多功能信号发生器课件设计

  题目：多功能信号发生器  

  院系：电子信息工程        

  专业：xxxxxxxx         

  班级：xxxxxx         

  学号：xxxxxxxx        

  姓名：xxx              

  指导教师： xxx         

  时间：xxxx-xx-xx         

电子电路设计

——多功能信号发生器

一..课程设计的目的

二课程设计任务书(包括技术指标要求)

三 时间进度安排(10周~15周)

a.方案选择及电路工作原理；

b.单元电路设计计算、电路图及软件仿真；

c.安装、调试并解决遇到的问题；

d.电路性能指标测试；

e.写出课程设计报告书；

四、总体方案

五、 电路设计

(1)8038原理,  LM318原理,

(2)性能\特点及引脚

(3)电路设计,要说明原理

(4)振动频率及参数计算

六 电路调试

要详细说明(电源连接情况, 怎样通电\\ 先调试   后调试   ,频率调试  幅度调试  波行不稳调试  

七 收获和体会

 一、课程设计的目的

     通过对多功能信号发生器的电路设计，掌握信号发生器的设计方法和测试技术，了解了8038的工作原理和应用，其内部组成原理，设计并制作信号发生器能够提高自己的动手能力，积累一定的操作经验。在对电路焊接的途中，对一些问题的解决能够提高自己操作能力

    随着集成制造技术的不断发展，多功能信号发射器已经被制作成专用的集成电路。这种集成电路适用方便，调试简单，性能稳定，不仅能产生正弦波，还可以同时产生三角波和方波。它只需要外接很少的几个元件就能实现一个多种波、波形输出的信号发生器。不仅如此，它在工作时产生频率的温度漂移小于50×10-6／℃;正弦波输出失真度小于1％,输出频率范围为0.01Hz~300kHz;方波的输出电压幅度为零到外接电源电压。因此，多功能信号发生器制作的集成电路收到了广泛的应用。

 二、课程设计任务书(包括技术指标要求)

任务：设计一个能产生正弦波、方波、三角波以及单脉冲信号发生器。

要求：

1．输出频率为f=20Hz~5kHz的连续可调正弦波、方波和三角波。

2．输出幅度为5V的单脉冲信号。

3．输出正弦波幅度Vo= 0~5V可调，波形的非线性失真系数γ≤5％。

4．输出三角波幅度Vo=0~5V可调。

5．输出方波幅度可在0~12V之间可调。

6．具有单脉冲输出功能。

 三、 时间进度安排

a、方案选择及电路工作原理

    5G8308是一种外接很少的几个元件就能实现一个多种波、波形输出的集成函数发生器。使用5G8038集成函数发生器设计任务书下达的指标，完全可以满足实验要求。

5G8038的工作原理：5G8038与ICL8038的工作原理一致，可以互换使用。

     由5G8038构成的函数发生器原理框图可知：他由1个恒流充放电振荡电路和1个正弦波变换器组成，恒流充放电振荡电路产生方波和三角波，三角波经正弦波变换器输出正弦波。

    图中2个比较器C1，C2组成1个参考电压分别设置在2/3Vcc和1/3Vcc上的窗口比较强。2个比较器的输出分别控制RS触发器的置位端和复位端。2个恒流源I1，I2担任对定时电容C的充放电，而充电和放电的转换则为RS触发器的输出通过电子开关S的通或断来进行控制。

     当电子开关S断开时，电路对外接电容C充电，当电子开关S接通时，电容C放电，所以，若电路参数设计恰当，可在电容C上产生良好的三角波，经缓冲器由3脚输出。

    为了得到在比较宽的频率范围内三角波到正弦波的转换，可用1个由电阻和晶体管组成的折线近似转换网络将三角波转换为正弦波，由2脚输出。而用于控制开关S的信号，即RS触发器的输出，就是方波，经缓冲器由9脚输出。

ICL8038的工作原理

    它是由一个恒流充放电振荡电路和一个正弦波变换器组成，恒流充放电振荡器产生方波和三角波，三角波经正弦波变换器输出正弦波。

性能特点：电源电压范围宽。震荡频率范围宽，频率稳定性好。输出波形的失真小。

输出特性：正弦波幅度约为Vcc/5,输出阻抗1kΩ。矩形波输出为集电极输出，其幅度近似于Vcc。三角波幅度为Vcc/3，输出阻抗为200Ω。调频输入：范围是10kHz，线性度为0.1％。

b、单元电路设计计算、电路图及软件仿真。

根据5G8038的功能，选择信号发生器的电路结构如图：

仿真图方波：

三角波：

正弦波：

C、安装、调试并解决遇到的问题

   选择Vcc=12V，R的变化范围为1.2kΩ~1200kΩ。

为了提高信号源的带负载能力，可时三角波、正弦波信号经由LM318高速运算放大器放大后输出。调节RP3、RP4，可调节信号输出幅度。

3） 电路性能指标测试

首先调节电位器RP1，检查输出信号的频率变化，然后调节电位器RP2，使输出正弦波失真最小。调节电位器RP3，测量正弦波输出值，若测量值小于5V，调节电位器RP4 ，使输出达到5V。

d、写出课程设计报告书

四、总体方案

5G8038函数发生器输出频率的方法有两种。我们采用其中应用之一为    

       为了提高信号源的带负载能力，可使三角波、正弦波信号经由LM318高速运算放大器放大后输出。 

 通过调节电位器Rp1的位置，既可调节函数发生器的输出振荡频率的大小，又可用来调节输出矩形脉冲波的占空比。 

    调节电位器Rp2，可调节输出正弦波信号失真度。  调节Rp3，Rp4，可调节信号输出幅度。

    震荡频率计算：5G8038可以改变电阻大小，还可以控制电压大小，它的8脚与7脚相连，震荡频率由下式决定;

f=0.6/R1C(1+R2/2R1-R1)

矩形波的占空比为：D=(1-R2/2R2)×100%.

