作业帮要做个函数信号发生器,并写一篇论文
来源：学生作业帮 编辑：拍题作业网作业帮 分类：综合作业 时间：2024/04/29 08:01:34
要做个函数信号发生器,并写一篇论文
设计的要求如下
设计要求
1.信号频率范围1HZ～100kHZ；
2.输出波形应有：方波、三角形、正弦波；
3.输出信号幅值范围0～10V；
4.具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能.
并且要一篇4000字的论文,
设计的要求如下
设计要求
1.信号频率范围1HZ～100kHZ；
2.输出波形应有：方波、三角形、正弦波；
3.输出信号幅值范围0～10V；
4.具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能.
并且要一篇4000字的论文,
函数信号发生器的设计与制作
系别：电子工程系 专业：应用电子技术 届：07届 姓名：李贤春
摘 要
本系统以ICL8038集成块为核心器件,制作一种函数信号发生器,制作成本较低.适合学生学习电子技术测量使用.ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路,只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号.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制信号输入端,所以可以用来对低频信号进行频率调制.
关键词 ICL8038,波形,原理图,常用接法
一、概述
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、幅度和频率稳定性等性能指标,都有了很大的提高.
二、方案论证与比较
2.1·系统功能分析
本设计的核心问题是信号的控制问题,其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制.在设计的过程中,我们综合考虑了以下三种实现方案：
2.2·方案论证
方案一∶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.但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高,而且容易产生过多的杂散分量,难以达到较高的频谱纯度.
方案二∶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.但由于锁相环本身是一个惰性环节,锁定时间较长,故频率转换时间较长.而且,由模拟方法合成的正弦波的参数,如幅度、频率 相信都很难控制.
方案三：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0.001Hz～300KHz.
三、系统工作原理与分析
3.1、ICL8038的应用
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1-2是管脚排列图,图1-2是功能框图.8038采用DIP-14PIN封装,管脚功能如表1-1所示.
3.2、ICL8038内部框图介绍
函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图1-1）,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 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.
3.3、内部框图工作原理
★当给函数发生器ICL8038合闸通电时,电容C的电压为0V,根据电压比较器的电压传输特性,电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平；因而RS触发器的 ,输出Q=0, ；
★使开关S断开,电流源IS1对电容充电,充电电流为
IS1=I
因充电电流是恒流,所以,电容上电压uC随时间的增长而线性上升.
★当上升为VCC/3时,电压比较器Ⅱ输出为高电平,此时RS触发器的 ,S=0时,Q和 保持原状态不变.
★一直到上升到2VCC/3时,使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平,此时RS触发器的 时,Q=1时, ,导致开关S闭合,电容C开始放电,放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流,所以,电容上电压uC随时间的增长而线性下降.
起初,uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平,但 ,其输出不变.
★一直到uC下降到VCC/3时,使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平,此时 ,Q=0, ,使得开关S断开,电容C又开始充电,重复上述过程,周而复始,电路产生了自激振荡.
由于充电电流与放电电流数值相等,因而电容上电压为三角波,Q和 为方波,经缓冲放大器输出.三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压.
结论：改变电容充放电电流,可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波.但是,当输出不是方波时,输出也得不到正弦波了.
3.4、方案电路工作原理（见图1-7）
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W1为输出频率细调电位器,电位器W2调节方波占空比,电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真.
图1-1
3.5、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示.
图1-4
3.6、常用接法
如图（1-2）所示为ICL8038的引脚图,其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端,电路的振荡频率与调频电压成正比.引脚7输出调频偏置电压,数值是引脚7与电源+VCC之差,它可作为引脚8的输入电压.
如图（1-5）所示为ICL8038最常见的两种基本接法,矩形波输出端为集电极开路形式,需外接电阻RL至+VCC.在图(a)所示电路中,RA和RB可分别独立调整.在图(b)所示电路中,通过改变电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值.
图1-5
当RA=RB时,各输出端的波形如下图(a)所示,矩形波的占空比为50％,因而为方波.当RA≠RB时,矩形波不再是方波,引脚2输出也就不再是正弦波了,图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图.根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为
故RA70KHz）产生失真.输出可实现0.2V步进,峰-峰值扩展至0～26V.
