摘要
本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作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。
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分离器件，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
1
目录
摘要 (1)
目录 (2)
第一章项目任务 (3)
1.1 项目建 (3)
1.2 项目可行性研究 (3)
第二章方案选择 (4)
2.1 [方案一] (4)
2.2 [方案二] (4)
第三章基本原理 (5)
3.1函数发生器的组成 (6)
3.2 方波发生器 (6)
3.3 三角波发生器 (7)
3.4 正弦波发生器 (9)
第四章稳压电源 (10)
4.1 直流稳压电源设计思路 (10)
4.2 直流稳压电源原理 (11)
4.3设计方法简介 (12)
第五章振荡电路 (15)
5.1 RC振荡器的设计 (15)
第六章功率放大器 (17)
6.1 OTL 功率放大器 (17)
第七章系统工作原理与分析 (19)
7.1 ICL8038芯片简介 (19)
7.2 ICL8038的应用 (19)
7.3 ICL8038原理简介 (19)
7.4 电路分析 (20)
7.5工作原理 (20)
7.6 正弦函数信号的失真度调节 (23)
7.7 ICL8038的典型应用 (24)
致谢 (25)
心得体会 (26)
参考文献 (27)
附录1 (28)
附录2 (29)
附录3 (30)
2
第一章项目任务
1.1 项目建议
函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压——锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。对于三角波，方波同样有重要的作用，而函数信号发生器是指一般能自动产生方波正弦波三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。因此，建议开发一种能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。
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分离器件，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。
3
第二章方案选择
2.1 〖方案一〗
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。
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1000倍的频率覆盖系数，显然对于1000倍的频率变化会有积分时间dt的1000倍变化从而导致输出电压振幅的1000倍变化。而这是电路所不希望的。幅度稳定性难以达到要求。而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调。
2.2 〖方案二〗
利用ICL8038芯片构成8038集成函数发生器。
8038集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节，所以是压控集成信号产生器。由于外接电容C的充、放电电流由两个电流源控制，所以电容C两端电压u c的变化与时间成线形关系，从而可以获得理想的三角波输出。8038电路中含有正弦波变换器，故可以直接将三角波变成正弦波输出。另外还可以将三角波通过触发器变成方波输出。该方案的特点是十分明显的：
⑴线性良好、稳定性好；
⑵频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；
⑶不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；
⑷三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。
综合上述分析，我们采用了第二种方案来产生信号。
4
5
第三章 基本原理
3.1 函数发生器的组成
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题介绍方波、三角波、正弦波函数发生器的方法。
函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。下面我们将分别对各个波形的发生进行分析，从而达到在合成电路时使电路更加合理。
3.2 方波发生器：
如图3-2-1用运算放大器滞回比较器和f R 、C 积分电路组成的，输出电压经f R 、C 反馈到运放的反相输出端，因此积分电路起延迟和负反馈作用。
图3-2-1
参看图3-2-1所示电路，设在接通电源的时刻，电容器两端电压0=C u ，输出电压Z O U u =，则加到运放同相输出端的电压为Z
Z P FU
U R R R u =+=
2
12。
式中，
)
(212R R R F +=。此时Z O U u =通过1R 向C 充电，使运放反相输入电压C
N u u =由零逐渐上升。在P N u u <以前，Z O U u =保持不变。在1t t =时刻，N u 上升到略高于P u ，O
u 由高电平跳到低电平，即变为Z U -。
Z
O U u -=时，Z P FU u -=，同时Z O U u -=通过f R 向C 充电，使运放反相输入端
电压C N u u =由零逐渐上升。在P N u u >以前，Z O U u -=保持不变。在2t t =时刻，N u 下降到略低于P u ，O u 由低电平跳到高电平，即变为Z U ，又回到原始状态。如此周而复始，循环不已，因此产生振荡，输出方波。
根据上边的分析，可以画出C u 与O u 的波形如下图所示：
