模电课程设计.doc

1、 模拟电子技术课程设计题目： 多功能三角波产生器 院 系：工学院电气与电子工程系专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一六 年 十二 月多功能三角波产生器摘 要信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的信号发生器，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、三角波的方案也有多种本系统以 ICL8038 集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。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 0.001Hz30KHz 的低失真正弦波、三角波、矩形

2、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。关键词：ICL8038 方波 正弦波 三角波多功能三角波产生器目录第 1 章 绪论 .11.1 项目概况 .11.2 项目的意义 .11.3 设计要求 .2第 2 章 方案的选择及论证 .32.1 设计方案 .32.1.1 方案一 .32.1.2 方案二 .32.2 方案选取及论证 .4第三章 电路的设计过程 .53.1 信号发生器原理图 .53.2 电路主要元件的分析 .53.2.1 ICL8038 管脚功能图及实物图 .53.2.2 ICL8038 的性能特点 .63.2.3 ICL8038 的工作原理 .73.3 系统电路的仿真

3、 .83.5 电源电路的设计 .113.5.1 电源电路的原理 .113.5.2 电源电路的仿真 .11第四章 元器件的选择 .13总结 .14参考文献 .15多功能三角波产生器1第 1 章 绪论1.1 项目概况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

4、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。1.2 项目的意义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

5、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 1。多功能三角波产生器21.3 设计要求（1）输出波形频率范围为 0.02Hz20kHz 且连续可调；（2）正弦波幅值为10V，失真度小于 2%；（3）方波幅值为 10V；（4）三角波峰-峰值为 20V；（5）各种波形幅值均连续可调；（6）设计电路所需的直流电源。多功能三角波产生器3第 2 章 方案的选择及论证2.1 设计方案2.1.1 方案一采用由集

6、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。此方案中信号发生器电路组成框图如图 2-1,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 1。图 2-1 函数发生器电路组成框图2.1.2 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

7、正弦波、方波、三角波等波形电路。工作原理整体框图如图 2-2多功能三角波产生器4图 2-2 ICL8038 电路组成框图本系统以 ICL8038 集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。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 0.001Hz30KHz 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 2。2.2 方案选取及论证 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

8、易掌握，所以本课题采用方案二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。幅度控制ICL8038方波三角波正弦波频率选择控制直流电源多功能三角波产生器5第三章 电路的设计过程3.1 信号发生器原理图由于 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

9、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 3-1 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 3-1 即为产生三种波形的函数发生器的原理图 2。图 3-1 函数发生器原理图3.2 电路主要元件的分析3.2.1 ICL8038 管脚功能图及实物图 脚 1、12 （ Sine Wave Adjust）：正弦波失真度调节； 脚 2（Sine Wave Out）：正弦波输出；

10、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；脚多功能三角波产生器66（V）：正电源10V18V；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 5。图 3-2 ICL8038 管脚功能图图 3-3 ICL8038 实物图3.2.2 ICL8038

11、 的性能特点 5 （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 01高线性度。 （4）具有 0001Hz 1MHz 的频率输出范围；工作变化周期宽。 （5）298之间任意可调；高的电平输出范围。 多功能三角波产生器7（6）从 TTL 电平至 28V。（7）具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出。 （8）易于使用，只需要很少的外部条件。3.2.3 ICL8038 的工作原理ICL8038 是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图 3-4 所示。它由恒流源 I1 和 I2、电压比较器 A 和 B、触发器、缓冲期

12、和三角波变正弦波电路等组成。图 3-4 内部框图外接电容 C 由两个恒流源充电和放电，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 23 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 13 倍时，