2022年音频函数发生器.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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 郑尚娣陈博贤名师归纳总结 指导老师陈坚第 1 页,共 24 页完成时间 2022年 5 月- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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-p max=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-1

2、00kHz可调；三、提高部分 1. 安装自己设计的电路1检查元器件2对电路进行组装：依据自己设计的电路,在PCB板上插接元器件并焊接；焊接完毕后,应对比电路图认真检查,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. 书写设计报告名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要在我们的学习生活中, 特殊是电器类学习中常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

3、玄波,方波,三角波；其实它仍能产 生许多的其它的波形,而其中许多波对我们的电子电路等的讨论有比较大的作 用,所以我们把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仍可以由电流或电阻掌握；号输入端,所以可以用来对低频信号进行频率调制；另外由于该芯片具有调制信函数信号发生器依据用途不同, 有产生三种或多种波形的函数发生器,其电

4、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, 依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进展, 新材料新器件层出不穷, 开发新款式函数信号发生器,器件的可挑选性大幅增加,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,可挑选的方案多种多样,技术上是可行的；关键词： ICL8038 ；波形；原理图；常用接法；函数信号发生器名师归纳总结 - - -

5、- - - -第 3 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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

6、 of our electronic circuit has a bigger 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 osci

7、llator integrated circuit with a variety 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

8、has modulation signal input, so can be 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 d

9、evice, generates a square wave, sine 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

10、 triangle wave. You can also generate 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

11、 be selectively increased substantially, 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名师归纳总

12、结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 项目可行性讨论 1 2 方案论证 2 方案一 2 方案二 2 方案三 方案四 错误 . 未定义书签；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；名师归纳总结 4.1 电路原理图 错误 . 未定义书签；第 5 页,共 24 页 4.2 原理说明 7 4.3 电路参数的挑选 8

13、 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 . 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 - - - - - - - - - 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,它能输出稳固的正弦波、三角波、方波,且输出频率在 100Hz1KHz范畴

14、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；它由振荡电路,比较器,积分器,反相器 等基本电路组成的,通过调剂电容或者电阻转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,最终采纳芯片 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, 频率调剂范畴大, 正弦波失真小, 制作简洁, 价格低廉,使用便利；1.2 项目可行性讨论其电函数信号发生器依据用途不同, 有产生三种或多种波形的函数发生器,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

15、多种, 如先产生正弦波, 依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进展, 新材料新器件层出不穷, 开发新款式函数信号发生器,器件的可挑选性大幅增加,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,可挑选的方案多种多样,技术上是可行的；0 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 方案论证方案一可先产生方波 - 三角波,再将三角波

16、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 具有工作点稳固, 输入阻抗高, 抗干扰才能较强等优点； 特殊是作为直流放大器 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；文正弦比较方波积分三角氏波器器波电

17、图 2 这一方案为一开环电路,结构简洁,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就有肯定的麻烦,然而对于积分器的输入输出关系为：由于题目要求有 10 倍的频率掩盖系数,v o1idt1vdt 1CRC明显对于 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；而这是电路所不期望的；幅度稳固性难以到达要求；1 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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

18、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剂；利用 8038 芯片的优点特别明显如下集成度比较高,输出稳固；FSK调构成的电路简洁,所用的元件少,经济实惠；函数波形的频率受内部或外电压掌握,可被应用于压控振荡和制器； 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 0001Hz1MHz的频率输出范畴；工作变化周期宽,2 98方案四之间任意可调；高的电平输出范畴,从 TTL电平至 28V；用单片机和 A/D 转换器实现,编写相应的程序即可实现；如采纳一片AT89S51 单片机和 D

19、AC0832 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,挑选运行不同的程序,将会得到不同的波形信号；再在 DAC0832 输出端加上一些电压变换电路以及放大整形电路,能信号发生器的设计；就完成了一个频率可调的多功考虑到试验电路的简洁及其稳固性,我们用集成芯片 IC8038 来实现信号发生器的设计；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 理论分析与设计方案的建立3.1 ICL8038 的工作原理采纳 ICL8038 集成电路,它的内部结构和管脚图图如图 3 ICL8038 内部原理电路框图3 图 3

20、和图 4 所示；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4 8038 管脚图管脚说明： 1. 正弦波线性调剂；2. 正弦波输出；3. 三角波输出；4. 恒流源调剂；5. 恒流源调剂；6. 正电源；7. 调频偏置电压；8. 调频掌握输入端；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. 正弦波线性调剂； 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

21、恒流源1 对电容器 C连续充电,增加电容电压, 从而转变比较器的输入电平, 比较器的状态转变, 带动触发器翻转来连续掌握的；当触发器的状态使恒流源 2 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 状态转变,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 状态转变,使触发器又翻转回到原先的状态,这样周期性的循环,完成振荡过程；4 名师归纳总结 - - -

22、- - - -第 10 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在以上基本电路中很简洁获得函数信号,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 压的充放电过程打算的,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

