1、設計任務與要求
設計、組裝、調試信號發生器電路，使它能輸出正弦波、方波和三角波；其頻率在20-20
范圍內可調；輸出電壓：方波
，三角波
，正弦波
。
范圍內可調；輸出電壓：方波，三角波，正弦波。2、原理電路設計
- 設計方案
方案的結構框圖如下圖2.1所示。
圖2.1 由8038構成的函數發生器電路組成框圖
ICL8038主要特點：
- 具有在發生溫度變化時產生低的頻率漂移，最大不超過50ppm/℃。
- 正弦波輸出具有低于1%的失真度。
- 三角波輸出具有0.1%高線性度。
- 具有0.001Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬。
- 占空比2%～98%之間任意可調。
- 高的電平輸出范圍；從TTL電平至28V。
- 具有正弦波、三角波和方波等多種函數信號輸出。
- 易于使用，只需要很少的外部條件。
方案中，利用單片集成函數信號發生器ICL8038、集成振蕩器、電位器等外圍電路靈活的組成，使通過電源來產生正弦波、方波、三角波等波形電路。
- 單元電路設計
圖2.2 ICL8038管腳功能圖
腳1、12 ：正弦波失真度調節；
腳2：正弦波輸出；
腳3：三角波輸出；
腳4、5：方波的占空比調節、正弦波和三角波的對稱調節；
腳6：正電源±10V～±18V；
腳7：內部頻率調節偏置電壓輸；
腳8：外部掃描頻率電壓輸入；
腳9：方波輸出，為開路結構；
腳10：外接振蕩電容；
腳11：負電原或地；
腳13、14：空腳。
2 、ICL8038的性能特點（1）具有在發生溫度變化時產生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；
（2）正弦波輸出具有低于1％的失真度；
（3）三角波輸出具有0．1％高線性度；
（4）具有0．001Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬；
（5）2％～98％之間任意可調；高的電平輸出范圍；
（6）從TTL電平至28V；
（7）具有正弦波、三角波和方波等多種函數信號輸出；
（8）易于使用，只需要很少的外部條件。
3、ICL8038內部結構ICL8038是單片集成函數發生器，其內部原理電路框圖如圖3.2。在圖3.2中，ICL8038由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2和觸發器等組成。電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/(VR=VCC+VEE)，電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調節，且I2必須大于I1。當觸發器的Q端輸出為低電平時，它控制開關S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時間線性上升，當VC上升到VC=2VR/3時，比較器C1輸出發生跳變，使觸發器輸出端Q由低電平變為高電平，控制開關S使電流源I2接通。由于I2>I1，因此電容C放電，vc隨時間線性下降。當vc下降到vc≤VR/3時，比較器C2輸出發生跳變，使觸發器輸出端Q又由高電平變為低電平，I2再次斷開，I1再次向C充電，vc又隨時間線性上升。如此周而復始，產生振蕩，若I2=2I1，vc上升時間與下降時間相等，就產生三角波輸出到腳3，而觸發器輸出的方波經緩沖器輸出到腳9，三角波經正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形。
圖2.3 內部原理電路框圖
4、控制電路
ICL8038單片函數發生器有兩種工作方式，即輸出函數信號的頻率調節電壓可以由內部供給，也可以由外部供給。用以下由內部供給偏置電壓調節的接線圖對芯片進行測試，觀察其特性，圖2.4為基本接法。
圖2.4 ICL8038的一種接法
在以上應用中，由于第7腳頻率調節電壓偏置一定，所以函數信號的頻率和占空比由RA、RB和C決定，其頻率為F，周期T，t1為振蕩電容充電時間，t2為放電時間。
T＝t1＋t2
f＝1／T
由于三角函數信號在電容充電時，電容電壓上升到比較器規定輸入電壓的1／3倍，分得的時間為
t1=CV/I=(C·1/3·Vcc·R A)/(1/5·Vcc)=5RAC /3
在電容放電時，電壓降到比較器輸入電壓的1／3時，分得的時間為
t2＝CV／I＝（C·1／3·VCC）／（2／5·VCC /RB－1／5·VCC／RA）
