函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 模電設(shè)計(jì)

1、 廣東石油化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課程名稱(chēng)： 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 劉佳 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電信12-2 學(xué) 號(hào)： 12034490203 指導(dǎo)教師： 李繼凱 日 期： 2014 年 10 月 18 日 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生正弦波、矩形波（方波）和三角波（鋸齒波）的函數(shù) 發(fā)生器， 本信號(hào)發(fā)生器可以考慮用專(zhuān)用集成芯片（如5G8038等）為核心實(shí)現(xiàn)。 1Hz；100kHz 信號(hào)頻率范圍： 頻率控制方式： RC參數(shù)實(shí)現(xiàn)；手控 通過(guò)改變 通過(guò)改變控制電壓實(shí)現(xiàn)； 鍵控 為能方便地實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，建議將頻率分檔；

2、輸出波形要求 50% 上升沿和下降沿時(shí)間不得超過(guò)200nS，占空比在48% 方波 之間； 非線性誤差2%； ；諧波失真度2% 正弦波 20V；0 輸出信號(hào)幅度范圍： ；信號(hào)源輸出阻抗： 1 應(yīng)具有輸出過(guò)載保護(hù)功能； 具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值功能。 二、方案設(shè)計(jì)與論證階梯波等方波及鋸齒波、函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、 ，也8038)如單片函數(shù)發(fā)生器模塊電壓波形的電路或儀器?？梢圆捎眉呻娐? 可以采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器組成的電路。 方案一：采用ICL8038芯片來(lái)設(shè)計(jì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。該信號(hào)芯片的主要技術(shù)指標(biāo)：通過(guò)調(diào)節(jié)外接阻容元件值，很容易改變振蕩頻率，范

3、圍；輸出的波形失真??；三角波輸出線性度可優(yōu)于使工作頻率在1Hz-100kHz；外圍電路簡(jiǎn)單（外接元件較少），4.2-28V。輸出脈沖（或方波）電平可從0.1% 。引出線比較靈活、適用性強(qiáng) 方案二：由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。 比較方案一和方案二，方案一電路操作靈活性比較高，而且相對(duì)比較準(zhǔn)確，所以采用方案一

4、。 三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 電路主要芯片分析如圖所示： 其工作原理如下：利用恒流源對(duì)外接電容進(jìn)行充放電，產(chǎn)生三角波(或鋸齒波)，經(jīng)緩沖器I從第3腳輸出，由觸發(fā)器獲得的方波（或鋸形波），經(jīng)緩沖器從第九腳輸出。再利用正弦波變換器將三角波變換成正弦波，從第2腳輸出。改變電容器的充放電時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)三角波與鋸齒波方波與矩形波的互相轉(zhuǎn)換。 函數(shù)信號(hào)頻率和占空比的調(diào)節(jié)。 函數(shù)信號(hào)的頻率和占空比由R3、R1和C4、C5、C6決定，其頻率為F，周期T，t1為振蕩電容充電時(shí)間，t2為放電時(shí)間： Tt1t2 F=1/T 由于三角函數(shù)信號(hào)在電容充電時(shí)，電容電壓上升到比較器規(guī)定輸入電壓的13倍，分得的時(shí)間為： t1

5、=CV/I=(C+1/3VCCRA)/(1/5VCC)=5/3RAC 在電容放電時(shí)，電壓降到比較器輸入電壓的13時(shí)，分得的時(shí)間為： t2CVI（C13VCC）（25VCCRB15VCCRA） （35RA RBC）（2RARB） f1（t1t2）35RAC1RB（2RAR） 四、總原理圖及元器件清單 1總原理圖 2元件清單 元件序 號(hào) 型號(hào) 主要參數(shù) 數(shù)量 備注 R1、R3、R4 RES 4.7K電阻 3 R2 RES 電阻 20K 1 、R5 R6 RES 電阻10K 2 R7 RES 1K電阻 1 R8 RES 電阻6.8K 1 RV1 POT-HG 10K滑動(dòng)電阻 1 RV2 POT-HG

6、 滑動(dòng)電阻1K 1 RV3 POT-HG 滑動(dòng)電阻100K 1 SW1 SW-ROT-3 三匝開(kāi)關(guān) 1 U1 ICL8038 1 C1、 C6 CAP 0.1uf 2 C3 CAP 200uf 1 C4 CAP 1000pf 1 C5 CAP 0.01uf 1 Q1 2N1711 1 五、仿真調(diào)試與分析 1、仿真結(jié)果 2、調(diào)試過(guò)程 通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RV1的位置，可調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器的輸出振蕩頻率的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RV2的位置，可以用來(lái)調(diào)節(jié)輸出矩形脈沖波的占空比.C4、C5、C6為頻率檔位調(diào)節(jié)由低頻到高頻。RV3可調(diào)節(jié)波形失真程度。 為了使振蕩信號(hào)獲得最佳的特性，流過(guò)ICL8038集成電路4腳和5

7、腳的電流不能過(guò)大或過(guò)小。若電流過(guò)大，將使三角波的線性變壞，從而導(dǎo)致正弦波失真度增大；若過(guò)小，則電容的漏電流影響變大。流過(guò)ICL8038集成電路4腳和5腳的最佳電流為1A-1mA。 電路震蕩頻率由以此關(guān)系式?jīng)Q定：f=1/(2RC) 六、結(jié)論與心得 連我一開(kāi)始是在網(wǎng)上找了一個(gè)原理圖，我從中學(xué)到很多。在這一周實(shí)習(xí)中， 好之后示波器出不來(lái)。我檢查很多遍連線后還是沒(méi)有查出結(jié)果，就換了另一個(gè)圖，這回波形出來(lái)了，但失真很厲害。我跑了一遍圖書(shū)館，在其中一本書(shū)里找到了我現(xiàn)在所用的原理圖，經(jīng)過(guò)運(yùn)行后得到了我想要的波形。在做實(shí)驗(yàn)是，我的原理圖芯片用的是5G8038，我在軟件里找不到，就去問(wèn)了同組的同學(xué)，他說(shuō)可以用ICL8038代替。這個(gè)實(shí)驗(yàn)最后能成功完成，真的要謝謝同組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中給我的很多幫助。我在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中真的遇到很多問(wèn)題，很多時(shí)候是細(xì)節(jié)出錯(cuò)，被同學(xué)指出后才發(fā)現(xiàn)自己錯(cuò)的有多離譜。雖然自己對(duì)于這門(mén)課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒(méi)有很好的掌握，覺(jué)得很難，也沒(méi)有很有效的辦法通過(guò)自身去理解，但是靠著這一個(gè)多禮拜的“學(xué)習(xí)”，在小組同學(xué)的幫助和講解下，自己開(kāi)始主動(dòng)學(xué)習(xí) 并逐步從基礎(chǔ)慢慢開(kāi)始弄懂它。我