畢業設計-基于icl8038的函數信號發生器設計-資料下載頁

【導讀】本系統以ICL8038集成塊為核心器件，制作一種函數信號發生器，制作成本較低。合學生學習電子技術測量使用。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。信號輸入端，所以可以用來對低頻信號進行頻率調制。形電路將正弦波轉化為方波，經過積分電路后將其變為三角波。隨著電子技術的快速發展，新材料新器件層出不窮，成熟的可以產生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可選擇的方案多種多樣，技術上。第一章項目任務·························································3. 項目可行性研究·······················································3. 第二章方案選擇··························································4

　　

【正文】 使觸發器輸出端 Q 又由高電平變為低電平， I2再次斷開， I1再次向 C 充電， vc又隨時間線性上升。如此周而復始，產生振蕩，若 I2=2I1， vc上升時間與下降時間相等，就產生三角波輸出到腳 3。而觸發器輸出的方波經緩沖器輸出到腳 9。三角波經正弦波變換器變成正弦波后由腳 2 輸出。 因此， ICL8038 能輸出方波、三角波和正弦波等三 種不同的波形 22 圖 72 內部原理電路框圖 其中，振蕩電容 C由外部接入，它是由內部兩個恒流源來完成充電放電過程。恒流源2的工作狀態是由恒流源 1對電容器 C連續充電，增加電容電壓 ，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態改變，帶動觸發器翻轉來連續控制的。當觸發器的狀態使恒流源 2處于關閉狀態，電容電壓達到比較器 1輸入電壓規定值的 2／ 3 倍時，比較器 1狀態改變，使觸發器工作狀態發生翻轉，將模擬開關 K由 B點接到 A點。由于恒流源 2的工作電流值為 2I，是恒流源 1的 2倍，電容器處于放電狀態，在單位時間內電容器端電壓將線性下降，當電容電壓下降到比較器 2的輸入電壓規定值的 1／ 3 倍時，比較器 2狀態改變，使觸發器又翻轉回到原來的狀態，這樣周期性的循環，完成振蕩過程。 在以上基本電路中很容易獲得 3種函數 信號，假如電容器在充電過程和在放電過程的時間常數相等，而且在電容器充放電時，電容電壓就是三角波函數，三角波信號由此獲得。由于觸發器的工作狀態變化時間也是由電容電壓的充放電過程決定的，所以，觸發器的狀態翻轉，就能產生方波函數信號，在芯片內部，這兩種函數信號經緩沖器功率放大，并從管腳 3 和管腳 9 輸出。 適當選擇外部的電阻 RA和 RB和 C可以滿足方波函數等信號在頻率、占空比調節的全部范圍。因此，對兩個恒流源在 I和 2I 電流不對稱的情況下，可以循環調節，從最小到最大，任意選擇調整，所以，只要調節電容器充放電時間不相等 ，就可獲得鋸齒波等函數 23 信號。 正弦函數信號由三角波函數信號經過非線性變換而獲得。利用二極管的非線性特性，可以將三角波信號的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。 ICL8038 中的非線性網絡是由 4級擊穿點的非線性逼近網絡構成。一般說來，逼近點越多得到的正弦波效果越好，失真度也越小，在本芯片中 N＝ 4，失真度可以小于 1。在實測中得到正弦信號的失真度可達0． 5左右。其精度效果相當滿意 。 工作原理 當給函數發生器 ICL8038 接通電源時，電容 C的電壓為 0 V，電壓比較器 Ⅰ 和 Ⅱ 的輸出電壓均為低電平；因而 RS觸發器的輸出 Q 為低電平， Q’ 為高電平；使電子開關 S斷開，電流源 IS1 對電容充電，充電電流時間的增長而線性上升。 Uc的上升使 RS觸發器的 R 端從低電平躍變為高電平，但其輸出不變，一直到 Uc 上升到 1／ 3 VCC 時，電壓比較器 Ⅰ 的輸出電壓躍變為高電平， Q才變為高電平（ Q’ 同時變為低電平），導致電子開關 S 閉合，電容 C 開始放電，放電電流為 IS2－ IS1＝ I，因放電電流是恒流，所以，電容上電壓 Uc隨時間的增長而線性下降。起初， Uc 的下降雖然使 RS 觸發器的 S端從高電平躍變為低電平，但其輸出不變。一直到 Uc 下降到 1／ 3 VEE，使電壓比較器 Ⅱ 的輸出電壓躍變為低電平， Q才變為低電平（ Q’ 同時為高電平），使得電子開關 S 斷開，電容 C 又開始充電。重復上述過程，周而復始，電路產生了自激振蕩。由于充電電流與放電電流數值相等，因而電容上電壓為對稱三角波形 ,Q 為方波，經緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。通過以上分析可知，改變電容充電放電電流即改變 RA， RB 的數值，或改變電容 C 的數值，就改變了充放電時間，因此可改變其頻率。 ICL8038 是性能優良的集成函數發生器?？捎脝坞娫垂╇?，也可雙電源供電，他們的值 為 177。5 ～ 177。15 V ，我們取 177。15 V ，頻率的可調范圍為 ～ 250 kHz，輸出矩形波的占空比可調范圍為 5％～ 90％。 正弦函 數 信 號 的失 真 度 調節 由于 ICL8038 單片函數發生器所產生的正弦波是由三角波經非線性網絡變換而獲得。該芯片的第 1腳和第 12腳就是為調節輸出正弦波失真度而設置的。圖 761 為一個調節輸出正弦波失真度的典型應用，其中第 1 腳調節振蕩電容充電時間過程中的非線性逼近點，第 12腳調節振蕩電容在放電時間過程中的非線性逼近點，在實際應用中，兩只 100K的電位器應選擇多圈精度 電位器，反復調節，可以達到很好的效果。 24 圖 761 正弦波失真度調節電路 ICL8038 的 典型應用 IC8038 的典型應用電路 見圖 771。圖中， R R2 為定時電阻，均為可調式，阻值范圍為 1kΩ～ 1MΩ。調節能改變振蕩頻率以及矩形波的占空比。為定時電容，也影響振蕩頻率。 R3 用來調整正弦波的失真。由于第 9 腳為集電極開路輸出，必須外接集電極負載電阻 R4。 特別，當 R1=R2=R 時， I2=2I，即 t1=t2， D=50%，此時輸出為對稱的方波、三角波和正弦波。