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　　MAX038可以产生正弦波、方波或三角波。

具体的输出波形由地址A0和A1的输入数据进行设置，如表1所示。

波形切换可通过程序控制在任意时刻进行，而不必考虑输出信号当时的相位。

2.2波形调整

2.2.1输出频率的调整

　　输出频率调整方式分为粗调和细调两种方法：

　　粗调取决于IIN引脚的输入电流IIN，COSC引脚的电容量CF（对地）以及FADJ引脚上的电压。

当VFADJ=0V时，输出的中心频率f0为：

fo（MHz）=Iin（μA）÷

COSC（pF）。

当IIN在10～400μA这个范围变化时，电路可以获得最佳的工作性能。

对于固定频率工作，可设置IIN接近于100μA并选择一个适当的电容值。

电容的取值范围可以在100μF～20pF，但必须用短的引线使电路的分布电容减到最小。

在COSC引脚以及他的引线的周围用一个接地平面以减小其他杂散信号对这个支路的耦合。

　　频率的细调是在FADJ引脚施加一个±

2.4V范围的电压，可使输出频率的调节范围为f=（0.3～1.7）f0（即f0±

70％f0）。

　　MAX038的输出频率还可以由一个电压源VIN与一个固定的电阻RIN串联来控制，输出频率f0为：

f0（MHz）=VIN／RINCF（pF）。

改变VIN就可调整输出频率f0，例如当RIN为25kΩ并且VIN在0.5～5V变化时，f0可在0.1Hz～20MHz范围内调整。

　　接在REF（+2.5V）和FADJ之间的可变电阻RF还提供了一个方便的人工调整频率的方法。

RF的取值如下：

RF=（VREF-VFADJ）／250μA。

例如，如果VREF取-2.0V（+58.3％偏移），则RF=[+2.5-（-2.0）]／250μA=18kΩ。

2.2.2占空比的调整

　　DADJ引脚上的电压值的变化控制波形的占空比。

通常VDADJ=0V时，则占空比为50％。

若VDADJ在±

2.3V范围变化将引起输出波形占空比在15％～85％的变化（在15％～85％范围内改变占空比，对输出频率的影响最小）。

　　接在REF（+2.5V）和DADJ之间的可变电阻RD提供了一个方便的人工调整占空比的方法。

RD的取值如下：

RD=（VREF-VDADJ）／250μA。

例如，如果VDADJ取-1.5V（23％占空比），则RD=[+2.5-（-1.5）]／250μA=16kΩ。

　　DADJ引脚还可以用来减小正弦波的失真。

未调整（VDADJ=0V）的占空比是50％±

2％，而偏离准确的50％时将产生偶次谐波，这时加一个调整电压（典型值为小于±

100mV）到DADJ，就可以减小失真，如图2所示，调整R6可以使正弦波失真最小，从而得到理想的波形。

2.2.3带负载能力

　　MAX038使用±

5V的工作电源。

所有输出波形的幅值为2Vpp（峰-峰值），最大输出电流为±

20mA，输出阻抗的典型值为0.1Ω，可直接驱动100Ω的负载。

还可以连接电压放大器或功率放大器，以提高其输出驱动能力。

2.3稳定性问题

　　欲使MAX038长时间地在正常温度范围内产生一个频率稳定的输出电压，必须采取以下措施：

（1）决定频率的外接电阻和电容器的温度特性要好，否则将会降低器件的性能；

（2）外部电源应稳定；

　　（3）应选用高精度的金属膜电阻，误差在1％或更好的；

　　（4）电容器必须选用温度系数低的NPO陶瓷电容器。

在COSC引脚上的电压是一个在0～-1V之间变化的三角波，不宜使用电解电容，但如果使用了这种电容，则负端必须接COSC，而正端接GND。

3MAX038的典型应用

　　正弦交流信号是一种应用极为广泛的信号。

他通常作为标准信号，用于电子电路的性能试验或参数测量。

另外，在许多测试仪器中也需要用标准的正弦信号检测一些物理量。

根据上述使用原则，给出正弦波输出的工作电路，如图3所示。

　　实验证明该电路具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方便等特点。

　　MAX038与其他集成芯片和阻容元件还可以构成：

精密函数发生器、压控振荡器、频率调制器、脉冲调制器、频率合成器、FSK发生器—正弦波与方波、锁相环（PLL）、脉冲宽度调制器等。

在生产和科研中得到广泛的应用。

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ASignalGeneratorDesignMakingwithIntegratedCircuitMAX038

