模拟电子技术实验指导书 实验三函数信号发生器的设计 、设计内容 采用集成函数发生器ICL8038设计并制作一个能产生三角波、正弦波、方波信号 函数信号发生器。 、设计要求 基本要求: 信号频率范围1Hz~100KHz 正弦波峰峰值3V幅值可调 方波峰峰值10ⅴ幅值可调 三角波峰峰值5V幅值可调 频率控制方式手动通过改变时间常数RC实现 扩展要求:通过改变控制电压实现频率的压控,压控电压范围0~3V 、总体设计方案 函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。当调节外 部电路参数时,还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波,其频率范围从1Hz到几百 kHz,频率的大小与外接相应电阻和电容有关,目前广泛应用于仪器仪表之中。单片集 成函数发生器ICL8038的原理框图及管脚排列图分别见图2-3-1和图2-3-2 ⑥?+Kc 失真度调整 电压比较器1 三角波变 正弦波电路 三角波输出国3 正弦波 失真度调整 电压比较器Ⅱ 占空比及 缓冲电路 10外接电容 矩形波输出 缓冲电路 调频偏置 调频电压 输入端 vE(或地) 2-3-1ICL8038原理框 图2-3-2ICL8038管脚排列图 ICL8038是一款性能优良的集成函数发生器,即可用单电源供电,也可双电源供 电。单电源供电时,将引脚11接地,6脚接+V,其值为10~30V:双电源供电时,引 脚11接V王,引脚6接+V,它们的值为±5~±15V。频率的可调范围为0001Hz 300kHz。输出矩形波的占空比可调范围为2%~98%,上升时间为180ns,下降时间为 40ns,输出三角波的非线性小于0.05%,输出正弦波的失真度小于1%。 在图2-3-1中,缓冲电路I是电压跟随器,缓冲电路Ⅱ是反相器,用于隔离波形发生 电路和负载,以提高带负载能力:电压比较器I和电压比较器Ⅱ的阈值电压分别为主
模拟电子技术实验指导书 实验三 函数信号发生器的设计 一、设计内容 采用集成函数发生器ICL8038设计并制作一个能产生三角波、正弦波、方波信号的 函数信号发生器。 二、设计要求 基本要求: 信号频率范围 1Hz～100KHz 正弦波峰峰值 3V幅值可调 方波峰峰值 10V幅值可调 三角波峰峰值 5V幅值可调 频率控制方式 手动 通过改变时间常数RC实现 扩展要求: 通过改变控制电压实现频率的压控，压控电压范围 0～3V 三、总体设计方案 函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。当调节外 部电路参数时，还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波，其频率范围从1Hz 到几百 kHz，频率的大小与外接相应电阻和电容有关，目前广泛应用于仪器仪表之中。单片集 成函数发生器ICL8038的原理框图及管脚排列图分别见图2-3-1和图2-3-2。 图2-3-1 ICL8038原理框 图2-3-2 ICL8038管脚排列图 ICL8038是一款性能优良的集成函数发生器，即可用单电源供电，也可双电源供 电。单电源供电时，将引脚11接地，6脚接+Vcc，其值为10～30V；双电源供电时，引 脚11接-VEE，引脚6接+Vcc，它们的值为±5～±15V。频率的可调范围为0.001Hz～ 300kHz。输出矩形波的占空比可调范围为2%～98%，上升时间为180ns，下降时间为 40ns，输出三角波的非线性小于0.05%，输出正弦波的失真度小于1%。 在图2-3-1中，缓冲电路I是电压跟随器，缓冲电路II是反相器，用于隔离波形发生 电路和负载，以提高带负载能力:电压比较器I和电压比较器II的阈值电压分别为主
