Xuchang Electric V ocational College 毕业论文（设计）题目：函数信号发生器的设计与制作系部：电气工程系_班级：12电气自动化技术*名：***指导老师：**完成日期：2014/5/20毕业论文内容摘要目录1引言 (3)1.1研究背景与意义 (3)1.2研究思路与主要内容 (3)2 方案选择 (4)2.1方案一 (4)2.2方案二 (4)3基本原理 (5)4稳压电源 (6)4.1直流稳压电源设计思路 (6)4.2直流稳压电源原理 (6)4.3集成三端稳压器 (7)5系统工作原理与分析 (8)5.1ICL8038芯片性能特点简介 (8)5.2ICL8038的应用 (8)5.3ICL8038原理简介 (8)5.4电路分析 (9)5.5ICL8038内部原理 (10)5.6工作原理 (11)5.7正弦函数信号的失真度调节 (11)5.8ICL8038的典型应用 (12)5.9输出驱动部分 (12)结论....................................................... 错误!未定义书签。

致谢 (15)参考文献 (16)附录 (17)1引言信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。

在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

能够产生多种波形，如三角波、锯齿波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

1.1研究背景与意义函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。

在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。

例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压——锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。

对于三角波，方波同样有重要的作用，而函数信号发生器是指一般能自动产生方波正弦波三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。

因此，建议开发一种能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。

函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。

也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。

随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。

所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的[1]。

1.2研究思路与主要内容本文主要以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。

适合学生学习电子技术实验使用。

ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从几赫到几百千赫的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。

基于ICL8038函数信号发生器主要电源供电、波形发生、输出驱动三大部分组成。

电源供电部分：主要由集成三端稳压管LM7812和LM7912构成的±12V直流电压作为整个系统的供电。

波形发生部分：主要由单片集成函数信号发生器ICL8038构成。

通过改变接入电路的电阻或电容的大小，能够得到几赫到几百千赫不同频率的信号。

输出驱动部分：主要由运放LF353构成。

由于ICL8038的输出信号幅度较小，需要放大输出信号。

ICL8038的输出信号经过运放LF353放大后能够得到输出幅度较大的信号[2]。

2 方案选择2.1 方案一由文氏电桥产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。

这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。

但是对于三角波的产生则有一定的麻烦，因为题目要求有1000倍的频率覆盖系数，显然对于1000倍的频率变化会有积分时间dt的1000倍变化从而导致输出电压振幅的1000倍变化。

而这是电路所不希望的。

幅度稳定性难以达到要求。

而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调[3]。

2.2 方案二利用ICL8038芯片构成8038集成函数发生器。

8038集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节，所以是压控集成信号产生器。

由于外接电容C的充、放电电流由两个电流源控制，所以电容C两端电压u c的变化与时间成线形关系，从而可以获得理想的三角波输出。

8038电路中含有正弦波变换器，故可以直接将三角波变成正弦波输出。

另外还可以将三角波通过触发器变成方波输出。

该方案的特点是十分明显的：（1）线性良好、稳定性好；（2）频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；（3）不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；（4）三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。

综合上述分析，我们采用了第二种方案来产生信号。

3基本原理ICL8038可同时输出方波、三角波及正弦波，使用时只需外接少量电阻、电容元件。

RP5为方波输出占空比调节电阻，阻值为4.7kΩ，用来改变4、5脚电压，从而改变方波占空比。

RP1、Rl和R2组成分压网络，RP1为频率调节电位器，该电位器使用优质多圈电位器，阻值为lOk，调节RP1，改变ICL8038的8脚输入电压，可改变输出波形的频率；C6～Cll为外接定时电容，改变开关S2的位置，可获得6个频段(0～20Hz、20Hz～200Hz、200Hz～2kHz、2kHz～20kHz、20kHz～200kHz、200kHz—1MHz)的输出信号；RP3、RP4为正弦波失真度调节电位器，为了减小正弦波的失真度，ICL8038采用两套微调网络RP3和RP4，分别微调1脚和12脚电位，使正弦波信号失真度最小。

ICL8038的2脚输出正弦波，3脚输出三角波，9脚输出方波。

其工作电路如图3-1所示。

图3-1信号发生器工作电路4稳压电源4.1直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载R L。

4.2直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图4-1。

图4-1 直流稳压电源方框图其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

B（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图4-2所示。

在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻R L，且方向是一致的[3]。

电路的输出波形如图4-3所示。

图4-2整流原理图图4-3输出波形图在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为22U (U 2是变压器副边电压有效值)。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

选择电容滤波电路后，直流输出电压：U o1=(1.1～1.2)U 2，直流输出电流： （I 2是变压器副边电流的有效值。

），稳压电路可选集成三端稳压器电路[3]。

稳压电源电路见图4-4所示。

4-4稳压电路原理图4.3集成三端稳压器因为要求输出固定不变，所以选择三端固定式集成稳压器。

固定式集成稳压器，常见的主要有LM7800系列和LM7900系列。

LM7812稳压器输出固定的12V 正电压，LM7912稳压器输出固定的12V 负电压，最大输出电流m ax O I 为1.5A 。

稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点[3]。

LM7812系列和LM7912系列的引脚功能不同，管脚图如图4-5所示，典型电路如图4-6所示。

图4-5引脚图 图4-6典型电路121o f I I =()2~5.121I I o =5系统工作原理与分析5.1 ICL8038 芯片性能特点简介具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；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，2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围，从TTL电平至28V；易于使用，只需要很少的外部条件。

5.2 ICL8038的应用ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形。

(1)ICL8038电源电压范围宽，采用单电源供电时，V+-GND的电压范围+10-+30V；采用双电源供电时，V+-V-的电压可在±5-±15V内选取。

电源电流约15mA。

(2)振荡频率范围宽，频率稳定性好。

频率范围是0.001Hz-300kHz，频率温漂仅50ppm/(1ppm=10-6)。

(3)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%。

(4)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。