函数波形发生器.doc

函数波形发生器的设计
验目的
学习函数波形发生器的设实计方法；
了解单片函数发生器ICL8038的工作原理及应用；
掌握函数波形发生器电路的调试及主要指标的测试方法；
研究函数波形发生器的设计方案。
实验原理
在无线电通信，测量，自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器，常用的波形是正弦波，矩形波（方波）和锯齿拨。
随着集成电路技术的发展，已有能力同时产生同频的方波，三角波和正弦波的专用集成电路，称为函数波形发生器，如ICL8038。
函数波形发生器
专用集成电路ICL8038就是一个函数波形发生器，其引出脚的排列及性能见附录一。典型应用电路如图5-2-1所示。

ICL8038的内部原理见图5-2-2所示。

其基本工作原理如下。
CS1和CS2是两个恒流源，它们和外接的定时电容C组成积分电路。电平比较器1和2以及双稳态触发器组成积分电路的控制电路。定时电容C上的三角波经缓冲级后由3脚输出。双稳态电路输出的方波经缓冲级后由9脚输出。三角波再经过一个正弦波变换器后边为正弦波由2脚输出。若要提高正弦波输出的带载能力，则可再外接一级跟随器。
恒流源CS1与外接电容C固定连接在一起，而恒流源CS2则由双稳态电路控制的开关S来决定是否与电容C接通。若开关S断开，则只有CS1以电流I向电容C充电，电容C上的电压线性增大。当该电压上升到比较器1的阈值电平（电源电压的2/3）时，双稳态电路翻转，S接通，此时，恒流源CS2以电流2I向电容C反向充电，由于同时还存在着CS1的作用，所以电容C将以电流I放电，电容C上的电压线形减小。当该电压下降到比较器2的阈值电平(电源电压的1/3)时，双稳态电路复位，S断开，仅剩下CS1向电容C充电。如此反复，从而形成振荡。
由上述可见，只有当恒流源CS1=I，CS2=2I时，电容C的充、放电时间常数才相等，这时输出的三种波形均对称。不然，三角波将变为锯齿波，方波将变为矩形波(占空比>50%),正弦波将严重失真。电流源CS1和CS2的大小分别决定于外接电阻，即图5-2-1中的R4和R5。只有当R4=R5时才有CS1=I和CS2=2I，才能获得对称的三角波，方波和正弦波。电位器
Rw4=1kΩ是用来调整输出波形的对称性，调整Rw2和Rw3可改善正弦波的失真。
ICL8038的输出频率是8脚上电压的函数，即它是一个压控震荡器。当8脚与7脚（扫频偏置电压≈-2.8V）相连时，输出频率是固定，若4，5脚的外接电阻相等均为R，则输出频率
f=0.3/RC（5-2-1）
当8脚与一个连续可调的直流电压相连时，则输出频率连续可调。当此电压为最小值（近似为零）时，频率可达到很低。当此电压为最大时，频率最高，并且改变定时电容C的大小可改变最高输出频率。此连续可调电压由-12V电源电压经电阻R1和电位器Rw1分压取得。而ICL8038的控制电压有效有效作用范围是0~-3V，为此，选择适当的R1以保证最大控制电压为-3V左右。通常为保证调整的准确性，各电位器一般选择小型多圈式电位器。
锯齿波，矩形波产生电路
如图5-2-3所示，这部分电路是由运放IC2构成的比较电路和由运放IC3构成的积分电路所组成。积分比较器后跟一级由运放IC4构成的跟随器，用以提高其带载能力。当Rw6=0时，积分电容C6的充放电时间常数T2和T1相同，此时积分电路输出为三角波，比较电路输出为方波（占空比为50%），随Rw6增大，积分电容C6的充电时间常数，即三角波的逆程时间T2增大（三角波的负斜率减小），于是原三角波变为锯齿波，原方波变为矩形波，如图5-2-4所示。

由图5-2-3可见，调节Rw6可改变T2及锯齿波周期T的大小（积分电容C6的放电时间常数T1与Rw6无关），相当于改变锯齿波的负斜率。矩形波的占空比以及它们的频率。调节Rw2即可改变锯齿波的输出幅度，同时因改变了加于运放IC2同相输入端电压，故又改变了T1,T2和T的大小。
调节Rw5可改变运放IC2,IC3和IC4输出端的直流电平。
可以证明：若矩形波输出的峰-峰值为Vp-p1,Rw7滑动点上半部分值,下半部分的值为,则锯齿波的峰-峰值Vp-p2为
5-2-2
5-2-3
5-2-4
T=T1+T2 5-2-5
设计思路
=1\*GB2⑴技术指标
能输出频率f=2kHz~20kHz并连续可调的正弦波，三角波和方波。
正弦波：峰-峰值Vp-p≈3V,非线形失真系数≤5%
能输出频率f=20kHz~500kHz并连续可调的锯齿波和矩形波
矩形波：Vp-p≈3V,负斜率连续可调.
能输出扫频波。
=2\*GB2⑵元器件参数确定
根据技术指标a中对函数波形发生器最高工作频率f=