2022年音频函数发生器 .pdf
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1、电子线路综合设计报告课题名称函数发生器设计专业班级电子 1103 班课题组长李颗课题组成员郑尚娣陈博贤指导教师陈坚完成时间 2014年 5 月精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 24 页电子线路综合设计任务书一、任务设计并制作一个音频函数发生器二、基本要求1. 输出波形:方波、三角波、正弦波;2. 输出电压:方波输出电压 Vp-pmax =24V, 三角波 Vp-pmax =8V, 正弦波 Vp-pmax =4V,三种波形均幅度可调;3. 波形频率: f =10HZ-100kHz可调。三、提高部分1. 安装自己设计的电路1检
2、查元器件2对电路进行组装:按照自己设计的电路,在PCB板上插接元器件并焊接。焊接完毕后,应对照电路图仔细检查,看是否有错接、漏接、虚焊的现象。2. 通电调式1通电测试:对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量,以便提供调整电路的依据。2通电调试:经过反复的调整和测量,使电路的性能到达要求。3. 书写设计报告精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 24 页摘要在我们的学习生活中, 尤其是电器类学习中经常用到函数信号发生器,我们一般只会用到其中几种比较常见的波,例如正玄波,方波,三角波。其实它还能产生很多的其它的波形,而其中很多波
3、对我们的电子电路等的研究有比较大的作用,所以我们掌握它的设计方法以及原理有很大的实际意义。本设计以IC8038核心器件制作的一种函数信号发生器,制作成本较低。 适合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。函数信号发生器根据用途不同, 有产生三种或多种波形的函数发生器,其电路中使用的器件可以是别离器件,也可以是集成器件,产生方波、正弦波、三角波
4、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, 开发新款式函数信号发生器,器件的可选择性大幅增加,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。所以,可选择的方案多种多样,技术上是可行的。关键词: ICL8038 ;波形;原理图;常用接法;函数信号发生器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页
5、,共 24 页ABSTRACT Learning in our life, especially the function signal generator used appliances category learning, we usually use some common wave, such as sine wave, square wave, triangle wave. In fact, it can also produce many other waveform, which a lot of wave of our electronic circuit has a bigg
6、er role, so we have great practical significance in its design method and principle. A function signal generator of the design for IC8038 core components, low production cost. Suitable for the study of electronic technical measurement. ICL8038 is a precision oscillator integrated circuit with a vari
7、ety of waveform output, only individual external components can produce from 0.001Hz 30KHz low-distortion sine wave, triangle wave, square wave pulse signal. The output waveform frequency and duty cycle can also control by current or resistance. Because the chip has modulation signal input, so can b
8、e used for frequency modulation for low frequency signal. Function signal generator according to different purposes, a function generator to produce three or more kinds of waveforms, devices used in circuit can be a separation device, and can also be integrated device, generates a square wave, sine
9、wave, triangle wave, a variety of programs, such as to generate sine wave, according to the function of some non sine wave and sinusoidal periodic which is determined by the shaping circuit, the sine wave into a square wave, the integral circuit to turn it into a triangle wave. You can also generate
10、 triangle wave, square wave, triangle wave, square wave and sine wave or into. With the rapid development of electronic technology, emerge in an endless stream of new materials and new devices, the development of new type of function signal generator, devices can be selectively increased substantial
11、ly, for example ICL8038 is a technically mature can produce sine wave, square wave, the main chip of the triangular wave. So, can choose the variety, technology is feasible. Keywords: ICL8038; waveform; schematics ; commonly used method ; function signal generator精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