作者：

黄庆彩祖静来源：

1引言

信号发生器是实验室的基本设备之一，目前广泛使用的是一些标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但是价格较贵，而且许多功能却用不上。

本文介绍了一种由集成电路MAX038设计的简易信号发生器，该仪器具有结构简单、成本低、体积小、便于携带等特点，虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器，但足以满足一般的实验要求。

2MAX038性能简介

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

函数信号发生器可以由晶体管、运放集成电路等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器集成电路产生。

早期的函数信号发生器集成电路，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少、精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。

MAX038是美信公司生产的一通用波形发生芯片，较以前常用的函数发生器件，从频率范围、频率精确度、对芯片、波形的控制性能以及用户使用的方便性等方面都有了很大的提高，因此可广泛应用于波形的产生、压控振荡器、脉宽调制器、频率合成器及FSK发生器等。

MAX038的引脚功能如表1所示

MAX038的性能特点:

（1）能精密地产生三角波、方波、正弦波信号。

（2）频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（P-P）。

（3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，互不影响，占空比最大调节范围10%～90%。

（4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比调节时非线性度低于2%。

（5）采用±

5V双电源供电，允许有5%变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400MW，工作温度范围为0～70℃。

（6）内设2.5V电压基准，利用控制端FADJ、DADJ实现频率微调和占空比调节。

3具有四种输出波形的简易信号发生器设计实例

该简易信号发生器可以输出三角波、方波、正弦波和阶跃波4种波形;

3个固定频率选择;

以及10个电压选择。

此外，为了更好的满足大多数实验与电路检测的要求，该信号发生器还可以输出电荷量。

该信号发生器电路主要由信号产生电路、电压电荷输出电路和电源模块三部分组成。

3.1信号产生电路

对于三角波、方波、正弦波3种信号，其信号产生电路的核心器件为MAX038，3种输出波形由波形设定端A0，A1控制，其编码如表2所示。

其中x表示任意状态，1为高电平，0为低电平。

表2A0和A1的编码

为简化电路，引脚DADJ接地，使该信号发生器各种波形的占空比固定为50%。

MAX038的输出频率由IIN、FADJ端电压和主振荡器COSC的外接电容器CF三者共同确定。

当UFADJ=0V时，输出频率f0=IIN/CF，IIN=Uin/Rin=2.5/Rin;

当UFADJ≠0V时，输出频率f=f0（1-0.2915UFADJ）。

MAX038产生波形的基本电路，如图1所示:

图1MAX038的波形产生电路

为了确保输出信号的起始电压在0V附近，此电路需加信号上升沿起始控制电路，如图2所示。

对于该信号发生器的阶跃信号，则不经过上升沿起始电路，阶跃信号可用电压跟随器产生。

图2上升沿起始电路

3.2信号放大及电压电荷输出电路

MAX038的各种输出波形的幅值均为2V（P-P），阶跃信号的幅值为1V。

为了使信号的幅值范围更大，可以先把信号衰减，再经过输出放大器AD822以适当比例同相放大输出。

为了输出不同的电压，可在运放AD822的反相端和输出端串联不同的电阻来调节电压的幅值。

为了滤除噪声，可在每个电阻上并上电容，并且要使输入输出端的电阻电容匹配。

在实际调试中，MAX038的各种输出波形的幅值不相等，经过对10套电路的调试得出:

方波的幅值最大，其次是阶跃波，三角波幅值最小，而且依次相差0.08V。

在电路中由于MAX038输出的波形需要经过放大电路来输出，因此为了更准确的输出波形，可以再加一波形幅值控制电路，使三种波形的幅值均一样。

这里采用四通道模拟开关MAX4663经过电阻分压来使方波、阶跃波的波形幅值都等于三角波的幅值，以满足电路需要。

幅值控制电路如图3所示:

