖子 实用电子电路手册（模拟部分） 高等教育出版社，19912康华光 电子技术基础（模拟部分） （第四版） 武汉：高等教育出版社，20053姚福安 电子电路设计与实践 山东科学技术出版社，20014吴友宇 模拟电子电路 科学出版社，2014
