基于ICL8038等构成的函数发生器电路要点.docx
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基于ICL8038等构成的函数发生器电路要点
课程设计报告
题目:
基于ICL8038等构成的函数发生器电路
课题类别:
设计 □论文 □
学生姓名:
学号:
班级:
专业(全称):
指导教师:
小组成员:
2009年12月16日
摘要............................................3
一、电路设计...................................3
1.1设计意义.................................3
1.2系统功能分析............................3
(1)方案论证...............................3
(2)法案选取...............................4
二、元件分析与电路仿真..........................5
2.1系统工作原理与分析........................5
(1)ICL8038的简介..........................5
(2)LM741的简介............................6
(3)LF356N(高阻型运算放大器)的简介........7
(4)辅助正负15V电源.......................7
2.2电路与仿真技术.............................7
(1)由ICL8038等构成的函数发生器............7
(2)辅助电路的仿真..........................8
三、调试与问题处理..............................9
3.1安装与调试.................................9
3.2遇到的问题与解决..........................10
四、心得总结...................................11
Ø参考文献...................................11
Ø附录.......................................12
摘要:
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0.001Hz~30KHz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。
关键词:
函数信号发生器频率调制
Abstract:
ThesystemICL8038integratedblockasthecoredevice,producingakindoffunctionsignalgenerator,producinglowcost.Suitableforstudentstolearntheuseofelectronictechnologymeasurement.ICL8038isakindofmulti-precisionoscillatorwaveformoutputintegratedcircuits,aseparateexternalcomponentsonlyneedtobeabletogeneratefromthe0.001Hz~30KHzlow-distortionsinewave,trianglewave,squarewavepulsesignal,etc..Outputwaveformofthefrequencyanddutycyclecanalsobecontrolledbyacurrentorresistance.Inaddition,asthechiphasamodulatedsignalinputterminal,itcanbeusedtolow-frequencysignalisfrequencymodulation.
一、电路设计
1.1设计意义:
函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。
在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时,都学要有信号源,由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上,用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应,以分析确定它们的性能参数。
信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。
它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。
1.2系统功能分析
本设计的核心问题是信号的控制问题,其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。
在设计的过程中,我们综合考虑了以下三种实现方案:
(1)方案论证
方案一∶采用传统的直接频率合成器。
这种方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。
但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高,而且容易产生过多的杂散分量,难以达到较高的频谱纯度。
方案二∶采用锁相环式频率合成器。
利用锁相环,将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所需要频率上。
这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性,可以很好地选择所需要频率信号,抑制杂散分量,并且避免了量的滤波器,有利于集成化和小型化。
但由于锁相环本身是一个惰性环节,锁定时间较长,故频率转换时间较长。
而且,由模拟方法合成的正弦波的参数,如幅度、频率相信都很难控制。
方案三:
采用8038单片压控函数发生器,8038可同时产生正弦波、方波和三角波。
改变8038的调制电压,可以实现数控调节,其振荡范围为0.001Hz~300KHz。
(2)法案选取
在经过考论认证后,决定选着三种方案。
这个方案的调幅,调频和失真,都要比第一,二中法案要好。
其灵敏度也要。
ICL8038也是属于高度集成的芯片,相对来说更加容易出功能。
这个方案相对容易点,对于我们第一次做可能设计的成功性也有很重要的意义。
其工作系统框图如图
(一)所示。
图
(一)系统框图
二、元件分析与电路仿真
2.1系统工作原理与分析
(1)ICL8038的简介
⏹性能特点
1)电源的电压范围宽,采用单电源供电时,V+~GND的电压范围是+10~30V;采用双电源是,V+~V-的电压可在正负5~正负15V范围内选取,电源电流约为15mA。
2)振荡频率范围宽,频率稳定性好。
频率范围是0.001Hz~~300kHz,频率温源仅50﹡10-6/°C。
3)输出波形的失真小。
正弦失真度<5%,经仔细调整后还可降0.%以下。
三角的失真度为0.1%。
