基于ICL8038的信号发生器的设计

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基于ICL8038的信号发生器的设计

1技术指标

设计、组装、调试信号发生器电路，使它能输出正弦波、方波和三角波；其频率在20-20kHz范围内可调；输出电压：方波Up-p≤4V，三角波Up-p=6V，正弦波Up-p=1V。

2设计方案及其比较

方案一

分采用立器件实现电路组成，主要部件有电压迟滞比较器、积分运算电路、uA741运算放大器、选择开关、电位器和一些电容、电阻、二极管组成。该方案有三级单元电路组成的，第一级单元可以产生方波，第二级可以产生三角波，第三级可以产生频率可变的正弦波，产生频率可变的正弦波比产生频率可变的方波更困难，第三级电路能将正向和负向的三角波转换成正弦波。电路原理图如图1所示：

图1 电路原理图

工作原理：通过迟滞比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，正弦波产生电路实际上是一个增益与输出电压幅度成反比例变化的放大器。两个10k欧的电位器RP4和RP5设定了输出电压过零点附近的斜率。当输出电压增加时，RP4应调整到二极管VD3～VD6开始正偏。为了得到正弦波平滑变化的顶部，电位器RP3应细心调节，并仔细选配二极管VD1和VD2.用双踪示波器来观察输入和输出，仔细调节RP3、RP4和RP5，可使正弦波调节到最佳状

态。

计算公式：

(1)当U1与U2分开时，U1、R1、R2、R3、RP1组成电压比较器，运放U2与R4、RP2、C1与R5组成方向积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出电压Uo2为：

21

4211

()O O dt

U U C R RP -=

+⎰

当Uo1=+Vcc=+12V 时

t C RP R V t C RP R V U CC

CC O 1241242)()()

(+-=++-=

当Uo1=-VEE=-12V 时

t

C RP R V t C RP R V U CC

EE O 1

241

242)()()(+=

+--=

（2）若比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波三角波。

三角波幅度为：

2

231

CC

O m R V U R RP =

+

方波-三角波频率为：

C RP R R RP R f 1

2421

3)(4++=

仿真波形如图2所示：

图2 方案一仿真波形

信号频率在20Hz～20kHz可调。

方案二

基于NE555的信号发生器设计，电路原理图如图3所示：

图3 NE555函数信号发生器原理图

工作原理：

555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是

R2→R1→RP →C2；C2的放电回路是C2→RP →R1→IC 的7脚(放电管)。由于R1+RP>>R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC 的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，调节电位器RP 可改变振荡器的频率。方波信号经R3、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R4、C6、R5、C7积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。

C RP R R T 212))(2(639.0⨯++⨯=

NE555的主要特点：

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源范围极大，可与TTL ，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 仿真波形如图4所示：

图4 方案二仿真波形

信号频率在20Hz ～20kHz 可调。 方案比较

方案一的优点是：线性良好、稳定性好；频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。但器件较多，较分散不易集成，方案二电路比较简单，费用便宜，但是波形不理想；所以

选择基于ICL8038设计方案更合理，电路结构也相对简单，易于实现。 3实现方案

基于ICL8038的信号发生器设计，电路原理图如图5所示：

图5 ICL8038函数信号发生器原理图

工作原理及参数计算：

为了使振荡信号获得最佳的特性，流过ICL8038集成电路的4号脚和5号脚的电流不能过大或过小。若电流过大，会使三角波的线性变坏，从而会导致正弦波失真度增大；若过小则电容的漏电流影响变大。最佳电流为1μA ～1mA 。电阻R 满足下列关系：

I

Vcc

R 10=

若选择Vcc=12V,则电阻R 最佳的变化范围为Ω～1200k Ω。因为RC

f 15

.0=

，取C1=4700pF ，当kHz f 20max =时，59.115.01

max min ==C f R (k Ω)，取

Ω==k R R 5.11min 。现选择一电位器RP1与R1相串联，取RP1=56k Ω。当电位

器RP1+R1最大时，振荡频率)(555)(15

.011min Hz C

R RP f =+=

。可见不满足设计任务

书最低频率的要求。为此要再增加一组振荡电容C2。

)(13.020

10)5.156(15

.0)15

.03

1

1

2(F f

R RP C μ=⨯⨯+=

+=