图1-2
图 1−7
六、结论
通过本篇论文的设计,使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解,掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理.利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单,调试方便,功能完备.可输出正弦波、方波、三角波,输出波形稳定清晰,信号质量好,精度高.系统输出频率范围较宽且经济实用.
七、参考文献
【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社.2000年7月
【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社,2002.8
【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京：北京理工大学出版社,1997.
【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社.2006.10
【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社.2003.9
【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社.2006
系别：电子工程系 专业：应用电子技术 届：07届 姓名：李贤春
摘 要
本系统以ICL8038集成块为核心器件,制作一种函数信号发生器,制作成本较低.适合学生学习电子技术测量使用.ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路,只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号.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制信号输入端,所以可以用来对低频信号进行频率调制.
关键词 ICL8038,波形,原理图,常用接法
一、概述
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、幅度和频率稳定性等性能指标,都有了很大的提高.
二、方案论证与比较
2.1·系统功能分析
本设计的核心问题是信号的控制问题,其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制.在设计的过程中,我们综合考虑了以下三种实现方案：
2.2·方案论证
方案一∶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.但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高,而且容易产生过多的杂散分量,难以达到较高的频谱纯度.
方案二∶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.但由于锁相环本身是一个惰性环节,锁定时间较长,故频率转换时间较长.而且,由模拟方法合成的正弦波的参数,如幅度、频率 相信都很难控制.
方案三：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0.001Hz～300KHz.
三、系统工作原理与分析
3.1、ICL8038的应用
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1-2是管脚排列图,图1-2是功能框图.8038采用DIP-14PIN封装,管脚功能如表1-1所示.
3.2、ICL8038内部框图介绍
函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图1-1）,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 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.
3.3、内部框图工作原理
★当给函数发生器ICL8038合闸通电时,电容C的电压为0V,根据电压比较器的电压传输特性,电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平；因而RS触发器的 ,输出Q=0, ；
★使开关S断开,电流源IS1对电容充电,充电电流为
IS1=I
因充电电流是恒流,所以,电容上电压uC随时间的增长而线性上升.
★当上升为VCC/3时,电压比较器Ⅱ输出为高电平,此时RS触发器的 ,S=0时,Q和 保持原状态不变.
★一直到上升到2VCC/3时,使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平,此时RS触发器的 时,Q=1时, ,导致开关S闭合,电容C开始放电,放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流,所以,电容上电压uC随时间的增长而线性下降.
起初,uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平,但 ,其输出不变.
★一直到uC下降到VCC/3时,使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平,此时 ,Q=0, ,使得开关S断开,电容C又开始充电,重复上述过程,周而复始,电路产生了自激振荡.
由于充电电流与放电电流数值相等,因而电容上电压为三角波,Q和 为方波,经缓冲放大器输出.三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压.
结论：改变电容充放电电流,可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波.但是,当输出不是方波时,输出也得不到正弦波了.
3.4、方案电路工作原理（见图1-7）
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W1为输出频率细调电位器,电位器W2调节方波占空比,电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真.
图1-1
3.5、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示.
图1-4
3.6、常用接法
如图（1-2）所示为ICL8038的引脚图,其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端,电路的振荡频率与调频电压成正比.引脚7输出调频偏置电压,数值是引脚7与电源+VCC之差,它可作为引脚8的输入电压.
如图（1-5）所示为ICL8038最常见的两种基本接法,矩形波输出端为集电极开路形式,需外接电阻RL至+VCC.在图(a)所示电路中,RA和RB可分别独立调整.在图(b)所示电路中,通过改变电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值.
图1-5
当RA=RB时,各输出端的波形如下图(a)所示,矩形波的占空比为50％,因而为方波.当RA≠RB时,矩形波不再是方波,引脚2输出也就不再是正弦波了,图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图.根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为
故RA70KHz）产生失真.输出可实现0.2V步进,峰-峰值扩展至0～26V.
图1-2
图 1−7
六、结论
通过本篇论文的设计,使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解,掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理.利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单,调试方便,功能完备.可输出正弦波、方波、三角波,输出波形稳定清晰,信号质量好,精度高.系统输出频率范围较宽且经济实用.
七、参考文献
【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社.2000年7月
【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社,2002.8
【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京：北京理工大学出版社,1997.
【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社.2006.10
【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社.2003.9
【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社.2006