ICL8038正弦方波三角波函数信号发生器设计包含Proteus仿真电路图等资料

ID:561529 · 发表于 2019-6-21 10:32

里面有文档和仿真大家可以参考

它能同时输出正弦波、方波和三角波；其频率在20-20khz范围内可调

1、设计任务与要求

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20-20

范围内可调；输出电压：方波

，三角波

，正弦波

。

2、原理电路设计

设计方案

方案的结构框图如下图2.1所示。

图2.1 由8038构成的函数发生器电路组成框图

ICL8038主要特点：

具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm/℃。
正弦波输出具有低于1%的失真度。
三角波输出具有0.1%高线性度。
具有0.001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽。
占空比2%～98%之间任意可调。
高的电平输出范围；从TTL电平至28V。
具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出。
易于使用，只需要很少的外部条件。

方案中，利用单片集成函数信号发生器ICL8038、集成振荡器、电位器等外围电路灵活的组成，使通过电源来产生正弦波、方波、三角波等波形电路。

单元电路设计

1、ICL8038的管脚功能

图2.2 ICL8038管脚功能图

脚1、12 ：正弦波失真度调节；

脚2：正弦波输出；

脚3：三角波输出；

脚4、5：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节；

脚6：正电源±10V～±18V；

脚7：内部频率调节偏置电压输；

脚8：外部扫描频率电压输入；

脚9：方波输出，为开路结构；

脚10：外接振荡电容；

脚11：负电原或地；

脚13、14：空脚。

2 、ICL8038的性能特点

（1）具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；

（2）正弦波输出具有低于1％的失真度；

（3）三角波输出具有0．1％高线性度；

（4）具有0．001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽；

（5）2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围；

（6）从TTL电平至28V；

（7）具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；

（8）易于使用，只需要很少的外部条件。

3、ICL8038内部结构

ICL8038是单片集成函数发生器，其内部原理电路框图如图3.2。在图3.2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+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2.3 内部原理电路框图

4、控制电路

ICL8038单片函数发生器有两种工作方式，即输出函数信号的频率调节电压可以由内部供给，也可以由外部供给。用以下由内部供给偏置电压调节的接线图对芯片进行测试，观察其特性，图2.4为基本接法。

图2.4 ICL8038的一种接法

在以上应用中，由于第7脚频率调节电压偏置一定，所以函数信号的频率和占空比由RA、RB和C决定，其频率为F，周期T，t1为振荡电容充电时间，t2为放电时间。

T＝t1＋t2

f＝1／T

由于三角函数信号在电容充电时，电容电压上升到比较器规定输入电压的1／3倍，分得的时间为

t1=CV/I=(C·1/3·Vcc·R A)/(1/5·Vcc)=5RAC /3

在电容放电时，电压降到比较器输入电压的1／3时，分得的时间为
　　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）］｝

对图中，如果RA＝RB，就可以获得占空比为50％的方波信号。其频率

f＝3／（10RAC）

元件选择

表2.1 电路的元器件

序号	名称	型号	数目	参数
1	示波器	OSCILLOSCOPE	1
2	电容	CAP	1	C1 6400PF
3	电源	CELL	2	BAT1 6v BAT2 6V
4	ICL8038芯片	ICL8038	1
5	滑动变阻器	POT	2	RV1 100K RV2 1K
6	电阻	RES	3	R1 4.7K R2 4.7K R3 15K
7	接地	GROUND	2

（4）整体电路

图2.5 仿真电路图

电路工作原理

本设计的函数发生器所产生的波形的峰峰值可以由直流电源来直接控制，比较简单，只需要将直流电源设置为正负6V，即可在误差允许范围内得到Vp-p=12V的方波、Vp-p=4V的三角波以及Vp-p>1V的正弦波。

由ICL8038为核心所组成的函数发生器的主要功能为输出方波、三角波和正弦波等波形。振荡频率范围宽，频率稳定性好。本设计的频率范围是1KHz-10kHz，输出波形的失真小。正弦波失真度＜5%，经过仔细调整后，失真度还可降低到0.5%。三角波的线性度高达0.1%。矩形波占空比的调节范围很宽，D=1%-99%，由此可获得窄脉冲、宽脉冲或方波。

3、仿真及数据分析

图3.1 仿真运行后的方波、正弦波和三角波波形

函数发生器的电路是在Proteus中画出原理电路图并进行的仿真实验。因为设计要求是产生方波、三角波、正弦波，所以ICL8038的4管脚5管脚的外接电阻一定要相等才能产生占空比为50%的矩形波即方波，才可以产生三角波。如果占空比不为50%，产生的波形就为锯齿波。通过计算将4脚5脚的外接电阻都设为4.7KHz，电容设为6380pF~63800pF之间的可变电容器，外接电源为正负6V的直流电源，7脚8脚短接。调节可变电容器的容值就可以产生频率范围为1KHz-10kHz的方波、三角波和正弦波。

4、设计小结

这次设计于2017年12月31日晚上开始着手，共用了一天半的时间。刚开始的时候用multisim做该课设，但是发现multisim里没有该仿真的核心元件：ICL8038芯片，一时非常的着急。网上找资料并向学长询问都未果，给老师发短信老师回复说找不到元件库的话可以用其他原件或软件代替实现，最终经过查阅资料我选择了用proteus进行该仿真，并完成了此次任务。

通过几天的函数发生器的设计，知道了设计的一般步骤:首先要对所选课题做认真的分析，明确了解任务和功能指标，然后作总体原理框图的设计。在设计的过程中，要根据具体情况，反复对设计方案进行论证与比较，以求得到最佳方案。在整体方案确定后，合理选择和独立设计单元模块电路选择元器件，画电路图，进行仿真和功能测试，撰写实验报告。

在本次课题设计中使用了ICL8038单片函数波形发生器，使我对ICL8038的工作原理有了更多的理解，较深入的学习了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，而且具有较高的温度稳定性和频率稳定性。特别适合用于工控和电子实验室，当输出缓冲电路独立设置多路时，可同时多路输出三种信号，比较容易满足实验需要。

虽然这次设计只有短短的几天时间，我想对于我今后的学习和工作都有着非常深远的意义。它让我明白经过实践掌握的知识才是最牢固的，在以后的学习中要注重实践，同时对于布置下来的任务尽量要提前着手去做，遇到问题及时询问及时解决。