式子 化簡成 : fo= 如果在把第 5 兩腳短接，經過一只公用的定時電阻 R 接 V+，振蕩頻率的計算公式 : fo = 圖 771 注意事項 : （ 1）用單電源供電時，三角波和正弦波的平均值等于 V+ /2，而方波幅度為 V+。用雙電源供電時，所有輸出波形相對于地（ GND）電平均是正負相稱的。 （ 2）方波輸出的電壓幅度不受 V+的限制，也可以把負載電阻 R4 改接其它電源電壓 E+上，但 E+不得超過 +30V。 （ 3）為減小正弦波的失真，可將圖 3中的 R3（ 82kΩ）換成 100kΩ可調電阻。還可以采用圖 5 所示電路，該電路適合對振蕩器作小范圍調整（ R是調節電阻），并使正弦波的失真度減小到 %以下， R R7 為失真度調節電 阻。 25 致 謝 本課題在選題及研究過程 是在周永金 老師 的親切關懷和悉心指導下完成的。老師 們 多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。老師 他們嚴謹細致 、 一絲不茍的工作作風，嚴謹求實的態度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。對老師的感激之情是無法用言語表達的。 感謝 帶過我的 老師對我的教育培養。他們細心指導我的學習與研究， 從課題的選擇到項目的最終完成，老師 們 都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬 并 致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過 3 年 生活的各位同 學 ，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 26 心得體會 通過這次 課程設計 ，加強了我們動手、思考和解決問在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接 法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。 我 覺 得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且 考試 內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。題的能力。 平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完 設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能， 平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件 印 象深刻。認識來源于 實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這 次的 設計對我們的作用是非常大的。 通過 這次設計 ， 在理 論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協作是我們實習成功的一項非常重要的保證。而這 次實習也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次 設計 必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！ 通過這次設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前 所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業知識問題，最后在 老師的辛勤指導下，終于 迎刃 而解。同時，在老師的身上我們學也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我幫助的所有同學和各位指導老師再次表示忠心的感謝！ 27 參考文獻： 康華光 ， 鄒壽彬 ， 電子技術基礎數字部分 (第四版 ) 北京 ： 高等教育出版社 1999 杜膚生 ， 數字集成電路應用精粹 北京 ： 人民郵電出版社 2021 陳大欽 ， 電子技術基礎實驗 (第二版 ) 北京 ： 高等教育出版社 2021 童詩白 ， 模擬電子技術［ M］ 北京：高等教育出版社 1999 全國大學生電子設計競賽組委會 第五界全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編 .2021．北京 理工大學出版社， 2021 中國計量出版社組編，新編電子電路大全 北京：中國計量出版社， 葛汝明 ， 主編 ， 《電子技術實驗與課程設計》 山東： 山東大學出版社 2021 周永金，主編 ， 《 模擬電子技術及應用 》 西安：陜西國防學院電子教研室 2021 吳 瑋瑋，主編 PROTEL 99 簡明應用教程 西安：陜西國防學院電子教研室 2021 任元 ， 吳勇 ， 主編 ， 《 常用電子元器件簡明手冊 》 北京 ： 工業出版社 2021 1程路，鄭毅，向先波 ， 編著， PROTEL 99SE 電路板設計與制作 人民郵電出版社 2021 28 附錄 1： 29 附錄 2： 電路原理圖 ： 30 附錄 3： 元器件清單 序號 名 稱 型 號 數 量 備 注 1 集成函數發生器 L8038 1片 2 三端 集成穩壓器 LM317 1片 3 開關 SWDPDT 1只 雙刀 4 位開關 4 開關 SWSPST 5只 單刀單位開關 5 整流電路 BRIDGE 1只 二極管 6 變壓器 TRANS1 1只 7 電容器 C1 1只 CT型瓷介 電容器 8 電容器 C2 2只 CT型瓷 介 電容器 9 電容器 C4 1uf 1只 CT型瓷介 電容器 10 電容器 C5 10uf 1只 鋁電解電容器 11 電容器 C6 1000p 1只 CC型瓷介電容器 12 電位器 R1 100k 2只 線繞電位器 13 電位器 R2 10k 1只 碳膜電位器 14 電位器 R3 1k 1只 碳膜電位器 15 電阻 R4 1k 2只 碳膜電阻 16 電阻 R5 10k 4只 碳膜電阻 17 電阻 R6 20k 1只 碳膜電阻 18 電阻 R7 2只 碳膜電阻 19 電阻 R8 3k 1只 碳膜電阻 20 電阻 R9 2只 碳膜電阻 31 附錄 4：