方波、三角波、锯齿波信号发生器

方波、三角波、锯齿波信号发生器 南华大学 电子技术课程设计论文 课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 :方波、三角波、锯齿波信号发生器 姓 名:何志敏 学 院:机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 班 级:测控技术与仪器052班 学 号:20054600224 指导老师:黄智伟、肖化武 1 目 录 1系统方案设计 ………………………………………1 2、单元电路设计与仿真………………………………3 2.1、ICL8038的应用 …………………………………………3 2.1.1、ICL8038内部框图………………………………………………4 2.1.2、ICL8038工作原理………………………………………………4 2.1.3、方案电路工作原理………………………………………………5 2.1.4、常用接法…………………………………………………………5 2.1.5、实际电路分析……………………………………………………6 2. 2 、NE566V的应用…………………………………………7 2.2.1、NE566V的内部结构与引脚图 …………………………………7 2.2.2、由NE566V构成的锯齿波发生器 ………………………………8 2.3、电路集成 ………………………………………………10 3、系统测试 …………………………………………11 3.1、测试仪器 ………………………………………………11 3.2、测试数据 ………………………………………………11 3.3、误差分析及改善措施 …………………………………12 4、结论 ………………………………………………12 5、参考文献 …………………………………………12 6、附录 ………………………………………………12 2 方波、三角波、锯齿波信号发生器的设计 摘 要:本系统是以ICL8038、NE566V集成块为核心器件，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。NE566V是低频宽带的积分—施密特触发 器型压控多谐振器电路，由NE566V构成的电路能产生方波、三角波、锯齿波， 其振荡频率由外接定时电容和定时电阻决定。NE566V在低频段能无限下延，高 频段达1MHz。在此，选取ICL8038发出的三角波和方波，NE566V发出的锯齿 波。 关键词:ICL8038，NE566V，波形，原理图，常用接法 Abstract: The system is ICL8038, NE566V Manifold as the core device, produced by a signal generator function, the lower the production cost for students to learn the use of electronic measurement technology. ICL8038 is a waveform output with a variety of precision oscillation integrated circuits, and the only individual from the external components can be generated from 0.001 Hz to 30KHz low-distortion sine wave, triangle wave, rectangular wave pulse signal. The frequency and waveform output duty cycle can be controlled by current or resistance. As the chip is the modulation signal input, the low-frequency signals can be used to frequency modulation. NE566V is integral low-frequency broadband - Schmitt trigger-type voltage-controlled multi-resonant circuit, a circuit from NE566V can produce square, triangle wave, sawtooth, the oscillation frequency by an external timing capacitor and resistor timing decision. NE566V in the low frequency extension to the unlimited, high frequency of 1 MHz. Here, select ICL8038 issued by the triangular wave and square-wave, sawtooth NE566V issued. Key words: ICL8038, NE566V, waveforms, schematics, common access method 1 系统方案设计 在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域， 经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便 3 地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。 方案一?采用传统的直接频率合成器 这种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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?采用单片机控制合成 各种波形的选择、生成及频率控制均由单片机编程实现。此方法产生的波形的频率范围、步进值取决于所采用的每个周期的输出点数及单片机执行指令的时间。此方案的优点是硬件电路简单，所用器件少，且实现各种波形相对容易，在低频区基本上能实现要求的功能;缺点是控制较复杂，精度不易满足，生成波形频率范围小，特别是难以生成高频波形。 方案四?采用DDS技术直接合成 将所需生成的波形写入RAM中，按照相位累加原理合成任意波形。此方案理论上可得到很高的分频率的周期波形;也可以合成任意波形。