图3幅值控制电路

对于该信号发生器电荷量的输出，可采用在电压输出端串联绝缘阻抗高的电容（如聚苯乙烯电容）来实现，聚苯乙烯电容具有漏电小、损耗小、吸附效应小等特点。

3.3电源模块

电源模块比较简单，采用可充电的锂电池供电。

可用4节3.6V的电池串成正负7.2V的电压，再分别经过LP2985、LT1964输出+5V和-5V的稳压电源即可供给电路工作。

4结束语

MAX038较早期的函数发生器集成电路在整体性能上有了很大的提高，外围电路也更加简洁。

主要指标:

频率范围0.3Hz～10MHz;

总波形失真率小于1%。

用MAX038设计的信号发生器外围电路简单、体积小、性能稳定可靠，不足之处是缺少频率显示。

如果该电路增加频率显示功能模块便成为一台标准的信号发生器，使用将更加方便。

2008/11/2023:

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如图所示为5Hz～5MHz函数发生电路。

该电路为5Hz～5MHz函数发生器电路，可以根据需要从输出的方波、正弦波和三角波中任选一种输出波形。

集成电路MAX038为专用函数发生器，通过电流输入端IIN的电流大小设定振荡频率，用电阻把基准电压变换成电流，用流经FADJ端的电流微调频率。

电路中的频率范围设定为以10为倍数进行。

定时电容在75pF～10μF范围内进行切换。

考虑到5MHz时连线分布电容对工作电容的影响。

电路中增加一个50pF的CTc半可变电容与75pF工作电容并联，以便对高频进行校准。

频率设定电位器PR1采用10圈线绕电阻。

电路的特点是结构简单，可调元件少，工作可靠。

03

１．MAX038简介（点击查看详细资料）

MAX038是美国马克希姆公司研制的单片高频精密函数波形发生器。

（１）它能产生精确的高频正弦波、矩形波（含方波）、三角波和锯齿波。

（２）频率范围宽，从０．１Ｈｚ直到２０ＭＨｚ，最高可达４０ＭＨｚ。

（３）占空比调节范围宽，且占空比与频率均可单独调节，相互影响小。

（４）波形失真小。

正弦波总谐波失真度仅为０．７５％，占空比调节的非线性度只有２％。

（５）可由内部提供２．５０Ｖ±

０．０２Ｖ的基准电压去设定频率、占空比等。

（６）采用±

５Ｖ双供电，电源电压是±

４．７５～±

５．２５Ｖ，允许变化±

５％，电流约８０ｍＡ。

２．７４ＬＳ１３８简介

７４ＬＳ１３８是数字电路中的译码器件，在一定的控制条件下能将输入的３种不同状态译成８种不同的输出状态来作为控制信号调节MAX038的工作状态。

３．ＰＳ９５１８简介

由武汉力源公司生产的ＰＳ９５１８是一个可取代机械电位器的８位非易失性器件，它内含一个单位增益放大器来缓冲输出并使ＶＯＵＴ的摆幅能达到电源幅度，该器件电源电压为２．７Ｖ～５．５Ｖ。

其简单按钮输入为操作者调整设备提供理想的接口。

其/ＵＰ和/ＤＷＮ的内部有５０ｋΩ上拉电阻省去了按键控制所需要的外部电阻。

当/ＳＴＲ保持低电平时，只要芯片检测到ＶＤＤ掉电，计数器的值（当前电阻值）便会自动存储到内部ＥＥＰＲＯＭ中，在下次上电时，可以回到掉电前的状态。

４．Ｕ７及ＬＭ３２４

Ｕ７要求是一个能从ＤＣ至４０ＭＨｚ都能正常工作的＋５Ｖ单电源运算放大器。

由于ＭＡＸ０３８的输出信号幅度为２Ｖ的峰值，放大器的放大倍数设为２２０倍，所以Ｕ７输出为ＴＴＬ电平的方波信号。

在这里将其接为闭环工作状态，其目的是利用负反馈来减小放大电路对外界干扰的敏感程度。

ＬＭ３２４为常见的双电压运算放大器。

５．电路整体说明

电路由图１和图２将相应相同名字的端口连接构成。

（１）MAX038的⑩脚所接的６．８ｋΩ电阻要求为高精度、低温漂电阻，最好选用多只线绕电阻串联以减小误差；

⑤脚所接的电容同样要求为高稳定度的优质无极性电容。

在这里可用一单刀双投开关选择所接的电容，可在大范围内调节输出信号的频段；

电路的输出信号频率的稳定度也主要由这几只元件决定。

（２）电路工作状态用一只微型ＤＩＰ５的开关来统一调整，其状态真值表见附表。

注：

在使用ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５调整时，需按下按钮开关方有效；

在调整结束后，最好将ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５置于１１０或１１１态，这样可防止因误碰按钮开关而使输出状态改变。