12、- - - - -第 4 页,共 24 页目录1 绪论 1 1.1 简易信号发生器简介 1 错误! 未定义书签。 .2 项目可行性研究 1 2 方案论证 2 方案一 2 方案二 2 方案三错误! 未定义书签。方案四错误! 未定义书签。3 理论分析与设计方案的建立 4 3.1 ICL8038工作原理 4 3.2 ICL8038组成函数发生器的应用 6 4 电路设计说明错误! 未定义书签。 4.1 电路原理图错误! 未定义书签。 4.2 原理说明 7 4.3 电路参数的选择 8 5 设计误差分析及总结 . 9 5.1 设计课题的仿真结果. 9 5.2 设计课题的误差分析. 10 5.3 设计总结
13、. 11 6 电路安装与调试 . 12 6.1 电路安装 . 12 6.2 性能测试与分析 . 12小结. 13 元件清单 . 14 参考文献 . 15 致谢. 16 附录 A 实物图 . 17 附录 B 原理图 . 18 附录 C PCB 图. 19 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 24 页0 1 绪 论1.1 简易信号发生器简介函数信号发生器,也叫简易信号发生器,它能输出稳定的正弦波、三角波、方波,且输出频率在100Hz1KHz范围内连续可调 , 输出电压幅度在 05V连续可调,由正负 12V直流稳压电源供电。它由振
14、荡电路,比较器,积分器,反相器等基本电路组成的,通过调节电容或者电阻改变波形的频率和幅值。本课题设计对函数发生器的几个设计方案进行了分析比较,最终采用芯片ICL8038 构成函数信号发生器电路, LM358构成放大电路 , 可同时输出符合要求的方波、三角波和正弦波, 频率调节范围大, 正弦波失真小, 制作简单,价格低廉,使用方便。1.2 项目可行性研究函数信号发生器根据用途不同, 有产生三种或多种波形的函数发生器,其电路中使用的器件可以是别离器件,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
15、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, 开发新款式函数信号发生器,器件的可选择性大幅增加,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。所以,可选择的方案多种多样,技术上是可行的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 24 页1 2 方案论证方案一可先产生方波 -三角波,再将三角波变成正弦, 如图 1 所示。图 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
16、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。方案二此方案可先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变成方波,再由积分电路将方波变成三角波; 由文氏电桥产生正弦振荡, 然后通过比较器得到方波, 方波积分可得三角波 , 如图 2 所示。图 2 这一方案为一开环电路,结构简单,产生的正弦波和方波的波形失真较小。但是对于三角波的产生则有一定的麻烦,因为题目要求有 10 倍的频率覆盖系数
17、,然而对于积分器的输入输出关系为:dtvRCdtiCvio111显然对于 10 倍的频率变化会有积分时间dt 的 10 倍变化从而导致输出电压振幅的 10 倍变化。而这是电路所不希望的。幅度稳定性难以到达要求。文氏电正弦波比较器积分器方波三角波精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页2 方案三用单片集成芯片 IC8038 实现,此方案要求幅度和频率都可调,可由电位器加放大器实现。它是一种多用途的波形发生器,可以用来产生正弦波,方波,三角波等,其振荡频率可以通过外加电容进行调节。利用 8038 芯片的优点十分明显如下集成度
18、比较高,输出稳定;构成的电路简单,所用的元件少,经济实惠;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和FSK调制器;具有在发生温度变化时产生低的频率漂移,最大不超过50PPm ;正弦波输出具有低于1的失真度; 三角波输出具有01高线性度;具有 0001Hz 1MHz的频率输出范围;工作变化周期宽,298之间任意可调;高的电平输出范围,从TTL电平至 28V。方案四用单片机和A/D 转换器实现,编写相应的程序即可实现。如采用一片AT89S51单片机和 DAC0832 数模转换器组成的智能数字式低频信号发生器。按用户的需要,选择运行不同的程序,将会得到不同的波形信号。再在DAC0832
19、输出端加上一些电压变换电路以及放大整形电路,就完成了一个频率可调的多功能信号发生器的设计。考虑到实验电路的简单及其稳定性,我们用集成芯片IC8038 来实现信号发生器的设计。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 24 页3 3 理论分析与设计方案的建立3.1 ICL8038的工作原理采用 ICL8038集成电路,它的内部结构和管脚图图如图 3和图 4所示。图 3 ICL8038 内部原理电路框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 24 页4 图 4 8038
20、管脚图管脚说明: 1. 正弦波线性调节;2. 正弦波输出;3.三角波输出;4. 恒流源调节;5. 恒流源调节;6. 正电源;7. 调频偏置电压;8. 调频控制输入端;9. 方波输出集电极开路输出 ;10. 外接电容;11. 负电源或接地;12. 正弦波线性调节; 13 、14. 空脚在图 3 中,由手册和有关资料可看出,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
21、 处于关闭状态, 电容电压到达比较器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,比较器 2 状态改变,使触发器又翻转回到原来的状态,这样周期性的循环,完成振荡过程。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 24 页5 在以上基本电路中很容易获得函数信号,假设电容器在充电过程和在放电过程的时间常
22、数相等, 而且在电容器充放电时, 电容电压就是三角波函数, 三角波信号由此获得, 并从管脚 3 输出。由于触发器的工作状态变化时间也是由电容电压的充放电过程决定的,所以,触发器的状态翻转,就能产生方波函数信号,在芯片内部, 这两种函数信号经缓冲器功率放大,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。因此,8038 能输出方波、三角波、正弦波等不同的波形。3.2 ICL8038 组成函数发生器的应用如图 4 所示,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
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