ICL8038构成的函数信号发生器.doc

ICL8038构成的函数发生器

本次课题选择的是函数发生器，主要是由集成电路ICL8038和少数外部元件构成。理论上可以实现50Hz-5KHz的正弦波信号、三角波信号、方波信号的输出，方波信号可以实现占空比在百分之50左右调整。
函数信号发生器所需元件：
电阻：R1、R2、R3=10KΩ R4=200Ω R5、R6、R7、R8=33KΩ
集成电路：ICL8038（紧密波形产生与压控振荡器）
电位器：RP1=2KΩ
可调电阻：RP2=20KΩ RP3=100KΩ
发光二极管：LED
拨动开关：S
电容：C1=100uF C2、C3=0.1uF C4=10nF C5=1nF

ICL8038的特点：
1低温度—频率漂移（250ppm/℃）
2、低失真度（ 1%正弦波输出）
3、高线性度（ 0.1 % 三角波输出）
4、宽具频率输出范围（ 0．001Hz～300kHz）
5、可变占空比（2％～98％）
6、宽电平输出，从TTL至28V
7、同时输出正弦波、三角波和方波；
8、易于使用，只需要很少的外部元件。
ICL8038的引脚功能图：

ICL8038内部框图：

如左图所示，振荡电容C由外部接入。由两个恒流源对外接电容C进行充电和放电，恒流源2的工作状态由触发器控制，同时恒流源1始终打开。假设，触发器使得恒流源2关闭，电容C由恒流源1充电，电容器C两端电压随时间线性上升。当这个电压达到比较器1的输入电输入电压规定值的2/3时，比较器1状态改变，使触发器翻转改变状态，使模拟开关合上。恒流源2的工作电流值为2I，是恒流源1的两倍，电容处于放电状态，电容两端电压随时间线性下降。当这个电压下降到比较器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，并且在重新开始下一个循环。
在以上基于ICL8038构成的函数发生器电路中很容易获得4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，则在电容器充放电时，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。
适当选择外部的电阻RA和RB和C可以满足方波函数等信号在频率、占空比调节的全部范围。因此，对两个恒流源在I和2I电流不对称的情况下，可以循环调节，从最小到最大，任意选择调整，所以，只要调节电容器充放电时间不相等，就可获得锯齿波等函数信号。
　　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。

由ICL8038构成的函数信号发生器原理图和PCB版图：

占空比调节原理：
所有信号波形对称都可由外部可调电阻来调整。有两种方法实现占空比调节，如图所示 。最佳的结果通过保持时间电阻器RA和RB的独立(左图)。RA控制三角波，正弦波的上升的部份和矩形波的1个状态。三角信号波形的幅度被设置在1/3电源电压；因此三角的上升沿时间是
三角波和正弦波下降部分和矩形波的“0”状态的时间是：

当RA = RB时，占空比为50%。如果占空比仅在50%小范围变化，连接如右图是稍微比较方便（本电路也是使用右图）。
频率调节原理：
对输出的函数信号进行频率的调节是通过10引脚连接的外接电容的大小以及8引脚连接的电位器进行调节。本电路图10引脚外接一个波动开关，可调节外接电容的大小，当开关打到容量小的电容时，充放电所需要的时间就短，发出的信号频段就高；当开关打到容量大的电容时，充放电所需要的时间就长，发出的信号的频段就低。而8引脚接的电位器则是在所在频段中调整频率。
焊接完的电路版如下所示

调试结果如下图所示

方波（最小频率）

方波（最高频率）

三角波

正弦波

本电路理论频率调节范围为50Hz-5KHz。经过实际测量得到可调频率范围为49Hz-6.42KHz。方波的占空比的可调范围为20%-67%。方波在最高频率的时候有些许失真，误差的原因可能是焊接造成的，也有可能是超过了设计频率造成的。