实验三函数信号发生器的设计 /3Vcc和1/3vcc,它们的输入电压为电容C两端的电压uc,它们的输出电压分别控制 RS触发器的置位端和复位端:为得到在比较宽的频率范围内由三角波到正弦波的转换 内设一个由电阻与晶体管组成的折线近似转换网络(正弦波变换器),以得到低失真的正 弦信号输出:RS触发器的状态输出端用来控制电子模拟开关S,以实现对电容的充放电 功能;电流源电流ls与ls2的大小可通过外接电阻调节,但ls2必须大于等于s,若ls2=sr 则触发器的输出为方波,经缓冲电路2输出到管脚9;在l2=2ls的条件下,Uc上升与下 降的时间相等,其电压输出为三角波,经缓冲电路I输出到管脚2,并通过三角波变正弦 波的变换电路从管脚3输出正弦波,当 IsLs2<2ls时,Uc上升与下降的时间不相等,管 脚2输出锯齿波,管脚9输出矩形波 当通电后,触发器的输出端Q为低电平时,开关S断开,电流源ls给电容C充电,因 充电电流是恒流,故它两端的电压u随时间线性上升,当u达到电源电压的2/3倍时,电 压比较器I的输出电压发生跳变,使触发器的输出端Q由低电平跳为高电平,开关S接 通。由于电流源的电流l2大于Is,因此电容放电,放电电流为=ls2-ls,因放电电流 是恒流,所以u随时间线性下降。当它下降到电源电压的1/3倍时,电压比较器Ⅱ的输出 电压发生跳变,使触发器的输出端Q由高电平跳变为低电平,开关S断开,电流源ls再 给电容充电,u又随时间线性上升。如此周而复始,电路产生了自激振荡 通过以上分析可知,改变电容充放电电流,可以输出占空比可调的矩形波和锯齿 波。但是,当输出不是方波时,输出也得不到正弦波了。 在图2-3-2中,引脚8为频率调节电压输入端,电路的振荡频率与该电压成正比:引 脚7输出频率调节偏置电压,数值是引脚7偏置电压与电源+Ⅴcc之差,它可作为引脚8的 输入电压:引脚4和引脚5外接电阻和电位器,进行恒流源调节,用以改变输出信号的占 空比和频率:引脚10外接充放电电容,改变其容量则改变了充放电时间常数,也即改变 了触发器的翻转时间:引脚13和引脚14为空脚(NC)。 由8038组成的手动调频函数发生器参考电路见图2-3-3 RRI CL8038 n 图2-3-3手动调频的函数发生器参考电路
实验三 函数信号发生器的设计 2/3VCC和1/3VCC ，它们的输入电压为电容C两端的电压uC，它们的输出电压分别控制 RS触发器的置位端和复位端:为得到在比较宽的频率范围内由三角波到正弦波的转换， 内设一个由电阻与晶体管组成的折线近似转换网络(正弦波变换器)，以得到低失真的正 弦信号输出:RS触发器的状态输出端用来控制电子模拟开关S，以实现对电容的充放电 功能；电流源电流IS1与IS2的大小可通过外接电阻调节，但IS2必须大于等于ISl，若IS2=IS1， 则触发器的输出为方波，经缓冲电路2输出到管脚9；在IS2=2ISl的条件下，Uc上升与下 降的时间相等，其电压输出为三角波，经缓冲电路I输出到管脚2，并通过三角波变正弦 波的变换电路从管脚3输出正弦波，当ISl<IS2<2ISl时，Uc上升与下降的时间不相等，管 脚2输出锯齿波，管脚9输出矩形波。 当通电后，触发器的输出端Q为低电平时，开关S断开，电流源IS1给电容C充电，因 充电电流是恒流，故它两端的电压uc随时间线性上升，当uc达到电源电压的2/3倍时，电 压比较器I的输出电压发生跳变，使触发器的输出端Q由低电平跳为高电平，开关S接 通。由于电流源的电流IS2大于ISl，因此电容放电，放电电流为I=IS2－IS1，因放电电流 是恒流，所以uc随时间线性下降。当它下降到电源电压的1/3倍时，电压比较器II的输出 电压发生跳变，使触发器的输出端Q由高电平跳变为低电平，开关S断开，电流源ISl再 给电容充电，uc又随时间线性上升。如此周而复始，电路产生了自激振荡。 通过以上分析可知，改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿 波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。 在图2-3-2中，引脚8为频率调节电压输入端，电路的振荡频率与该电压成正比:引 脚7输出频率调节偏置电压，数值是引脚7偏置电压与电源+Vcc之差，它可作为引脚8的 输入电压:引脚4和引脚5外接电阻和电位器，进行恒流源调节，用以改变输出信号的占 空比和频率:引脚10外接充放电电容，改变其容量则改变了充放电时间常数，也即改变 了触发器的翻转时间:引脚13和引脚14为空脚(NC)。 由8038组成的手动调频函数发生器参考电路见图2-3-3。 图2-3-3 手动调频的函数发生器参考电路
