模拟式信号发生器的设计

模拟式信号发生器的设计

1、基本电路设计要求

(1) 发生波形包括正弦波、三角波、锯齿波和方波

(2) 幅度要求方波、正弦波为±5V ；三角波、锯齿波为±2.5V 。 (3) 频率调节范围100Hz ～1MHz 。 2、电路的设计

本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器。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0.001Hz ～300KHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。

ICL8038的引脚如图1。第1、12引脚为正弦波失真度调整，调整接在该引脚上的输入电压可调整输出正弦波的失真度；第2引脚为正弦波的输出引脚；第3引脚为三角波的输出引脚；第4、5引脚为占空比及频率调整引脚；第6引脚为+V cc 输入引脚；第7引脚为偏置电压输出引脚；第8引脚为偏置电压输入引脚；第9引脚为矩形波输出引脚；第10

引脚为外接充电电容引脚；第11引脚为-V EE 或地引脚；第13、14引脚为未用引脚。

ICL8038的内部结构图如图2所示。

图2 ICL8038内部框图

正弦波失真度调整

正弦波输出三角波输出占空比及

+V 调频偏置电压

频率调整

弦波失真度

调整

-V 接电容形波输出频电压输入端

EE 或地

.

.

.

.

图1 ICL8038引脚图

其中，振荡电容C由外部接入，它是由内部两个恒流源来完成充电放电过程。恒流源2的工作状态是由恒流源1对电容器C连续充电，增加电容电压，从而改变比较器的输入电平，比较器的状态改变，带动触发器翻转来连续控制的。当触发器的状态使恒流源2处于关闭状态，电容电压达到比较器1输入电压规定值的2／3倍时，比较器1状态改变，使触发器工作状态发生翻转，将模拟开关K由B点接到A点。由于恒流源2的工作电流值为2I，是恒流源1的2倍，电容器处于放电状态，在单位时间内电容器端电压将线性下降，当电容电压下降到比较器2的输入电压规定值的1／3倍时，比较器2状态改变，使触发器又翻转回到原来的状态，这样周期性的循环，完成振荡过程。

在以上基本电路中很容易获得3种函数信号，假如电容器在充电过程和在放电过程的时间常数相等，而且在电容器充放电时，电容电压就是三角波函数，三角波信号由此获得。由于触发器的工作状态变化时间也是由电容电压的充放电过程决定的，所以，触发器的状态翻转，就能产生方波函数信号，在芯片内部，这两种函数信号经缓冲器功率放大，并从管脚3和管脚9输出。

适当选择外部的电阻R A和R B和C可以满足方波函数等信号在频率、占空比调节的全部范围。因此，对两个恒流源在I和2I电流不对称的情况下，可以循环调节，从最小到最大，任意选择调整，所以，只要调节电容器充放电时间不相等，就可获得锯齿波等函数信号。

频率范围为10~100kHz的函数信号发生器的具体电路如图3所示。

图3 信号发生电路

调节W1 和W2 通过LM353 控制ICL8038 起振。当开关K断开时调W3，以改变方波的占空比，可使方波的占空比为50％。调节W5，使正弦波线性度调节端1 为3Vs／5(Vs＝Vcc+Vss)，调节W6 使另一个正弦波线性度调节端口为2Vs／5 就可得理想的正弦波信号。W4 用作低频端线性校正。W4，W5 和W6 反复调整才能得到一个好的正弦波。端口1输出的是的矩形波，改变外接电阻的阻值则可调节方波的占空比。端口2输出的是正弦波。端口3输出的是三角波，当W7取最大值时，可是电压幅度减半为±2.5V，调节W7的大小使电压幅度在±5V变换，改变外接电阻的阻值可调节振荡电容充放电时间，使三角波变为锯齿波输出。

图3输出的信号的频率调节范围为10Hz~100KHz，为了达到要求的频率范围100Hz~1MHz，波形输出的端口还必须加锁相倍频电路，把频率放大10倍才能符合要求。锁相倍频器采用NE564，f out=Nf in，N=10。电路如图4所示。

图4 NE564锁相倍频器