但实际中合成的波形与理论有差距。 方案五?采用8038和NE566V单片压控函数发生器 可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038和NE566V的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz,300KHz。 故采用方案五。 4 2 单元电路设计与仿真 2.1 ICL8038的应用 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为:可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形;改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为0.001Hz,300KHz;正弦信号输出失真度为1%;三角波输出的线性度小于0.1%;占空比变化范围为2%,98%;外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比(不对称度);频率的温度稳定度(典型值)为120*10-6(ICL8038ACJD),250*10-6(ICL8038CCPD);对于电源，单电源(V+):+10,+30V，双电源(+V)(V-):?5V,?15V。图2-1是其管脚排列图，图2-2是其功能框图。 图2-1 管脚排列图 5 电源1 比较器1 比较器2 电源2 双稳态触发 器 缓冲 缓冲放大 正弦转换 图2-2功能框图 2.1.1 8038内部框图 函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示(图1-2)，共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为I和I，且I=I，I=2I;两个电压比较器?和?的阈值电压S1S1S2S2 分别为和，它们的输入电压等于电容两端的电压U，输出电压分别控制RS触发器的S端C 和 端;RS触发器的状态输出端Q和Q 用来控制开关S，实现对电容C的充、放电;充1 点电流I、I的大小由外接电阻决定。当I=I时，输出三角波，否则为锯齿波。两个S1S1S2S2 缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力;三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。 2.1.2 8038工作原理 当给函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器?和?的输出电压均为低电平;因而RS触发器的 ，输出Q=0， ; 使开关S断开，电流源I对电容充电，充电电流为 I=I S1S1 因充电电流是恒流，所以，电容上电压U随时间的增长而线性上升。 C 当上升为VCC/3时，电压比较器?输出为高电平，此时RS触发器的 ，S=0时，Q和 保持原状态不变。 6 一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器?的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的 时，Q=1时， ，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为I- I=I因放电电流是恒流，S1S2 所以，电容上电压U随时间的增长而线性下降。 C 起初，U的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但其输出不变。 C 一直到U下降到VCC/3时，使电压比较器?的输出电压跃变为低电平，此时 ，Q=0， ，C 使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。 由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和R为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。 结论:改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。 2.1.3 方案电路工作原理 接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器?、?的阀值分别为总电源电压(指+Vcc、-VEE)的2/3和1/3。恒流源I和I的大小可通过外接电阻调节，但必须I,I。当S1S1S2S2触发器的输出为低电平时，恒流源I断开，恒流源I给C充电，它的两端电压U随时S1S2C间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器?的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I接通，由于I,I(设I=2 I)，I将加到C上S1S1S2S2S2S2进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压U又转为直线下降。当它下降C 到电源电压的1/3时，电压比较器?输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。C上的电压U，上升与下降时间相等(呈三角形)，经电压C 跟随器从引脚3输出三角波信号。 其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器W1为输出频率细调电位器，电位器W2调节方波占空比，电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。 2.1.4常用接法 如图(1-1)所示为ICL8038的引脚图，其中引脚8为频率调节(简称为调频)电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源+VCC之差，它可作为引脚8的输入电压。 7 如图(1-3)所示为ICL8038最常见的基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接 电阻RL至+VCC。在图所示电路中，RA和RB可分别独立调整。 图2-3 当RA=RB时，矩形波的占空比为50,，因而为方波。 