电子线路设计Word文档下载推荐.docx
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函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据所选实验课程题目设计信号发生器以实现方波、三角波以及正弦波的输出，则可根据所选电路图进行实验规划。
由于ICL8038本身就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片，故本设计采用ICL8038芯片设计波形信号发生器。
二、实验目的：
1、本次实验课题设计要求信号发生器能够实现方波、三角波以及正弦波的可靠输出，并能保证实验电路的高度使用性。
2、掌握信号发生器的设计方法以及测试方法。
3、学会安装调试电路，并能掌握并解决调试过程中出现的问题。
三、实验介绍：
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0.001Hz～300KHz；
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-）：
±
5V～±
15V。
图3-1是管脚排列图，以下是功能框图。
ICL8038采用DIP-14PIN封装。
表2-1ICL8038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2-1ICL8038管脚图
ICL8038内部框图介绍：
图2-2ICL8038的电路结构
函数发生器ICL8038的电路结构如图所示，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Ⅰ和Ⅱ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。
信号产生原理：
三角信号：
假如电容器在充电过程和在放电过程的时间常数相等，而且在电容器充放电时，电容电压就是三角波函数。
方波信号：
触发器的工作状态变化时间是由电容电压的充放电过程决定的，触发器的状态翻转，就能产生方波函数信号，在芯片内部，这两种函数信号经缓冲器功率放大，并从管脚3和管脚9输出。
正弦波信号：
正弦函数信号由三角波函数信号经过非线性变换而获得。
利用二极管的非线性特性，可以将三角波信号的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率
四、实验内容：
ICL8038信号发生器理论电路图图如下所示：
调整过后的ICL8038信号发生器的产生电路如下所示：
当外接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ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，但必须I2＞I1。
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I2＞I1（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Ⅱ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。
两个电压比较器的电压传输特性入下图所示：
两个电压比较器的电压传输特性
为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如下图所示电路中两个100kΩ的电位器和两个10kΩ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:
减小失真度的电路波形
五、实验仿真及结果输出：
用proteus进行电路仿真可得到如下波形：
按电路图焊接电路板并进行数据输出：
以下分别是不同波形输出结果显示：
正弦波波形结果输出：
由上图可以看出，波形基本为正弦波波形。
但存在波形失真情况，波形效果不明显，但基本上还是正弦波的波形，输出结果不理想。
三角波波形结果输出：
由上图可以看出，输出结果为三角波波形，波形比较明显，基本不存在波形失真情况，输出结果比较理想。
方波波形输出结果显示：
由于焊接电路中的电阻和电容都相对比较大，导致占空比比较大，方波波形输出结果太差。
六、实验误差分析：
正弦波失真。
调节1角和12角R100K电位器，可以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。
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