基于8038的信号源设计及仿真.doc

电子技术课程设计报告

题 目： 基于8038的信号源设计及仿真
专 业： 应用电子技术
班 级：
学 号：
姓 名：
指导教师：
设计日期： 2013.12.09~2013.12.22

基于8038的信号源设计及仿真的设计报告

摘 要 ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部组件就能产生从0.001HZ～300kHz 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频信号输入端, 所以可以用来对低频信号进行频率调制。
关键词 ICL8038

一、 设计目的作用
ICL8038精密函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、三角波和正弦波，其函数波形的频率受内部或外电压控制,本设计由外部供由外部供电电路接通后，ICL8038芯片就会接收到信号，同时经过ICL8038波形发生器对信号进行整流，再将整流好的信号输出在示波器上显示，以达到我们本次试验的要求。
二、 设计方案
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。其电路图如下：

方案二：
  采用5g8038芯片，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。
方案三：
采用icl8038芯片，icl8038是一个能够输出三种波形的精密型集成电路，只需要调整外部的相关电容，电阻值就可以产生方波，三角波，正弦波低失真的脉冲信号。在外界温度变化时产生低的频率漂移，工作变化周期宽，占空比可调，具有较高的电平输出范围，容易使用的特点。具有电源电压范围宽，稳定度高，精度高等特点。只需调节外部阻容值达到改变振荡频率的目的。
方案比较：
经过查看相关资料后，决定选着三种方案。这个方案的调幅，调频和失真，比第一种方案要好得多，其灵敏度也要好。与第二种方案相差不大，是由于条件有限，没有5g8038的芯片。ICL8038是属于高度集成的芯片，相对来说更加容易出功能。这个方案相对容易点，对于我们第一次做可能设计的成功性也有很重要的意义。

三．设计的具体实现
1.ICL8038的简介
ICL8038 的主要特点: 
(1) 可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。
(2) 频率范围: 0.001HZ～300kHz 
(3) 占空比范围: 2%～ 98% 
(4) 低失真正弦波: 1% 
(5) 低温度漂移: 50ppm/℃ 
(6) 三角波输出线性度: 0.1% 
(7) 工作电源: ±5V～ ±12V 或者+ 12V～ + 25V
引脚功能和内部结构

该芯片由三角波振荡电路、比较器1、比较器2、触发器、三角波—正弦波变换电路、恒流源CS1、CS2 等组成。恒流源CS1、CS2主要用于对外接电容C 进行充电放电 可利用4、5脚外接电阻调整恒流源的电流,以改变电容C 的充放电时间常数, 从而改变10脚三角波的频率。两个比较器分别被内部基准电压设定在2 3V s 与1 3V s。使两个比较器必须在大于2 3V s 或小于1 3Vs 的范围内翻转。其输出同时控制触发器, 使其一方面控制恒流源CS2 的通断,另一方面输出方波经集电极开路缓冲器, 由9 脚输出方脉冲, 而10脚经缓冲器直接由3 脚输出三角波, 另外还经三角波—正弦波变换电路由2 脚输出低失真正弦波。外接电容C 由两个恒流源充电和放电。
若S 断开, 仅有电流I1 向C 充电, 当C 上电压上升到比较器1 的门限电压2 3V s 时, 触发器输出Q = 1。开关S 导通, CS2 把电流I2加到C上反充电, 当I2> I1 时, 相当于C 由一个净电流I2- I1放电, 此时C 上电压逐渐下降,当下降到比较器2的门限电压1 3V s时, R·S触发器被复位,Q = 0, 于是S 断开CS2, 仅有CS1 对C充电, 如此反复形成振荡, C上电压近似为三角波, 而触发器输出则为方波。当两个电流源CS1、CS2 的电流分别设定为I、2I时,电容C上的充电、放电时间相等, 则10脚三角波以及变换的正弦波就是对称的, 方波的占空比是50%。若恒流源CS1、CS2的电流不满足上述关系, 则3脚输出非对称的锯齿波, 2 脚输出非对称的正弦波 9脚输出占空比为2%～ 98% 的脉冲波形。另外改变恒流源I的大小, 即可改变振荡信号的频率。 
2.频率和占空比的计算

所有波形的对称性都可以通过调节外部定时电阻来调节。如上图所示，RA、RB是外部定时电阻。最好是保持RA和RB的独立性，然后用RA来控制三角波、正弦波的上升部分和方波的状态。三角波的幅度设置在1/3VSUPPLY,因此，三角波的上升部分是：

另一部分三角波、正弦波和方波的状态是：

则由此两部分可得到波形的频率为：

通过改变RA和RB的阻值即可以改变t1,t2的值，从而调节方波的占空比。 当RA=RB=R时,频率f为：

我们选取prutues仿真电路RA和RB的阻值为10k,由于ICL8038的频率范围是0.001Hz~300kHz之间，因此，当电容值选取C=100pF时，此时最大输出频率就可以达到300kHz的要求，电容C不用选取的太小。

占空比调节电路protues仿真波形图
3.失真度的调节
为了减少失真，11脚和12脚之间的电阻82K最好是变量。这样的安排失真小于1%是可以实现的。此种连接允许的正弦波典型失真可减少到接近0.5%。失真调节电路的protues仿真波形如图，可见，该正弦波波形失真度非常小，波形较完美。

失真调节后正弦波仿真波形

四．总结
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 
我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。题的能力。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这次的设计对我们的作用是非常大的。 
通过这次设计，在理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 
通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 
    这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢。

五．附录

六．参考文献
[1]吴友宇. 《模拟电子技术基础》 清华大学出版社，2009年
[2]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
[3] 阎石《电子技术基础》北京：高等教育出版社。2005年
[4] 葛汝明《电子技术实验与课程设计》山东：山东大学出版社2004
11