2.1.5 实际线路分析 可在输出增加一块LF35双运放，作为波形放大与阻抗变换，根据所选择的电路元器件值， 本电路的输出频率范围约10HZ,20KHZ;幅度调节范围:三角波为0,20V，方波为0, 24V。若要得到更高的频率，还可改变三档电容的值。 表 1-1 ISL8038管脚功能 管脚 符号 功 能 1，12 SINADJ1,SINADJ2 正弦波波形调整。通常SINADJ1开路或接直流电压，SIADJ2接电阻Rcxt到V-，用以改善争先输出波形 和减小失真。 2 SINOUT 正弦波输出 3 TRIOUT 三角波输出 4，5 DFADJ1,DFADJ2 输出信号重复频率占空比(或波形不对称度)调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V+，DFADJ2端接RB 到V+，改变阻值可调节频率与占空比。 6 V+ 正电源 7 FMBIAS 调频工作的直流偏置电压 8 8 FMIN 调频电压输入端 9 SQOUT 方波输出 10 C 外接电容到V-端，用以调节输出信号的频率与占空比 11 V- 负电源端或地 13，14 NC 空脚 2. 2 NE566V的应用 NE566V是低频宽带的积分—施密特触发器型压控多谐振器电路，由NE566V构成的电 路能产生方波、三角波或锯齿波，其震荡频率由外接定时电容和定时电阻决定。NE566V在 低频段能无限下延，高频段达1MHz。在此仅介绍由NE566V构成的锯齿波发生器。 2.2.1 NE566V的内部结构及引脚 图2-1所示是NE566V的内部结构图。图2-2所示是NE566V的引脚排列图。 图2-4 9 图2-5 NE566V采用8脚双列直插式封装，内部又恒流源、施密特电路和放大电路组成。其引脚及其功能如下。 ? 1脚:接地; ? 2脚:空脚; ? 3脚:方波信号输出; ? 4脚:三角波信号输出; ? 5脚:控制电压输入端，通过内部恒流源控制对CT充电电流，改变CT可改 变震荡频率; ? 6脚:外接定时电阻RT，改变RT可改变震荡频率; ? 7脚:外接定时电容，与6脚共同决定电路的震荡频率; ? 8脚:接正电源，范围为+10V - +24V。 2.2.2 由NE566V构成的锯齿波发生器 图2-3所示是由NE566V构成的锯齿波发生器电路。 10 图2-6 在图2-3中，定时电阻由电位器RP和电阻R3组成，CT为定时电容，定时电阻和定时电容决定了锯齿波的频率。三极管VT的作用是加速CT的放电过程，当3脚的输出方波为高电平时，使三极管VT导通，使定时电容CT迅速放电，通过定时电容的慢充快放，使4脚原来输出的三角波信号变为锯齿波信号，CT较慢地充电过程形成了锯齿波的正程，CT的迅速放电形成了锯齿波的逆程。R1、R2的作用是为5脚提供一个控制电压。 锯齿波的震荡频率为 RCVTTCC f,5(V,V)CCC 锯齿波的震荡周期为 5(V,V)1CCCT,, fRCVTTCC 上式中，Vc为5脚的控制电压，Vcc为电源电压。 此锯齿波发生器的缺点是控制频率的范围较小，只有1:16的可调范围。为了克服此缺点， 11 可采用图2-4所示的宽范围可调的压控锯齿波发生器电路。 图2-7 在图2-4中，控制电压从R3的一端加入。三极管VT2的发射极电压近似为零，VT2，R4,RP为三极管VT1提供基极偏压，用此偏压控制VT1发射极电流的大小，使VT1发射极电流与5脚的控制电压Vc成正比，以实现控制输出锯齿波信号频率的目的。这样就可得到1:50的可调范围，从而克服了图2-3电路的缺点。 2.3 电路集成 12 图2-8 选取ICL8038产生的方波和三角波，取NE566V产生的锯齿波，电路如图2-8所示。 ICL8038的3脚输出三角波，9脚输出方波，NE566V的4脚输出锯齿波。 3、系统测试 3.1、测试仪器 双踪示波器 YB4325(20MHz)、万用表。 3.2、测试数据 基本波形的频率测量结果 频率/KHz 方波 预置 0.01 0.02 2 20 50 实测 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038 三角波 预置 0.01 0.02 1 2 20 100 实测 0.0095 0.0196 1.0002 2.0004 20.0038 100.0191 13 3.3、误差分析及改善措施 输出方波不对称，改变RW3阻值来调节频率与占空比，可获得占空比为50%的方波，电位 器RW3与外接电容C一起决定了输出波形的频率，调节RW3可使波形对称。 没有振荡。是10脚与11脚短接了，断开就可以了 产生波形失真，有可能是电容管脚太长引起信号干扰，把管脚剪短就可以解决此问题。也有 可能是因为2030功率太大发热导致波形失真，加装上散热片就可以了。 4、结论 利用ICL8038和NE566V芯片可得到频率范围为10Hz-10000Hz，输出幅度为Vp-p 方波、三角波和锯齿波 通过本课程的设计，使我们对ICL8038和NE566V的工作原理有了本质的理解，掌握了其引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用ICL8038和NE566V制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。可输出方波、三角波和锯齿波，输出波形稳定清晰，信号质量好，系统输出频率范围宽。通过参考，也发现自身的问题，同时对以前学过 的知识也是一个深入扩展和复习巩固的加深了解的过程。 5、参考文献 【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试(第三版)》武汉:华中科技大学出版社，2000年7月 【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京:电子工业出版社，2002.8 【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京:北京理工大学出版社，1997. 【4】王颖《集成电路原理及应用》北京:电子工业出版社 谭博学、苗汇静，2003.9 【5】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京:中国电力出版社。2006 【6】何希才《新型集成电路及其应用实例》 北京:科学出版社。2002.4 6、附录 元器件明细表 Ct 0.047uF 1 R1 1.5K 1 RP 1M 1 14 VT1 3CG12 2 R 5.1K 1 R 10K 2 RP 100K 2 RP 0.5K 1 C1 3900pF 1 15