6
图3-2-2
由波形可知，C u 从1t 时刻的Z Z Z FU R R U R =+)(21下降到2t 时刻的Z FU -，再上升到3t 时刻的Z FU ，所需的时间就是一个振荡周期O T 在1t 到2t 这段时间，C u 的变化规律是简单RC 电路充放电规律，其常数为C R f ，初始值为Z FU （1t 时刻），终了值为Z U -（t →∞），故
C
R t t Z Z
Z C f e
U FU
U u /)(1)]([----+-=
在2t t =时， Z C FU u -=，代入上式后可求得
)21ln(11ln
1
2
12R R C R F
F
C R t t f f +
=-+=-
同样可求得 )21
l n (1
21223R R C R t t t t f +=-=- 由于高低电平所占的时间相等，故O u 是方波。其振荡周期为
)21ln(21
213R R C R t t T f +
=-=
若选取适当的1R 、2R 值，使47.0)(212=+=R R R F ，则C R T f 2=，于是振荡频率为：
3.3 三角波发生器：
根据RC 积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当RC 积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和RC 积分电路就可以组成三角波信号发生器。三角波信号发生器的电路组成如图3-2-3所示。图中的运算放大器1A 组成方波信号发生器，2A 组成RC 积分电路。该电路的工作原理是：方波信号发生器输出的方波。图中1A 等还可构成同相滞回比较器，2A 和4R 、C 等组成反相积分电路。信号输入积分电路，在积分电路的输出端得到三角波信号。积分电路的输出端除了输出三角波信号外，并通过电阻R 1将三角波信号反馈到滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整
C
R T
f f 2110=
=
7
形变换成方波信号输出。该电路的工作波形图如图3-3-3所示。
图3-3-3
根据上图可以看出在t=0时，比较器1A 输出电压为高电平，电容两端的电压为零，
即1p u 略低于Z O U u =)0(1，0)0(=C u ，则积分电路输出电压0)0()0(=-=C O u u 。此时电容被充电，显然
于是O u 线性下降，1P u 也下降，直到1t t =时，1P u 略低于)0(11=N N u u ，即1p u 略低于零时，
1O u 从Z
U 突跳到Z U -，同时1P u 也跳变到更低的值（比零低的多）。可见，在1t t =前的一
瞬间，01=P u ，Z O U u =1，而从流过1R 和2R 的电流相等，则211)(R U R t u Z O =-， 故
1t t =后，由于Z O U u -=1，故电容放电，其两端电压
因 故
于是O u 线性上升，1P u 也上升。直到2t t =时，1P u 略大于零，1O u 从Z U -突跳到Z U 。可见，在2t t =前的一瞬间，01=P u ，Z O U u -=1，则212)(R U R t u Z O =-，
t
C
R U d U C
R t u Z t
t Z O 40
411)(-
=-
=?
?
--
+-=
t
Z C Z C t t C
R U t u dt U C
R u 0
1414)
()()(1Z O C U R R t u t u 2
111)()(=
=)
(142
1t t C
R U U R R u u Z Z C O -+-=-=Z
O U R R t u 2
11)(-
=
8
故
在2t t =以后电路周而复始，循环不以，形成振荡。 则根据分析可以画出1O u 和O u 的波形，如图3-3-4所示。
图3-3-4
其中
1
O u 为方波，O u 为三角波。O u 之所以为三角波，是由于电容充放电的时间常数相
等，积分电路输出电压O u 上升和下降的幅度和时间相等，上升和下降的斜率的绝对值也相等。显然，三角波O u 峰值为：
Z om U R R U 1
2=
下面求振荡周期。由于212T t t =-，而当21t t t ≤≤时，有
)(142
1t t C
R U U R R u Z Z O -+
-
=
则 Z Z Z O U R R t t C
R U U R R t u 1
21242
12)()(=
-+
-
=
故 2
41124)(2R C R R t t T =
-=
则可以在调整三角波电路时，应先调整1R 或2R ,使其峰值达到所需要的值，然后再调整4R 或C ，使频率T f 10=能满足要求。
Z
O U R R t u 2
1)(=
9
3.4 正弦波发生器：
又称文氏电桥振荡器，如图1-3-1所示，其中A 放大器由同相运放电路组成，图3-4-2，因此， )1(1
2R R V V A d
o v +
==
图3-4-1
图3-4-2
F 网络由RC 串并联网络组成，由于运放的输入阻抗Ri 很大，输出阻抗Ro 很小，其对F 网络的影响可以忽略不计，从图3-4-3有
RC
j R C
j R RC j R
V V F o
f v ωωω++
+
+==
111
)
1
(3)1)(1(2
C
C R j R R
R
C
j R RC j R
ωωωω-
+=
++
+=
10
由自激振荡条件：T=AF=1有1)
1
(32
=-
+=
C
C R j R R
A F A v v v ωω 所以上式分母中的虚部必
须为零，即 0
1
2=-
C
C R ωω
RC
10=
?ω振荡频率
上式的实部为1，即
13=?R
R A v
3=?v A 起振条件
对图3-4-2同相运放， 1
21R R A v += 须满足122R R =
以上分析表明：
①
文氏电桥振荡器的振荡频率RC
10=ω，由具有选频特性的RC 串联网络决
定。
②
图中文氏电桥振荡器的起振条件为3≥v A ，即要求放大器的电压增益大于等于3，略大于3的原因是由于电路中的各种损耗，致使幅度下降而给予补偿。但A 比3大得多了会导致输出正弦波形变差。
