基于ICL8038的函数信号发生器仿真报告.doc

基于ICL8038的函数信号发生器仿真报告 09工试2班 麻辉凯 一、ICL8038内部结构介绍 图1 ICL8038内部电路方框图 该芯片由三角波振荡电路、比较器1、比较器2、触发器、三角波—正弦波变换电路、恒流源CS1、CS2 等组成。 CS1、CS2主要用于对外接电容C 进行充电放电, 可利用4、5脚外接电阻调整恒流源的电流, 以改变电容C 的充放电时间常数, 从而改变10脚三角波的频率。两个比较器分别被内部基准电压设定在23Vs 与13Vs。使两个比较器必须在大于23Vs 或小于13Vs 的范围内翻转。其输出同时控制触发器, 使其一方面控制恒流源CS2 的通断, 另一方面输出方波经集电极开路缓冲器, 由9 脚输出方脉冲, 而10脚经缓冲器直接由3 脚输出三角波, 另外还经三角波—正弦波变换电路由2 脚输出低失真正弦波 外接电容C 由两个恒流源充电和放电。若S 断开, 仅有电流I1 向C 充电, 当C 上电压上升到比较器1 的门限电压23Vs 时, 触发器输出Q = 1。开关S 导通, CS2 把电流I2加到C上反充电, 当I2 I1 时, 相当于C 由一个净电流I2- I1放电, 此时C 上电压逐渐下降, 当下降到比较器2的门限电压13Vs时, R·S触发器被复位,Q = 0, 于是S 断开CS2, 仅有CS1 对C充电, 如此反复形成振荡, C上电压近似为三角波, 而触发器输出则为方波。当两个电流源CS1、CS2 的电流分别设定为I、2I时, 电容C上的充电、放电时间相等, 则10脚三角波以及变换的正弦波就是对称的, 方波的占空比是50%。若恒流源CS1、CS2的电流不满足上述关系, 则3脚输出非对称的锯齿波, 2 脚输出非对称的正弦波, 9脚输出占空比为2%～ 98% 的脉冲波形。 另外改变恒流源I的大小, 即可改变振荡信号的频率。 二、频率和占空比的计算 图2 外部定时电阻的连接 所有波形的对称性都可以通过调节外部定时电阻来调节。如图2所示，RA、RB是外部定时电阻。最好是保持RA和RB的独立性，然后用RA来控制三角波、正弦波的上升部分和方波的状态。 三角波的幅度设置在1/3VSUPPLY,因此，三角波的上升部分是： 另一部分三角波、正弦波和方波的状态是： 则由此两部分可得到波形的频率为： 通过改变RA和RB的阻值即可以改变t1,t2的值，从而调节方波的占空比。 当RA=RB=R时,频率f为： 我们选取prutues仿真电路RA和RB的阻值为10k,由于ICL8038的频率范围是0.001Hz~300kHz之间，因此，当电容值选取C=100pF时，此时最大输出频率就可以达到300kHz的要求，电容C不用选取的太小。 图3 占空比调节电路protues仿真波形图 三、波形失真调节电路 图4 连接来实现正弦波的最小畸变 为了减少失真，11脚和12脚之间的电阻82K最好是变量。这样的安排失真小于1%是可以实现的。如图4所示，此种连接允许的正弦波典型失真可减少到接近0.5%。失真调节电路的protues仿真波形如图5，可见，该正弦波波形失真度非常小，波形较完美。 图5 失真调节后的正弦波仿真波形 四、运算放大电路模块 由于输出的正弦波，三角波的幅度比方波要小很多，因此我们在8038芯片的波形输出端加上放大电路模块，以增大输出波形的幅度。 运算放大电路如图6所示，在此我们选用性能较优的运放OP37。 我们采用反向运算放大器的电路接法，运算放大倍数为： 则输出电压为： 在此，我们选取电压放大倍数=5即可。 图6 运算放大电路 五、函数信号发生器电路仿真 仿真电路原理图如下图所示： 图7 函数信号发生器电路图 如图7所示，外接电容C我们采用档位选择制，共有6个档位，依次为25uF，2.5uF,100nF,10nF,200pF,47pF，以满足不同的频率和负载要求。 不加运放时8038芯片信号输出端方波，三角波，正弦波波形输出如图8所示，可见该波形的形状非常规范，只是三角波和正弦波的波形幅度比方波小很多。 图8 不加运放时8038信号输出端波形 加上运放的作用之后，波形输出如图9所示，Channel D输出的就是经过运放放大之后的三角波的波形，可见此时三角波的幅度明显加大。 图9 加上运放之后信号发生器波形输出 六、ICL8038波形输出频率范围探究 ICL8038波形频率输出范围是0.001Hz~300kHz，那么超过此范围之后波形会怎样呢？在此，我们选电容C的最低档位47pF，仿真，观察频率超出300kHz时的情况，此时波形如图10所示： 可见此时的波形输出有明显的失真现象存在！！！ 图10 超出8038频率输出范围的波形