函数信号发生器(1)

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1、课程设计说明书（小初号字距4磅黑体加黑居中）课程名称：模拟电子技术课程设计题目：函数信号发生器设计学生姓名：专业：班级：电子11-2学号：指导教师：日期：2013年10月25日函数信号发生器一、设计任务与要求⑴设计并制作能产生正弦波、矩形波（方波）和三角波（锯齿波）的函数发生器，本信号发生器可以考虑用专用集成芯片（如5G8038等）为核心实现。⑵信号频率范围：1Hz∽100kHz；⑶　频率控制方式：　　　　①手控通过改变RC参数实现；②键控通过改变控制电压实现；⑷输出波形要求①方波上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间；②非线性误差≤2%；③正弦波谐波失真

2、度≤2%；⑸输出信号幅度范围：0∽20V；⑹信号源输出阻抗：≤1Ω；⑺应具有输出过载保护功能；⑻具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。二、设计方案及论证：方案一：采用5G8038芯片来设计函数信号发生器。改信号芯片的主要技术指标：通过调节外接阻容元件值，很容易改变振荡频率，使工作频率在1Hz-100kHz范围；输出的波形失真小；三角波输出线性度可优于0.1%。输出脉冲（或方波）电平可从4.2-28V；外围电路简单（外接元件较少），引出线比较灵活、适用性强。方案二：采用单片集成芯片MAX038来设计函数信号发生器。该信号芯片的主要技术指标：频率范围：0.1Hz～20MHz输出信号幅

3、度：2V（峰峰值）输出波形：正弦波、三角波和矩形波占空比调节范围：方波占空比可在10%～90%范围内调节MAX038精度高且频率调节方便，并且能够产生多种波形，是性价比较高的信号发生芯片。比较方案一和方案二，方案一电路操作灵活性比较高，而且相对比较准确，所以采用方案一。三、单元电路设计与参数计算集成电路5G8038管脚说明：1：正弦波失真调节端；2：正弦波输出端；3：三角波/锯齿波输出端；4：恒流源调节（4脚和5脚外接电阻，以实现占空比的调节）；5：恒流源调节（外接电阻端）；6：正电源；7：基准源输出；8：调频控制输入端；9：方波/矩形波输出端（集电极开路输出）；10：外接电容C；

4、11：负电源或接地端；12：正弦波失真调节；13：空置端；14：空置端。其工作原理如下：利用恒流源对外接电容进行充放电，产生三角波(或锯齿波)，经缓冲器I从第3脚输出，由触发器获得的方波（或锯形波），经缓冲器Ⅱ从第九脚输出。再利用正弦波变换器将三角波变换成正弦波，从第2脚输出。改变电容器的充放电时间，可实现三角波与锯齿波方波与矩形波的互相转换。ICL8038内部原理ICL8038是单片集成函数发生器，其内部原理电路框图如图4-4。在图4-4中，ICL8038由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2和触发器等组成。电压比较器C1、C2的门限电压分别为2VR/3和VR/(VR=VCC+

5、VEE)，电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且I2必须大于I1。当触发器的Q端输出为低电平时，它控制开关S使电流源I2断开。而电流源I1则向外接电容C充电，使电容两端电压VC随时间线性上升，当VC上升到VC=2VR/3时，比较器C1输出发生跳变，使触发器输出端Q由低电平变为高电平，控制开关S使电流源I2接通。由于I2>I1，因此电容C放电，vc随时间线性下降。当vc下降到vc≤VR/3时，比较器C2输出发生跳变，使触发器输出端Q又由高电平变为低电平，I2再次断开，I1再次向C充电，vc又随时间线性上升。如此周而复始，产生振荡，若I2=2I1，vc上升时间与下降时间相等，就产

6、生三角波输出到脚3。而触发器输出的方波经缓冲器输出到脚9。三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚2输出。因此，ICL8038能输出方波、三角波和正弦波等三种不同的波形图4-4内部原理电路框图其中，振荡电容C由外部接入，它是由内部两个恒流源来完成充电放电过程。恒流源2的工作状态是由恒流源1对电容器C连续充电，增加电容电压，从而改变比较器的输入电平，比较器的状态改变，带动触发器翻转来连续控制的。当触发器的状态使恒流源2处于关闭状态，电容电压达到比较器1输入电压规定值的2/3倍时，比较器1状态改变，使触发器工作状态发生翻转，将模拟开关K由B点接到A点。由于恒流源2的工作电流值为2I，是恒流

7、源1的2倍，电容器处于放电状态，在单位时间内电容器端电压将线性下降，当电容电压下降到比较器2的输入电压规定值的1/3倍时，比较器2状态改变，使触发器又翻转回到原来的状态，这样周期性的循环，完成振荡过程。　　在以上基本电路中很容易获得3种函数信号，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，三角波信号由此获得。由于触发器的工作状态变化时间也是由电容电压的充放电过程决定的，所以，触发器的状态翻转，就能产生方波函数信号，在芯