图3-4-3
11
第四章 稳压电源
4.1 直流稳压电源设计思路
（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz ，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL 。
4.2 直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图4-1
图4-1 直流稳压电源方框图
其中：
（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电 （3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2
截止。正负半
工频交流
脉动直流
直流
负
载
12
周内部都有电流流过的负载电阻R L ，且方向是一致的。电路的输出波形如图4所示。
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均
电流等于输出电流的平均值的一半，即
。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为
2
2U
(U 2是变压器副边电压有效值)。
在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。
选择电容滤波电路后，直流输出电压：U o1=(1.1～1.2)U 2，直流输出电流： （I 2
是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。
总体原理电路见图4-4
图4-4 稳压电路原理图
4.3设计方法简介
4.3.1根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，
常见
t
t
图4-2整流电路
1
21
o f
I I =()
2~5.12
1
I I o =
13
的主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V ，最大输出电流max
O I
为1.5A 。
稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和LM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4-5和图4-6。
图4-5 管脚 图4-6典型电路 输出电压表达式为:
?
?? ?
?
+=11125.1R RP U o 式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压REF
V
，此电压加于给定
电阻1R 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP ，电阻1R 常取值
Ω
Ω240~120，1RP 一般使用精密电位器，与其并联的电容器C 可进一步减小输出电压的纹
波。图中加入了二极管D ，用于防止输出端短路时10μF 大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。
LM317其特性参数：
输出电压可调范围：1.2V ～37V 输出负载电流：1.5A
输入与输出工作压差ΔU=U i -U o ：3～40V 能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
4.3.2 选择电源变压器
1）确定副边电压U 2:
根据性能指标要求：U omin =3V U omax =9V 又 ∵ U i -U omax ≥(U i -U o )min U i -U oin ≤(U i -U o )max 其中：（U i -U oin ）min =3V ，(U i -U o )max
=40V
14
∴ 12V ≤U i ≤43V
此范围中可任选 ：U i =14V=U o1 根据 U o1=(1.1～1.2)U 2
可得变压的副边电压：V
U U
O 1215
.112
≈=
2）确定变压器副边电流I 2
∵ I o1=I o
又副边电流I 2=(1.5～2)I O1 取I O =I Omax =800mA 则I 2=1.5＊0.8A=1.2A
3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：Po>I 2U 2=14.4W
4.3.3 选择整流电路中的二极管
∵ 变压器的副边电压U 2=12V
∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：V
U 1722≈
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：A I
o
4.02
8.02
==
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压U BR =50V>17V 最大整流电流I F =1A>0.4A
4.4.4 滤波电路中滤波电容的选择
滤波电容的大小可用式 求得。
1）求ΔU i :
根据稳压电路的的稳压系数的定义： 设计要求ΔU o ≤15mV ，S V ≤0.003
U o =+3V ～+9V
U i =14V
代入上式，则可求得ΔU i 2）滤波电容C
设定I o =I omax =0.8A ，t=0.01S 则可求得C 。
电路中滤波电容承受的最高电压为
V
U 1722≈，所以所选电容器的耐压应大于
17V 。
i
o U t
I C ?=
i
i o o
V U U U U S ??=
15
第五章 振荡电路
5.1 RC 振荡器的设计
RC 振荡器的设计，就是根据所给出的指标要求，选择电路的结构形式，计算和确定电
路中各元件的参数，使它们在所要求的频率范围内满足振荡的条件，使电路产生满足指标要求的正弦波形。
