基于ICL8038的函数信号发生器仿真报告

基于ICL8038的函数信号发生器仿真报告

09工试2班麻辉凯

一、ICL8038内部结构介绍

图1 ICL8038内部电路方框图

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2/3Vs 与1/3Vs。使两个比较器必须在大于2/3Vs 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2/3Vs 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1/3Vs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。

二、频率和占空比的计算

图2 外部定时电阻的连接

所有波形的对称性都可以通过调节外部定时电阻来调节。如图2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。

,因此，三角波的上升部分是：

三角波的幅度设置在1/3V

SUPPLY

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。

图3 占空比调节电路protues仿真波形图

三、波形失真调节电路

图4 连接来实现正弦波的最小畸变

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。如图4所示，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5，可见，该正弦波波形失真度非常小，波形较完美。

图5 失真调节后的正弦波仿真波形

四、运算放大电路模块

由于输出的正弦波，三角波的幅度比方波要小很多，因此我们在8038芯片的波形输出端加上放大电路模块，以增大输出波形的幅度。

运算放大电路如图6所示，在此我们选用性能较优的运放OP37。

我们采用反向运算放大器的电路接法，运算放大倍数为：

则输出电压为：

在此，我们选取电压放大倍数=5即可。

图6 运算放大电路

五、函数信号发生器电路仿真

仿真电路原理图如下图所示：

图7 函数信号发生器电路图

如图7所示，外接电容C我们采用档位选择制，共有6个档位，依次为25uF，2.5uF,100nF,10nF,200pF,47pF，以满足不同的频率和负载要求。

不加运放时8038芯片信号输出端方波，三角波，正弦波波形输出如图8所示，可见该波形的形状非常规范，只是三角波和正弦波的波形幅度比方波小很多。

图8 不加运放时8038信号输出端波形

加上运放的作用之后，波形输出如图9所示，Channel D输出的就是经过运放放大之后的三角波的波形，可见此时三角波的幅度明显加大。

图9 加上运放之后信号发生器波形输出

六、ICL8038波形输出频率范围探究

ICL8038波形频率输出范围是0.001Hz~300kHz，那么超过此范围之后波形会

怎样呢？在此，我们选电容C的最低档位47pF，仿真，观察频率超出300kHz时的情况，此时波形如图10所示：

可见此时的波形输出有明显的失真现象存在！！！

图10 超出8038频率输出范围的波形