模拟电子技术课程设计-函数信号发生器设计

模拟电子技术课程设计-函数信号发生器设计内容摘要：

源 I1 则向外接电容 C充电，使电容两端电压 vC 随时间线性上升，当 vC上升到 vC=2VR/3 时，比较器 C1 输出发生跳变，使触发器输出 Q 端由低电平变为高电平，控制开关 S 使电流源 I2 接通。 由于 I2I1 ，因此电容 C 放电， vC随时间线性下降。 当 vC 下降到 vC≤VR/3 时，比较器 C2输出发生跳变，使触发器输出端 Q 又由高电平变为低电平， I2 再次断开， I1 再次向 C充电， vC 又随时间线性上升。 如此周而复始，产生振荡。 若 I2=2I1 ， vC 上升时间与下降时间相等，就产生三角波输出到脚 3。 而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚 9。 三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚 2 输出。 当 I1I22I1 时， vC 的上升时间与下降时间不相等，管脚 3 输出锯齿波。 因此， 8038 能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。 ICL8038 组成函数发生器的 应用 由图 32 可见，管脚 8 为调频电压控制输入端，管脚 7 输出调频偏置电压，其值（指管脚 6 与 7 之间的电压）是 (VCC+VEE/5) ，它可作为管脚 8 的输入电压。 此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与 9 脚之间外接一电阻，其值常选用 左右，如图 33 所示。 当电位器 Rp1 动端在中间位置，并且图中管脚 8 与 7 短接时，管脚 3 和 2 的输出分别为方波、三角波和正弦波。 电路的振荡频率 f 约为[C(R1+RP1/2)]。 调节 RP RP2 可使正弦波的失真达到较理想的程度。 在图 33 中，当 RP1 动端在中间位置，断开管脚 8 与 7 之间的连线，若在 +VCC 与VEE 之间接一电 位器 ，使其动端与 8 脚相连，改变正电源 +VCC 与管脚 8 之间的控制电压（即调频电压），则振荡频率随之变化，因此该电路是一个频率可调的函数发生器。 如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。 11 电路图 : 第 5 章 电路设计说明 电路设计图 由以上理论分析及技术指标可设计 ICL8038 组成的函数发生器电路实验图如下图 41所示： 12 图 41 函数发生器实验电路图 电路参数的选择 图 41 函数发生器实验电路图 各元件参数选择原则如下： C1： C1 为滤波电容，其取值视 8 脚 的波形而定， 主要用来 消除 8 脚的的寄生交流电压， 若含高次谐波成分较多，则 C1 一般为几十皮法至。 在这里我们选用。 C2 、 RA、 RA、 Rp2：电阻 RA 和 RB 及电容 C2 构成调频回路。 因为输出频率为100Hz1KHz,1KHz10KHz,所以取 C2=4700pF， Rp2=1 KΩ， RA=RB=。 RL：方波输出端为集电极开路形式，一般在正电源与 9 脚之间接一电阻，其值通常取 RL=15KΩ。 Rp1 及 R1：电阻 R1 及电位器 Rp1 用来确定 8 脚的直流电位 V8，通常取 V8≥2/3VCC。 这里取 R1=20KΩ， Rp1=10KΩ。 Rp3 及 Rp4： Rp3 及 Rp4 用来 用来改善正弦波的正负向失真及 调节正弦波及三角波 13 的幅度。 这里取 Rp3=Rp4=100KΩ。 电路 PCB 图 生成 PCB 图如下： 图 42 函数发生器 PCB 图 原理说明 由图 41 和图 42 及 8038 的原理结构可以知道，通过改变电容可以调节整个波形的频率范围，这是粗调，相对而言，调节 R1 可是达到某个频率，这是细调。 7 脚和 8 脚短节可以使 频率调节电压偏置一定，所以函数信号的频率和占空比由 RA、 RB 和 C2 决定，其频率为 f，周期 T， t1 为振荡电 容充电时间， t2 为放电时间。 其中 T＝ t1＋ t2， f＝ 1／ T， 14 由于三角函数信号在电容充电时，电容电压上升到比较器规定输入电压的 1／ 3 倍，分得的时间为 t1=(C2+1/3•Vcc•R A)/(1/5•Vcc)=5/3RA•C2 在电容放电时，电压降到比较器输入电压的 1／ 3 时，分得的时间为 t2＝（ C2＋ 1／ 3•VCC） ／（ 2／ 5•VCC•RB－ 1 ／ 5•VCC ／ RA）＝ ｛ 5RA•C2•［ 1＋ RB ／（ 2RA－ RB）］｝／ 3；而 f＝ 1 ／（ t1＋ t2）＝ 3 ／｛ 5RA•C2•［ 1＋ RB ／（ 2RA－ RB）］｝ 如果 RA＝ RB，就可以获得占空比为 50％的方波信号。 其频率 f＝ 3 ／（ 10RA•C2）。 按照设计要 求， 方波 VPP≤ 24V，三角波 VPP=6V，正弦波 VPP=1V，在 8038 的 9 脚后面接调幅电路。 第 6 章 电路的 EDA 实现及其仿真分析 在这里我们主要对 此实验的输出瞬时进行了分析， 通过在 1K～ 10K 的范围内对电位器Rp1 的调节，我们可以得到频率覆盖 1K～ 10KHz的各输出波形。 两个边界频率的瞬态分析结果见以下诸图： 10KHz三角波 0dB –20dB –30dB 输出图（ Protel 99 SE SIM99 仿真） 10KHz方波 0dB –20dB –30dB 输出图（ Protel 99 SE SIM99 仿真） 15 10KHz正弦波 0dB –20dB –30dB 输出图（ Protel 99 SE SIM99 仿真） 1KHz三角波 0dB –20dB –30dB 输出图（ Protel 99 SE SIM99 仿真） 1KHz方波 0dB –20dB –30dB 输出图（ Protel 99 SE SIM99 仿真） 1KHz正弦波 0dB –20dB –30dB 输出图（ Protel 99 SE SIM99 仿真） 16 第 7 章 电路的调试与检测 调试前的检查 电子电路的调试 通常有以下两种调试 电路的方法 ： 第一种 方法 是采用边安装边调试的方法。 把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路分别进行安装和调试 ， 在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围 ，最后完成整机调试。 对于新设计的电路 ， 此方法既便于调试 ， 又可及时发现和解决 问 题。 该方法适于课程设计中采用。 第二种方法是整个电路安装完毕 ， 实行一次性调试。 这种方法适于定型产品。 调试时应注意做好调试记录 ， 准确记录电路各部分的测试数据和波形 ， 以便于分析和运行时参考。 电子电路一般 检查与 调试步骤： 通电前检查 电路安装完毕 ， 首先直观检查电路 各部分接线是否正确 ， 检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路 ， 器件有无接错。 通电检查 接入电路所要求的电源电压 ， 观察电路中各部分器件有无异常现象。 如果出现异常现象 ， 则应立即关断电源 ， 待排除故障后方可重新通电。 单元电路调试 在调试单元电路时应明确本部分的调试要求 ， 按调试要求测试性能指标和观察波形。 调试顺序按信号的流向进行 ， 这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号 ，为最后的整机联调创造条件。 电路调试包括静态和动态调试，通过调试掌握必要的数据、波形、现象，然后对电路进行 分析、判断、排除故障，完成调试要求。 电子安装完毕应仔细检查： （ 1） 连线是否正确。