基于ICL8038的 函数信号发生器设计说明

南华大学电气工程学院

《电子技术课程设计》任务书

设计题目：基于ICL8038的信号发生器

专业：10级电子02班

学生姓名: 王超学号:20104470245起迄日期:2012年11月16日——2013年1月1 日指导教师:朱卫华

《电子技术课程设计》任务书

基于ICL8038的信号发生器设计

1 整体设计思想

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1.1 所示。

2 详细设计

2.1、ICL8038的工作原理

ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为0.001Hz～300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于0.1%；占空比变化范围为2%～98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；对于电源，单电源（V+）：+10～+30V，双电源（+V）（V-）：±5V～±15V。图3-1是管脚排列图，以下是功能框图。8038采用DIP-14PIN封装。

表2-1ISL8038管脚功能：

图2-1 ICL8038管脚图2.2、ICL8038内部框图介绍

图2-2 ICL8038的电路结构

函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图3-2），共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；两个电压比较器Ⅰ和Ⅱ的阈值电压分别为S以及S和，它们的输入电压等于电容两端的电压Uc，输出电压分别控制RS触发器的S端和端；RS触发器的状态输出端Q和用来控制开关S，实现对电容C的充、放电；充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。当Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。

2.3、方案电路工作原理（见图2-3）

图

2-3 函数信号发生

器

当外接电容

C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通过外接电阻调节，但必须I2＞I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器I的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2＞I1（设I2=2I1），I2将加到C上进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压UC又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器Ⅱ输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。C上的电压UC，上升与下降时间相等（呈三角形），经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波的两端变为平滑的正弦波，从2脚输出。

其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器Rp1为输出频率细调电位器，电位器Rp2调节方波占空比，电位器Rp3、Rp4调节正弦波的非线性失真。

2.4、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示

图2-4 两个电压比较器的电压传输特性

2.5、常用接法

如图（3-2）所示为ICL8038的引脚图，其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源+VCC之差，它可作为引脚8的输入电压。

如图（3-5）所示为ICL8038最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻RL至+VCC。在图(a)所示电路中，RA和RB可分别独立调整。在图(b)所示电路中，通过改变电位器Rp滑动的位置来调整RA和RB的数值。

（a）（b）

图2-5 ICL8038的两种基本接法

当R A=R B时，各输出端的波形如下图(a)所示，矩形波的占空比为50％，因而为方波。当R A≠R B时，矩形波不再是方波，引脚2输出也就不再是正弦波了，图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图。根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为

故R A<2R B。

（a）矩形波占空比为（b）矩形波占空比

50%的输出波形15%的输出波形

图3-6 个占空比的输出波形

为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如下图（图3-7）所示电路中两个100kΩ的电位器和两个10kΩ电阻所组成的电路，调整它们可使正弦波失真度减小到0.5%。在R A和R B不变的情况下，调整R W2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到100:1。在引脚8与引脚6之间直接加输入电压调节振荡频率，最高频率与最低频率之差可达1000:1。

图2-7 减小失真度的电路波形

3 仿真

3.1、软件仿真

采用Protues软件仿真，电路连接比较简单，但是在仿真的过程中出现很多问题，特别是频率问题，根据计算公式当电阻R=10K时，要使输出频率达到1Hz，则电容的值应选33uF,但是在仿真的过程中但换挡到电容为1uF的时候波形就变成了直线，后面通过改变电阻也不行，输出的频率总是达不到100Hz以下。

3.2、硬件仿真

软件仿真没有达到预期要求，接下来通过硬件仿真。硬件仿真其次是在面包板上直接插元器件进行仿真。硬件仿真和软件仿真的结果完全不一样，输出频率完全能到达1Hz。另外就是在第一次做失败的硬件电路的调试过程中进行了仿真。