RC 振荡器的设计，可按以下几个步骤进行：
1．根据已知的指标，选择电 路形式。
2． 计算和确定电路中的元件
参数。
3． 选择运算放大器 4． 调试电路，使该电路满足
指
标要求
。
设计举例：设计一个振荡频率
为800Hz 的RC （文氏电桥）正弦波
振荡器。 图5-1 RC 正弦波振荡器
设计步骤如下：
根据设计要求，选择图5-1所示电路。 1．计算和确定电路中的元件参数。
（1）根据振荡器的频率，计算RC 乘积的值。
)(10
99.1800
14.321214
s f RC -?=??=
=
π
（2）确定R 、C 的值
为了使选频网络的特性不受运算放大器输入电阻和输出电阻的影响。按：
R i >> R >> R 0
的关系选择R 的值。其中：R i （几百k Ω以上）为运算放大器同相端的输入电阻。R 0（几百Ω以下）为运算放大器的输出电阻。
因此，初选R=20k Ω，则：
16
uF F C 1.010
995.010
201099.17
3
4≈?=??=
--
（3）确定R 3和R f (在图1中R f =R 4+R w +r d //R 5)的值。
由振荡的振幅条件可知，要使电路起振，R f 应略大于2R 3，通常取R f =2.1R 3。以保证电路能起振和减小波形失真。
另外，为了满足R=R 3//R f 的直流平衡条件，减小运放输入失调电流的影响。由R f =2.1R 3和R=R 3//R f 可求出：
R 3=
1
.21.3R =
Ω
?=??3
3
105.2910
201
.21.3
取标称值: R 3=30k Ω
所以:R f =2.1R 3=2.131030??Ω=63k Ω.
为了达到最好效果, R f 与R 3的值还需通过实验调整后确定。 （4）确定稳幅电路及其元件值。
稳幅电路由R 5和两个接法相反的二极管D 1、D 2并联而成，如图1所示。 稳幅二极管D 1、D 2 应选用温度稳定性较高的硅管。而且二极管D 1、D 2的特性必须一致，以保证输出波形的正负半周对称。 （5）R 5与R 2的确定
由于二极管的非线性会引起波形失真，因此，为了减小非线性失真，可在二极管的两端并上一个阻值与r d （r d 为二极管导通时的动态电阻）相近的电阻R 5。（R 5一般取几千欧，在本例中取R 5=2k Ω。）然后再经过实验调整，以达到最好效果。R 5确定后，可按下式求出R 2。
R 2=R f -（R 5//r d ） ≈ R f -R 5 /2 = 63k Ω -1k Ω = 62k Ω
为了达到最佳效果, R 2可用30k Ω电阻和50 k Ω的电位器串联（即R 2=R 4+R w ）。 （6）选择运放的型号
选择的运放，要求输入电阻高、输出电阻小，而且增益带宽积要满足：
A uo ? BW >3f o
的条件。由于本例中的f o =800Hz ，故选用μA741集成运算放大器。
17
第六章 功率放大器
电子电路一般都由多级放大器组成。多级放大器在工作过程中，一般先由小信号放大电路对输入信号进行电压放大，再由功率放大电路进行功率放大，以控制或驱动负载电路工作。这种以功率放大为目的的电路，就是功率放大电路。能使低频信号功率放大的放大器，即为低频功率放大器，简称功率放大器。
6.1 OTL 功率放大器
图6-1-1所示为OTL 低频功率放大器。其中由晶体三极管T 1组成推动级（也称前置放大级），T 2、T 3是一对参数对称的NPN 和PNP 型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL 功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具
图6-1-1 OTL 功率放大器实验电路
有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。T 1管工作于甲类状态，它的集电极电流I C1由电位器R W1进行调节。I C1 的一部分流经电位器R W2及二极管D ， 给T 2、T 3提供偏压。调节R W2，可以使T 2、T 3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A 的电位CC
A U 21U
，可以通过调节R W1来实现，
又由于R W1的一端接在A 点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。
当输入正弦交流信号u i 时，经T 1放大、倒相后同时作用于T 2、T 3的基极，u i 的负半周使T 2管导通（T 3管截止），有电流通过负载R L ，同时向电容C 0充电，在u i 的正半周，T 3导通（T 2截止），则已充好电的电容器C 0起着电源的作用，通过负载R L 放电，这样在R L 上就得到完整的正弦波。
C 2和R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。 OTL 电路的主要性能指标
1、最大不失真输出功率P 0m
18
理想情况下，L
2
CC om R U 81P =
，在实验中可通过测量R L 两端的电压有效值，来得实际的
图6-1-2所示为OTL 低频功率放大器。其中由晶体三极管T 1组成推动级（也称前置放大级），T 2、T 3是一对参数对称的NPN 和PNP 型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL 功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具
图6-1-2 OTL 功率放大器实验电路
有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。T 1管工作于甲类状态，它的集电极电流I C1由电位器R W1进行调节。I C1 的一部分流经电位器R W2及二极管D ， 给T 2、T 3提供偏压。调节R W2，可以使T 2、T 3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A 的电位CC