4)矩形波占空比调节范围很宽(1%~99%),课获得窄脉冲、方波、宽脉冲输出。
5)输出特性。
正弦波;幅度约为V+/5,输出抗阻是1KΩ。
矩形波(含方波);集电极开路输出,幅度接近于V+,三角波(含锯齿波);幅度为V+/3,输出阻抗为200Ω.调频输入;范围是10kHz,线性度为0.5%。
6)外围电路简单。
通过调节外部阻容元件值,很容易改变振荡频率。
⏹原理简介
ICL8038采用DIP-14封装,管脚排列如图
(二)所示。
如图
(二)ICL8038管脚
芯片内部包括两个恒流源,两个电压比较器,两个缓冲器,正弦波变换器,模拟开关,RS触发器。
在构成函数波形发生器时应将7、8两脚短接,其工作原理如下:
1 利用恒流源对外接电容进行冲、放电,产生三角波(或锯齿波),经缓冲器Ⅰ从第3脚输出:
2 由触发器获得的方波(或矩形波),经缓冲器Ⅱ从第9脚输出,
3 再利用正弦波变换器将三角波变换成正弦波,冲第2脚输出。
4 改变电容的充、放电时间,可以实现三角波与锯齿波、方波与矩形波的互相转换。
(2)LM741的简介
⏹特性:
CF741如图(三)所示
如图(三)CF741
是单片高性能内补偿运算放大器。
具有较宽的共模电压范围,在使用中不会出现闩锁现象。
可用作积分器、求和放大器及普通反馈放大器。
⏹主要特点:
1、不需外部频率补偿:
2、具有短路保护;
3、失调电压调到零的能力;
4、较宽的共模和差模电压范围;
5、功耗低;
6、无阻塞现象。
7、该器件有两种工作温度范围;CF741M-55℃~125℃
CF741C0℃~70℃
(3)LF356N(高阻型运算放大器)的简介
1、特点:
这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>(109~1012)W,IIB为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。
(4)辅助正负15V电源如图(四)所示
如图(四)正负15V电源
由于ICL8038必须要求正、负双电源供电。
现选择±15V供电电源。
选用双18V的变压器,滤波电容和CW7815和CE7915,组成的电路,现实正负15V直流电压源的输出。
2.2电路与仿真技术
(1)由ICL8038等构成的函数发生器如图(五)所示
图(五)函数发生器电路图
图(五)是由ICL8038等构成的函数发生器电路。
ICL8038由充放电泳电流源、比较器、电桥及将三角波变成正弦波的折线近似电路组成。
该电路作为压控振荡器的工作方式,增设A1是为了改善控制电路的线性。
振荡频率有控制电压(RP1的输出电压)、RP2的阻值。
R1、R2和C3决定。
ICL8038的输出阻抗在输出方波时由R3决定,三角波时为200Ω,由于波形失真大,不能在高阻抗状态下输出正弦波,因此增设了缓冲放大器A2。
S1未转换开关,接1是输出方波,其振幅可摆到电源电压正负Ucc;接2是输出正弦波,其振幅可为电源电压正负Ucc*0.33;接3时输出三角波,其振幅可为电源电压正负Ucc*0.22。
RP2用于调节波形的对称性;RP3用于调节超低频是波形的对称性;RP4用于将正弦波输出波形的失真跳刀最小。
(2)辅助电路的仿真
辅助电路用了multisim仿真如图(六)
图(六)仿真电路图
在multisim仿真元件中,辅助电路仿真出来的结果和理论值相近。
得到的效果也很理想。
三、调试与问题处理
3.1安装与调试
1)在安装元件之前,尤其要注意电容元件的极性,注意三端稳压器的各端子的功能及电路的连接。
2)在焊电路的时候,我们要避免元件产生过高的温度,确保元件的完好性,和高度灵敏性。
3)在安排电路的时候我们要安排合理,尽量少有跳线、重叠。
4)辅助电路的调试结果很理想,分别为+14.7和-14.7。
5)基于ICL8038的电路在调试中就遇到较多的问题。
3.2遇到的问题与解决
1)在焊辅助电压源电路时候,要注意分CW7815和CE7915的管脚,我们很容易认为7915和7815的管脚分布排列是一样的。
如果和7815焊接7915,那么会直接导致7915短路,把7915给烧坏了,严重甚至烧整块电路。
2)在焊接点解电容的时候,我们必须要分清电容的极性,耐压值。
要不在调试中,可能会因为电压值过高,而直接把电容给烧坏坏,严重甚至爆炸。
3)基于ICL8038的函数发生器电路调试中,没有功能出。
我们就要学会怎样排除故障,首先要大概知道,问题主要出现在那里;其次要测试元件有没有问题,把有问题的原件给找出来,更换。
一般情况下主要有三个问题,
1 电子元件给短路了,这个我们可以利用压降来判断。
2 电子元件给短路了,这个可以利用万用表测试其通不通来判断。
3 电路板焊的电路虚焊,导致的断路,这个同样可以用万用表来测得。
4)在判断是芯片可能有问题的时候,要查找芯片的资料,利用其经典简单的电路调测试。
是不是芯片有问题,并把故障给排除。
5)在遇到问题时,要学会利用各种器件综合协调把问题根源给找出来。
6)在multisim仿真是,由于没有双18V的变压器,所以要自己去封装。
四、心得总结
通过这个数控直流稳压电源的设计,我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计,我不但知道了以前不知道的理论知识,而且也巩固了以前知道的知识。
最重要的是在实践中理解了书本上的知识。
也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。
是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的动手能力。
在整个设计到电路的焊接以及调试过程中,我个人感觉调试部分是最难的,因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数,甚至得不到参数。
在焊接的过程中也遇到了很多麻烦。
在焊电压辅助电路时,由于没能之前更好理解7815和7915之间的管脚的区别,错误以为78和79系类的管脚是一样的,导致最终在调试过程中,导致短路把一个7915给烧坏了。
在买器件过程中,以为没能意识到,器件的全部参数的总要性,结果买了一些电容因为耐压值不够,而导致浪费,甚至重新买。
这次设计让我明白了一个道理,做任何事前之前,不管完成它的时间有多么充裕,我们都要事前做好准备、充分的利用时间合理安排是时间和团队的配合。
这次给我的经验是宝贵的,在以后的单片机设计或毕业设计中,我就能更加好的利用,安排时间和把作品给做完美。
在这次设计的过程中,最后的主电路在调试过程中,由于最后发现的问题是由于ICL8038内部直接短路了,由于各种原因我们没能再买一片,所以主电路最后已失败告终。
不过我们的辅助电路还是相当的成功的,其误差控制在了2%左右。
尽管主电路由于芯片原因没能成功,我于然收获不少的宝贵的经验,这就是我初次课程设计的收获。
参考文献
考资料:
《集成电路电子制作精制静讲》作者:
阳鸿钧 等编著
《通用电子电路应用400例》作者:
何希才等编著
《电子技术基础》作者:
康华光
附录:
实物图
主电路正面
主电路背面
辅助电压电路正面
辅助电压电路背面
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- 基于 ICL8038 构成 函数 发生器 电路 要点