非常有用的ICL8038信号发生器设计文稿要点

引言

信号发生器是科研及工程实践中重要的仪器之一，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域系统设计及调试过程中，用不同频率的正弦波、三角波和方波常作为信号源，应用十分方便。过去常由分立元件及集成运放构成振荡器，分立元件体积大、相对耗能高、故障频率也高。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可以很快、很方便的构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有很大的提高。

信号发生器根据用途不同,有产生三种或多种波形的发生器,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,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。ICL8038精密函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、三角波和正弦波，其函数波形的频率受内部或外电压控制，可被应用于压控振荡等波形发生电路。

一. 课题方案设计与选择

（一）函数信号发生器的设计方案

方案一：采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。此方案中函数发生器电路组成框图如图1.1所示。

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

方案二：利用单片集成函数信号发生器ICL8038、集成振荡器、电位器等外围电路灵活的组成，使通过电源来产生产生正弦波、方波、三角波等波形电路。工作原理整体框图如图1.2 所示。

频率选择控制

三角波 正弦波

幅度控制

直流电源

方波

图1.2 由8038构成的函数发生器电路组成框图

ICL 8038

图1.1 函数发生器电路组成框图

（二）方案选取

经过分析比较，由于方案一函数发生器所采用电路复杂，不易理解，更不容易掌握，所以本课题采用方案二利用单片集成函数信号发生器ICL8038、集成振荡器、集成定时器等灵活的组成来产生产生正弦波、方波、三角波等波形电路，具有线路简单，调试方便，功能完备，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高，系统输出频率范围较宽且经济实用，而且具有较高的温度稳定性和频率稳定性。特别适合用于工控和电子实验室，当输出缓冲电路独立设置多路时，可同时多路输出三种信号，比较容易满足设计需要。

二. 电路的设计过程与分析

（一）电路设计原理图及与应用要点

1.函数信号频率和占空比的调节

由于ICL8038单片函数发生器有两种工作方式，即输出函数信号的频率调节电压可以由内部供给，也可以由外部供给。图2.1为几种由内部供给偏置电压调节的接线图。

图2.1ICL8038典型应用

在以上应用中，由于第7脚频率调节电压偏置一定，所以函数信号的频率和占空比由R A、R B和C决定，其频率为F，周期T，t1为振荡电容充电时间，t2为放电时间：

T＝t1＋t2f＝1／T （2-1-1) 由于三角函数信号在电容充电时，电容电压上升到比较器规定输入电压的1

／3倍，分得的时间为：

t1=CV/I=(C+1/3·Vcc·R A)/(1/5·Vcc)=5/3R A·C (2-1-2)

在电容放电时，电压降到比较器输入电压的1／3时，分得的时间为：

t2＝CV／I＝（C＋1／3·V CC）／（2／5·V CC R B－1／5·V CC／R A）＝（3／5·R A R B·C）／（2R A－R B）(2-1-3) f＝1／（t1＋t2）＝3／｛5R A C［1＋R B／（2R A－R）］｝(2-1-4)对图2.1最左视图中，如果R A＝R B，就可以获得占空比为50％的方波信号。其频率f＝3／（10R A C）。

2.函数发生器原理图

由于ICL8038单片函数发生器所产生的正弦波是由三角波经非线性网络变换而获得。该芯片的第1脚和第12脚就是为调节输出正弦波失真度而设置的。图2.2为一个调节输出正弦波失真度的典型应用，其中第1脚调节振荡电容充电时间过程中的非线性逼近点，第12脚调节振荡电容在放电时间过程中的非线性逼近点，在实际应用中，两只100K的电位器应选择多圈精度电位器，反复调节，可以达到很好的效果，图2.2即为产生三种波形的函数发生器的原理图。

图2.2 函数发生器原理图

（二）电路主要芯片的分析 1.ICL8038 管脚功能图及实物图 图2.3为ICL8038实物图。脚1、12

（Sine Wave Adjust ）：正弦波失真度调节； 脚2（Sine Wave Out ）：正弦波输出； 脚3（Triangle Out ）：三角波输出；

脚4、5（Duty Cycle Frequency ）：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节；脚6（V ＋）：正电源±10V ～±18V ；脚7（FM Bias ）：内部频率调节偏置电压输；脚8(FM Sweep)：外部扫描频率电压输入；脚9（Square Wave Out ）：方波输出，为开路结构；脚10（Timing Capacitor ）：外接振荡电容；脚11（V － or GND ）：负电原或地；脚13、14（NC ）：空脚。如图2.4所示。

2.ICL8038的性能特点

（1）具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm ／℃。 （2）正弦波输出具有低于1％的失真度。 （3）三角波输出具有0．1％高线性度。

（4）具有0．001Hz ～1MHz 的频率输出范围；工作变化周期宽。 （5）2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围。 （6）从TTL 电平至28V 。

2.3 ICL8038实物图

图2.4 ICL8038管脚图