A U 21U =
，可以通过调节R W1来实现，
又由于R W1的一端接在A 点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。
当输入正弦交流信号u i 时，经T 1放大、倒相后同时作用于T 2、T 3的基极，u i 的负半周使T 2管导通（T 3管截止），有电流通过负载R L ，同时向电容C 0充电，在u i 的正半周，T 3导通（T 2截止），则已充好电的电容器C 0起着电源的作用，通过负载R L 放电，这样在R L 上就得到完整的正弦波。
C 2和R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。 OTL 电路的主要性能指标
2、最大不失真输出功率P 0m 理想情况下，L
2
CC om R U 81P =
，在实验中可通过测量R L 两端的电压有效值，来得实际的
第七章系统工作原理与分析
7.1 ICL8038 芯片简介
性能特点
具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；正弦波输出具有低于1％的失真度；三角波输出具有0．1％高线性度；具有0．001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽，2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围，从TTL电平至28V；易于使用，只需要很少的外部条件。
7.2 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。
（1）ICL8038电源电压范围宽，采用单电源供电时，V+-GND的电压范围+10-+30V；采用双电源供电时，V+-V-的电压可在±5-±15V内选取。电源电流约15mA。
（2）振荡频率范围宽，频率稳定性好。频率范围是0.001Hz-300kHz，频率温漂仅50ppm/℃(1ppm=10-6)。
（3）输出波形的失真小。正弦波失真度＜5%，经过仔细调整后，失真度还可降低到0.5%。
三角波的线性度高达0.1%。
（4）矩形波占空比的调节范围很宽，D=1%-99%，由此可获得窄脉冲、宽脉冲或方波。（5）外围电路非常简单，易于制作。通过调节外部阻容元件值，即可改变振荡频率，产生高质量的中、低频正弦波，矩形波（或方波，窄脉冲）,三角波（或锯齿波）等函数波形，其应用领域比普通单一波形的信号发生器更为广阔。此外8038还能实现FM调制，扫描输出
7.3 ICL8038原理简介
ICL8038采用DIP－14封装，管脚如下图所示。芯片内部包括两个恒流源,
两个电压比较器，两个缓冲器，正弦波变换器，模拟开关，RS触发器。在构成
函数波形发生器时，应将第7,8两脚短接。其工作原理如下：利用恒流源对外接电容进行充放电，产生三角波(或锯齿波)，经缓冲器I从第3脚输出，由触发器获得的方波（或锯形波），经缓冲器Ⅱ从第九脚输出。再利用正弦波变换器将三角波变换成正弦波，从第2脚输出。改变电容器的充放电时间，可实现三角波与锯齿波方波与矩形波的互相转换。
19
20
图7-3 ICL8038
7.4 电路分析：
由于ICL8038单片函数发生器有两种工作方式，即输出函数信号的频率调节电压可以由内部供给，也可以由外部供给。在初始阶段我们用以下几种由内部供给偏置电压调节的接线图对芯片进行测试，观察其特性，图7-4-1为基本接法，图7-4-2和图7-4-3图可调节占空比。
图7-4-1 图7-4-2 图7-4-3
在以上应用中，由于第7脚频率调节电压偏置一定，所以函数信号的频率和占空比由RA 、RB 和C 决定，其频率为F ，周期T ，t1为振荡电容充电时间，t2为放电时间。 T ＝t1＋t2 f ＝1／T
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?Vcc ?R A)/(1/5?Vcc)=5/3RA ?C
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 ＝(C ＋1/3?VCC)/(2/5?VCCRB －1/5?VCC/RA)＝(3/5?RA ＊RB ?C)/(2RA －RB)
f ＝1／（t1＋t2）＝3／｛5RAC ［1＋RB ／（2RA －R ）］｝
对图6-1-1中，如果RA ＝RB ，就可以获得占空比为50％的方波信号。其频率f ＝3／（10RAC ）。
针对以上电路失真无法调节的缺点，我们改进方案，实现正弦波正负失真的可调。见
函数信号发生器的设 计与制作 目录 一.设计任务概述 二.方案论证与比较 三.系统工作原理与分析 四.函数信号发生器各组成部分的工作原理 五.元器件清单 六．总结 七.参考文献
函数信号发生器的设计与制 一．设计任务概述 （1）该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波。 （2）函数发生器以集成运放和晶体管为核心进行设计 （3）指标： 输出波形：正弦波、三角波、方波 频率范围：1Hz~10Hz，10Hz~100Hz 输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P=8V，正弦波VP-P＞1V； 二、方案论证与比较 2.1·系统功能分析 本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案： 2.2·方案论证 方案一∶采用传统的直接频率合成器。这种方法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8038单片压控函数发生器，8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz～300K 方案四：采用分立元件设计出能够产生3种常用实验波形的信号发生器，并确定了各元件的参数，通过调整和模拟输出，该电路可产生频率低于1-10Hz的3种信号输出，具有原理简单、结构清晰、费用低廉的优点。该电路已经用于实际电路的实验操作。 三、系统工作原理与分析 采用由集成运算放大器与场效应管共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过场效应管正弦波转换电路形成正弦波，波形转换原理图如下：