23、成函数发生器的应用 如图 4 所示,管脚 8 为调频电压掌握输入端, 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；一般需在正电源与 9 脚之间外接 此外,该器件的方波输出端为集电极开路形式,一电阻,其值常选用 10k 左右,如图 3-3 所示；当电位器 RP2动端在中间位置,并且图中管脚 8 与 7 短接时,管脚 9、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 0.3/CR1+RP2/2 ；调剂 RP2、RP3可使正弦波的失真到达较抱负的程度；如图 5 所示,当 RP2动端在中间位置, 断开

24、管脚 7 与 8 之间的连线, 假设在+VCC与-VEE之间接一电位器,使其动端与8 脚相连,转变正电源 +VCC与管脚 8之间的掌握电压即调频电压 ,就振荡频率随之变化,因此该电路是一个频率 可调的函数发生器；图 5 电路图5 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 电路设计说明4.1 电路原理图由以上理论分析及技术指标可设计 理图如图 6 所示：ICL8038 组成的函数发生器电路设计原123456+12+12VDVR2R2ReadJ1J2J3DCON21KR112CON212CON21210K10K10KC1

25、 0.1uFCVR31 R J-FD2 R J-FD410C C +V551264 19vr11S28GNDGNDR5VR411LM35888RV5R7C10KC NICL803810K+12VSQDDA 7FM-B27TR13365.1kB10K8211SW4SW DIP-45R622LM35877R8B233665.1KSDJ-SNE1FM-N D N/G E-SIN HE D I V A C14545C NICL80385.1KR413J4-12V87 630K5.1K112 34S12SW DIP-43CON3100kAC2C3C4-12VACAP4700PF0.01uFTitleSi

26、zeNumberRevisionB12345Date:30-May-2022 Sheet of 学习复习资料大三学习资料电子线路设计电子线路（修改）MyDesign.ddbFile:6图 6 简易信号发生器电路原理图在电路设计的提高部分我们增加了调幅电路；4.2 原理说明由图 3 和图 5 及 8038 的原理结构可以知道,通过转变电容可以调剂整个波形的频率范畴,这是粗调,相对而言,调剂RP3可是到达某个频率,这是细调；7 脚和 8 脚短接可以使频率调剂电压偏置肯定,所以函数信号的频率和占空比由R1、R2和 C 打算,其频率为f ,周期 T,t1 为振荡电容充电时间, t2 为放电时间；所以

27、T 1/f t1 t2 ；6 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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=CV/I=C+1/3 .V cc .R1/1/5 .V cc=5/3R1 .C 2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 CV/I C1/3 .V cc / 2/5 .VccR21/5 .V cc/R1 3/5 .R1R2.C/ 2R1R2 3f 1/ t1 t2 3/ 5R1C1R2/2R1R 4假如 R1R2,就可以获得占

28、空比为50的方波信号；其频率 f 310R1C；依据设计要求, 方波 VP-P24V,三角波 VP-P=6V,正弦波 VP-P=1V,在 8038 的 2、3、9 脚后面接调幅电路；可以通过挑选拨码开关实现,双运放 LM358芯片 组成放大电路,调剂 RP4和 RP5转变比例系数来实现电压的放大；4.3 电路参数的挑选通过以上分析,可以选取以下元件的值来实现设计要求；R1=R2=R3=10K R4=30K R5=R6=R7=R8=5.1K C1=C2=0.1uF C3=4700PF C4 RP1=100K RP2=1K RP3=RP4=RP5=10K 放大环节采纳 LM358集成运放 1 个

29、C1：C1为滤波电容,其取值视 8 脚的波形而定,主要用来排除 8 脚的的寄 生沟通电压,假设含高次谐波成分较多,就 C1一般为几十皮法至 0.1uF ；在这 里我们选用 0.1uF ；C2、C3、C4、R1、R1、RP2：电阻 R1和 R2及电容 C构成调频回路；由于输出频率 为 100Hz-1KHz,1KHz-10KHz,所以 取 R1=R2=10K ；C2,C3=4700PF,C4, RP2=1 K ,R3：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 R3=10K ；RP3及 R4：电阻 R1及电位器 RP3用来确定 8 脚的直流电位 V8,通常取 V82

30、/3VCC；这里取 R4=30K , RP3=10K ；RP1及 RP2：RP1及 RP2用来用来改善正弦波的正负向失真及调剂正弦涉及 三角波的幅度；这里取 RP1=100K ；7 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5 电路仿真5.1 设计课题的仿真结果1总体电路仿真图如图 8 所示；12V +RV20%RV165%C4 0.1UF6%6 6DJ1 _A S9R2 10kU1R3 10k1DSW2 ON OFF8R5A% 083+12VU3:AR858U3:B%0 011kRV4R1 10k85.1k10kRV5