单脉冲产生电路的设计方案                  

   单脉冲对于观察数字集成电路的触发特性及数字系统电路的状态检查非常重要。对于单脉冲电路的要求为：当按键S按下时，输出脉冲上升沿（或下降沿）；当按下按键S不动时，输出脉冲保持高电平（或电平）不变；当松开按键S时，输出脉冲下降沿（或上升沿）。如图所示电路即可完成上述功能。

   在这里我们使用74LS00来实现数字脉冲发生的功能，74LS00是一个集成4个与非门的芯片，需要加+5V电压可以实现工作，所以在电源里，我们必须考虑设计一个可以输出直流+-12V和+5V的稳压电源，同时设想把三个单元电路和做在一块PCB板上，以及全方面考虑关于接地干扰的问题 

五、电路设计

(1)8038原理,  LM318原理,

    5G8038单片函数波形发生器，可以产生精度较高的正弦波、方波、矩形波，锯齿波等多种信号。它的各种信号频率可以通过调节外接电阻和电容的参数值进行调节，进而快速而准确地实现函数信号发生器。

    LM318：为了提高信号源的负载能力，使三角波、正弦波信号经LM318 放大后输出。LM318是通用型运放器中速度最快的器件，具有电压转换速率高、频带宽、输出动态范围大、较完善的保护电路的特点。适用于在脉冲信号放大器、宽带放大器、中频放大器、宽频带信号放大器、快速A/D转换器。

(2)性能\特点及引脚

5G8038性能特点如下：  

a.输出各类波形的频率漂移小于50×10-6Hz/℃；  

b.通过调节外接阻容元件值，很容易改变振荡频率，使工作频率在0.001Hz-300kHz范围内可调节。  

c.输出的波形失真小；  

d.三角波输出线性度可优于0.1%。 

e.矩形脉冲输出占空比调节范围可达1-99%，可获得窄脉冲、方波、宽脉冲输出；  

f.输出脉冲（或方波）电平可从4.2-28V；  

外围电路简单（外接元件较少），引出线比较灵活、适用性强。

5G8038的引脚排列图如下：

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，基准源输出   8，调频控制输入端 9方波输出（集电极开路输出）  10，外接电容端  11，外接负电源   12，正弦波线性调节   13，空脚  14，空脚源输出   8，调频控制输入端 9方波输出（集电极开路输出）  10，外接电容端  11，外接负电源  12，正弦波线性调节  13，空脚  14，空脚

LM318引脚排列：

(3)电路设计,要说明原理

根据多功能信号发生器的工作原理，以及LM318的放大功能，电路图可以设计为如下图：

(4)振动频率及参数计算

恒流充放电震荡电路输出方波震荡频率由下式决定：

fo=1/T=I1/UHC(1-I1/I2).

其中UH是窗口电压的上下限门槛电压之差。

UH=1/2Vcc时，若取I2=2I1，则函数发生典型的方波、三角波、正弦波。其频率为：fo=3I/2VccC。

Vcc=12V。 C1=4700pF， C2=0.15μF。

为了使振荡信号获得最佳的特性，流过5G8038集成电路4脚和5脚的电流不能过大或过小。若电流过大，将使三角波的线性变坏，从而导致正弦波失真度增大；若过小，则电容的漏电流影响变大，流过4脚和5脚的最佳电流为1μA~1mA。

电阻R满足            。 

    若选择Vcc=12V，电阻R的最佳变化范围为1.2kΩ~1200kΩ。因为f=0.15/RC。C1=4700pF. 当fmax=20kHz时，Rmin=0.15/fmaxC1=1.59kΩ，取Rmin=R1=1.5kΩ。

    选择一电位器Rp1=56kΩ与R相串联，当电位器Rp1+R1最大时，震荡频率fmin=0.15/(Rp1+R1)C=555(Hz)。为此再增加一个震荡电容

若C2=0.15μF，当调节RP1=0时，f=666Hz。所以转换器开关接入不同电容时，可调节电位器RP1, 输出震荡频率为17Hz~666Hz和555Hz~21kHz。

为了提高带负载能力，可使三角波、正弦波信号经由LM318高速运算放大器放大后输出。调节3PR、4PR，可调节信号输出幅度。图中电位器421PPPRRR、、采用精密多圈电位器

六 、电路调试

     首先调节电位器RP1，检查输出信号的频率变化，然后调节电位器RP2，使输出正弦波失真最小。调节电位器RP3，测量正弦波输出值，若测量值小于5V，调节电位器RP4 ，使输出达到5V。 

产生图形

方波：

三角波：

正弦波：

调试结果： 

1．输出频率f=35Hz～31KHz连续可调的正弦波、方波和三角波。 

   2、输出幅度为10.75V 的单脉冲信号。

   3、输出正弦波幅度V0=0～4.4V可调，波形的非线性失真系数γ≤5％。 

  4、输出三角波幅度V0=0～6.1V可调。

  5、输出方波幅度可在V0=0～9.25V之间可调。 6、具有单脉冲输出功能。

七 、收获和体会

     总结本次设计虽有小部分误差，但基本上达到大致要求，在总结后，我们发现这些误差可以修正的。处理方法如下：

 ① 通过改变外接电容的大小可以改变频率的输出范围。

 ② 通过增大电位器R3P的阻值可以增大输出信号的幅度

    通过这个多功能信号发生器的设计和制作，我从中学到了很多在课本上学习不到的知识。不仅增加了我们的理论知识，更加丰富了我们的课余生活，提高了我们的动手能力，开拓了我们的眼界，激励着我们不断向未知的世界进取与探索。