＝（3／5·RA·RB·C）／（2RA－RB）
f＝1／（t1＋t2）＝3／｛5RAC［1＋RB／（2RA－RB）］｝
t2＝CV／I＝（C·1／3·VCC）／（2／5·VCC /RB－1／5·VCC／RA）
＝（3／5·RA·RB·C）／（2RA－RB）
f＝1／（t1＋t2）＝3／｛5RAC［1＋RB／（2RA－RB）］｝
對圖中，如果RA＝RB，就可以獲得占空比為50％的方波信號。其頻率
f＝3／（10RAC）
- 元件選擇
表2.1 電路的元器件
序號 | 名稱 | 型號 | 數目 | 參數 |
1 | 示波器 | OSCILLOSCOPE | 1 |
|
2 | 電容 | CAP | 1 | C1 6400PF |
3 | 電源 | CELL | 2 | BAT1 6v BAT2 6V |
4 | ICL8038芯片 | ICL8038 | 1 |
|
5 | 滑動變阻器 | POT | 2 | RV1 100K RV2 1K |
6 | 電阻 | RES | 3 | R1 4.7K R2 4.7K R3 15K |
7 | 接地 | GROUND | 2 |
|
（4）整體電路
圖2.5 仿真電路圖
電路工作原理
本設計的函數發生器所產生的波形的峰峰值可以由直流電源來直接控制，比較簡單，只需要將直流電源設置為正負6V，即可在誤差允許范圍內得到Vp-p=12V的方波、Vp-p=4V的三角波以及Vp-p>1V的正弦波。
由ICL8038為核心所組成的函數發生器的主要功能為輸出方波、三角波和正弦波等波形。振蕩頻率范圍寬，頻率穩定性好。本設計的頻率范圍是1KHz-10kHz，輸出波形的失真小。正弦波失真度＜5%，經過仔細調整后，失真度還可降低到0.5%。三角波的線性度高達0.1%。 矩形波占空比的調節范圍很寬，D=1%-99%，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。
3、仿真及數據分析
圖3.1 仿真運行后的方波、正弦波和三角波波形
函數發生器的電路是在Proteus中畫出原理電路圖并進行的仿真實驗。因為設計要求是產生方波、三角波、正弦波，所以ICL8038的4管腳5管腳的外接電阻一定要相等才能產生占空比為50%的矩形波即方波，才可以產生三角波。如果占空比不為50%，產生的波形就為鋸齒波。通過計算將4腳5腳的外接電阻都設為4.7KHz，電容設為6380pF~63800pF之間的可變電容器，外接電源為正負6V的直流電源，7腳8腳短接。調節可變電容器的容值就可以產生頻率范圍為1KHz-10kHz的方波、三角波和正弦波。
4、設計小結
這次設計于2017年12月31日晚上開始著手，共用了一天半的時間。剛開始的時候用multisim做該課設，但是發現multisim里沒有該仿真的核心元件：ICL8038芯片，一時非常的著急。網上找資料并向學長詢問都未果，給老師發短信老師回復說找不到元件庫的話可以用其他原件或軟件代替實現，最終經過查閱資料我選擇了用proteus進行該仿真，并完成了此次任務。
通過幾天的函數發生器的設計，知道了設計的一般步驟:首先要對所選課題做認真的分析，明確了解任務和功能指標，然后作總體原理框圖的設計。在設計的過程中，要根據具體情況，反復對設計方案進行論證與比較，以求得到最佳方案。在整體方案確定后，合理選擇和獨立設計單元模塊電路選擇元器件，畫電路圖，進行仿真和功能測試，撰寫實驗報告。
在本次課題設計中使用了ICL8038單片函數波形發生器，使我對ICL8038的工作原理有了更多的理解，較深入的學習了ICL8038的引腳功能、工作波形等內部構造及其工作原理。利用ICL8038制作出來的函數發生器具有線路簡單，調試方便，功能完備，可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩定清晰，信號質量好，精度高，系統輸出頻率范圍較寬且經濟實用，而且具有較高的溫度穩定性和頻率穩定性。特別適合用于工控和電子實驗室，當輸出緩沖電路獨立設置多路時，可同時多路輸出三種信號，比較容易滿足實驗需要。
雖然這次設計只有短短的幾天時間，我想對于我今后的學習和工作都有著非常深遠的意義。它讓我明白經過實踐掌握的知識才是最牢固的，在以后的學習中要注重實踐，同時對于布置下來的任務盡量要提前著手去做，遇到問題及時詢問及時解決。
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