31、 10k45232 37 65.1kJ1 D _A DJ2 D _A D12RE UA SQSINELE NG RIA T4DIPSW_45R641R7 5.1k472611LM358LM358+ V-V10kEEP W SS _BIA M FDJ2 _A SP CA-12V5.1kICL803887110R4 30kRV387 65FFDSW1ODIPSW_4N O412 3B100k CDC1C2C30.1UF4700PF0.01UF-12V图 8 总体电路仿真图2方波产生仿真图通过比较器,可以得出方波,其电路仿真结果如图 9 所示；图 9 方波波形图8 名师归纳总结 - - - - -

32、- -第 14 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3三角波产生仿真图 三角波是由方波通过积分器产生的,其波形如图 10 所示；图 10 三角波波形图4正弦波产生仿真图 三角波通过输入到差分放大电路中,可以得到正弦波,如图 11 所示；图 11 正弦波波形图5.2 设计课题的误差分析 Vp-pmax=V,三角波Vp-pmax由仿真结果得,输出电压：方波输出电压=4.12+4.12=8.24V ,正弦波 Vp-pmax=V,三种波形均幅度可调；方波输出电压误差：20.02-24 /24 100%=-16.58% 三角波输出电压误差 :8.24-8/8 100%=3%

33、 正弦波输出电压误差 :3.92-4/4 100%=-2% 误差分析： 1 方波输出电压 Vp-p2Vc-c, 由于运放输出级是由 NPN型或 PNP9 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 型两种晶体管组成的复合互补对称电路, 输出方波时,两管轮番截止与饱和导通；导通时输出电阻的影响,使方波输出幅度小于电源电压值；2 方波的上升时间 t r, 主要受运放转换速率的限制；假如输出频率较高,就可接入加速电容 C1C1一般为几十皮法；可用示波器 或脉冲示波器测量 t r；5.3 设计总结通过本次的设计,使我们对 uA74

34、1的工作原理有了本质的懂得, 把握了 uA741的引脚功能、 工作波形等内部构造及其工作原理；利用 uA741制作出来的函数发生器具有线路简洁,调试便利,功能完备；可输出正弦波、方波、三角波,输出 波形稳固清楚,信号质量好,精度高；系统输出频率范畴较宽且经济有用；通过这次课程设计, 让我的理论联系实际才能、 设计电路才能、 实际操作能 力以及正确的处理数据、 分析和综合试验结果, 检查和排除故障的才能有了大大 的提高,并且稳固了我的理论学问,起到了双重成效；通过这次课程设计,让我知道了怎样画 PCB图和电路的仿真实现及仿真分析；焊接其电路图时更要特殊当心；在制板过程中需要耐心, 在要想做出一个

35、有用的实物来,并不是自己想象中的那样简洁；其一,我们必需把握一些必备的常识,比方,三极管引脚的判定以及电阻值的判定；其二,我们必需用科学的态度对待我们在试验中所遇到的问题,应当以作为一个工程人员应用的素养去面对,发觉问题, 解决问题； 在试验时应保持冷静,测试有条理；遵循物质客观规律,不任凭改写试验数据；其三,自己平常要多动手、多动脑,这样当问题来暂时你就不会手忙脚乱；该多画就多画些, 比方,那些 PCB板的制作就应当多画些； 以便能增加你对该软件的娴熟度；用起来称心如意,这样就不会铺张时间；再如,在焊接导线时,应区分不同类型的导线用不同类型的焊接方法及焊接的先与后次序；其四,要留意试验安全,

36、 不要轻易地尝试担心全接法； 在做设计时必需讲求产品的有用性及美观性；这就要求我们对所需器件进行合理布置；10名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 6 电路安装与调试6.1 电路安装按电路图焊接电路将直流稳压电源接到信号产生电路,ICL8038 的脚接到示波器上；通电以后,用示波器观看输出的正弦波波形；调剂两个 100K的可变 电阻,削减正弦波的失真度； 调剂 R转变正弦波的频率； 依次将 ICL8038 的与 脚接到示波器；调试结果如下：矩形波峰峰值： V 三角波峰峰值： V 正弦波波峰值： V 正弦波频率可调范畴

37、： 20Hz-1KHz 6.2 性能测试与分析此函数信号发生器能产生稳固的正弦波、三角波、和方波,波形的频率和幅 度都可以调剂,且频率和幅度可调剂范畴大,频率可调范畴为 100-1KHz；正弦 波的失真度小,三角波的非线性很小,方波的占空比可以自己调剂；此外,函数 信号发生器的输出波形受到的干扰很小,波形很稳固；以上设计的函数信号发生器需要进一步完善,示,需要设计一个频率显示计用来显示频率；11在此电路中波形的频率无法显名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 小 结经过近两周的时间,我组最终完成了这次课程设计；通过这次课程设计,加强了我的动手、 摸索和解决问在设计过程中,常常会遇到这样那样的情形,就是心里想老着这样的接法可以行得通,在这上面的时间用去许