模拟电子技术实验指导书 在图2-3-3所示电路中,山2、u、和u分别输出三角波或锯齿波、正弦波、方波或 矩形波电压。调节电位器RP可以改变方波的占空比、锯齿波的上升时间和下降时间 调节电位器RR2可以改变输出信号的频率:调节电位器RP3和RP4可以调节正弦波的失真 度,两者要反复调整才可得到失真度较小的正弦波:改变充放电电容C的容量大小也可 以改变输出信号的频率,根据不同的设计要求可将其分为数挡(如l0opF、0.01uF、1μ F和10μF等),然后利用开关进行切换即可;在ICL8038的输出端可接一由运算放大器 构成的比例放大器,其输入端通过开关分别切换的ICL8038的9、3、2脚,可实现不同 输出信号的增益调整。 由8038组成的压控调频的函数发生器参考电路见图2-3-4 图2-3-4压控调频的函数发生器参考电路 在图2-3-4中,调节电位器RP2可以通过5G353控制ICL8038起振,实现压控调频; 电位器RP3用于低频端线性校正;其他器件作用同上,不再赘述。 四、调试要点 (1)按图2-3-3连线,充放电电容C根据设计要求可将其分为四挡(如l0opF、0.01u F、1μF和10μF等),利用开关进行切换。在ICL8038的输出端自行设计一个比例放大 器,实现输出增益调整。 (2)加电源电压土12V。 (3)用示波器分别观察方波、三角波、正弦波的输出波形,不理想时调整相应电位 器。因为正弦波是由三角波变换而得的,故调节正弦波的失真度时,首先应调节RP使 输出的锯齿波为正三角波(上升、下降时间相等),然后调节RP3、RP4观察正弦波输出 的顶部和底部失真程度,使之波形的正、负峰值(绝对值)相等且平滑接近正弦波 4)改变充放电电容C的容量,用频率计(或示波器〉观察输出信号频率,调整相应 电位器校正输出信号的频率。 (5)调整输出增益,观察输出幅度变化。 (6)用示波器观察方波占空比的大小,并调整相应电位器改变其占空比
模拟电子技术实验指导书 在图2-3-3所示电路中， u2、u3、和u9分别输出三角波或锯齿波、正弦波、方波或 矩形波电压。调节电位器RPl可以改变方波的占空比、锯齿波的上升时间和下降时间: 调节电位器RR2可以改变输出信号的频率；调节电位器RP3和RP4可以调节正弦波的失真 度，两者要反复调整才可得到失真度较小的正弦波:改变充放电电容C的容量大小也可 以改变输出信号的频率，根据不同的设计要求可将其分为数挡(如l00pF、0.01μF、1μ F和10μF等)，然后利用开关进行切换即可；在ICL8038的输出端可接一由运算放大器 构成的比例放大器，其输入端通过开关分别切换的ICL8038的9、3、2脚，可实现不同 输出信号的增益调整。 由8038组成的压控调频的函数发生器参考电路见图2-3-4。 图2-3-4 压控调频的函数发生器参考电路 在图2-3-4中，调节电位器RP2可以通过5G353控制ICL8038起振，实现压控调频； 电位器RP5用于低频端线性校正；其他器件作用同上，不再赘述。 四、调试要点 (1)按图2-3-3连线，充放电电容C根据设计要求可将其分为四挡(如l00pF、0.01μ F、1μF和10μF等)，利用开关进行切换。在ICL8038的输出端自行设计一个比例放大 器，实现输出增益调整。 (2)加电源电压土12V。 (3)用示波器分别观察方波、三角波、正弦波的输出波形，不理想时调整相应电位 器。因为正弦波是由三角波变换而得的，故调节正弦波的失真度时，首先应调节RPl使 输出的锯齿波为正三角波(上升、下降时间相等)，然后调节RP3、RP4观察正弦波输出 的顶部和底部失真程度，使之波形的正、负峰值(绝对值)相等且平滑接近正弦波。 (4)改变充放电电容C的容量，用频率计(或示波器〉观察输出信号频率，调整相应 电位器校正输出信号的频率。 (5)调整输出增益，观察输出幅度变化。 (6)用示波器观察方波占空比的大小，并调整相应电位器改变其占空比