12

本文简要地介绍了MAX038的性能，并给出了具有三种输出波形的函数信号发生器的实际设计。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

1MAX038的性能简介

什么是函数信号发生器

能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

函数信号发生器可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。

早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。

鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了上述芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。

MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。

在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。

其内部电路框图如图1所示。

MAX038的性能特点：

1）能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。

2）频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（P－P）。

3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是10％～90％。

4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％。

5）采用±

5V双电源供电，允许有5％变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400mW，工作温度范围为0～70℃。

6）内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节。

MAX038采用DIP－20封装形式，各管脚的功能如表1所示。

表中5个地内部不相连，需外部连接。

2具有三种输出波形的函数信号发生器设计实例

　　笔者采用MAX038设计了输出三角波、方波和正弦波的函数信号发生器，频率范围为10Hz～1MHz，能够满足大多数实验与检测的需求。

　　整机电路由信号产生级、电压放大级、功率输出级和电源四部分组成。

信号产生级的核心器件为MAX038，它的输出波形有三种，由波形设定端A0（3），A1（4）控制，其编码如表2所示。

其中x表示任意状态。

1为高电平，0为低电平。

表2A0和A1的编码

MAX038的输出频率f0由Iin，FADJ端电压和主振荡器COSC的外接电容器CF三者共同确定。

当UFADJ=0V时，输出频率f0=Iin/CF，Iin=Uin/Rin=2.5/Rin。

当UFADJ≠0V时，输出频率f0=f（1－0.2915UFADJ）。

由波段开关SA2选择不同的CF值，将整个输出信号分为4个频段。

　　1）10Hz～1kHz

　　2）100Hz～10kHz

　　3）1kHz～100kHz

　　4）10kHz～1MHz

　　每频段频率的调节由电位器RP1和RP2完成。

RP1为粗调电位器，改变RP1数值，使振荡电容器CF的充电电流Iin改变，从而使频率改变。

RP2为细调电位器，它通过改变UFADJ的数值，使输出频率变化，它的变化范围较小，起微调作用。

为简化电路，各种波形的占空比固定为50％，这已能满足多数场合的使用要求。

为此将MAX038的脚7DADJ端接地。

MAX038的各种输出波形的幅度均为2V（P－P），为了得到更大的输出幅度，加有一级电压放大级，由运放OPA604担任。

OPA604是FET输入高保真运放IC，性能十分优越，低噪声10nV/Hz，低失真率,1kHz时，仅为0.0003％，高转换率25V/μs，功率带宽为20MHz，电路中OPA604的闭环电压增益GV=100k/10k=10，输出电压的幅度增至20V（P－P），有效值为7V左右。

如将OPA604换成AD747视频运放IC，函数信号发生器能够输出更高的频率。

功率输出级由BUF634担任，这是一种高速缓冲器IC，具有2000V/μs的转换速率，输出电流达250mA，其电压增益为1，但负载能力很强，在电路中起功率扩展的作用。

输出信号的幅度由电位器RP3调节，为了更精确地调节输出信号幅度，在电位器后加有衰耗电路，由波段开关SA3将输出分为×

1，×

0.1，×

0.01三档。

　　电源电路比较简单，电源变压器的容量为8W，初级接220V交流，次级绕组为15V×

2，经桥式全波整流后，再由两只三端集成稳压器LM7812和LM7912变成稳定的±

12V直流电压。

HL1是用发光二极管制成的指示灯，无论正负哪一路出现故障，HL1均将熄灭。

±

12V的电压再经两只三端集成稳压器LM78L05和LM79L05进一步稳压后，变成±

5V的直流电压供给MAX038。