什么是函数信号发生器，函数信号发生器的作用，函数信号发生器的工作原 理 什么是函数信号发生器？函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。 函数信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 函数信号发生器的工作原理：函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。它能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、正弦波，所以在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 函数信号发生器系统主要由主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表构成。当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，一路完成整流倍压功能，提供工作电源;另一路进入一个反相器的输入端，完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经输出，输出端为可调电阻。 函数信号发生器产生的各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频发射，这里的射频波就是载波，把音频、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
陕西国防学院电子工程系毕业论文 摘要 本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作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。 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分离器件，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 1
陕西国防学院电子工程系毕业论文 目录 摘要 (1) 目录 (2) 第一章项目任务 (3) 1.1 项目建 (3) 1.2 项目可行性研究 (3) 第二章方案选择 (4) 2.1 [方案一] (4) 2.2 [方案二] (4) 第三章基本原理 (5) 3.1函数发生器的组成 (6) 3.2 方波发生器 (6) 3.3 三角波发生器 (7) 3.4 正弦波发生器 (9) 第四章稳压电源 (10) 4.1 直流稳压电源设计思路 (10) 4.2 直流稳压电源原理 (11) 4.3设计方法简介 (12) 第五章振荡电路 (15) 5.1 RC振荡器的设计 (15) 第六章功率放大器 (17) 6.1 OTL 功率放大器 (17) 第七章系统工作原理与分析 (19) 7.1 ICL8038芯片简介 (19) 7.2 ICL8038的应用 (19) 7.3 ICL8038原理简介 (19) 7.4 电路分析 (20) 7.5工作原理 (20) 7.6 正弦函数信号的失真度调节 (23) 7.7 ICL8038的典型应用 (24) 致谢 (25) 心得体会 (26) 参考文献 (27) 附录1 (28) 附录2 (29) 附录3 (30) 2
电子与信息工程 综合实验课程报告 实验名称：基于单片机的信号发生器的设计与实现班级：电子1班 组员：徐丹许艳徐梅 指导教师：张辉 时间：2013-6-8至2011-6-16
目录 前言......................................................................... 错误！未定义书签。 1 波形发生器概述 (2) 1.1波形发生器的发展状况 (2) 1.2国内外波形发生器产品比较 (3) 2 方案论证与比较 (4) 2.1 方案一 (4) 2.2 方案二 (5) 2.3 方案三 (5) 3 硬件原理 (5) 3.1 MCS-51单片机的内部结构 (6) 3.1.1 内部结构概述 (6) 3.1.2 CPU结构 (6) 3.1.3 存储器和特殊功能寄存器 (7) 3.2 P0-P3口结构 (7) 3.3 时钟电路和复位电路 (8) 3.3.1时钟电路 (8) 3.3.2单片机的复位状态 (9) 3.4 DAC0832的引脚及功能 (10) 4 软件原理 (11) 4.1 主流程图 (12) 4.1.1 方波仿真图 (13) 4.1.2 三角波仿真图 (14) 4.1.3 锯齿波仿真图 (15) 4.1.4 梯形波仿真图 (16) 4.1.5 正弦波仿真图 (17) 4.2附录：实物图 (17) 总结 (18) 致谢 (19) 参考文献 (19)
1 波形发生器概述 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。 1.1波形发生器的发展状况 波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。 在70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。 在70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。 90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只能产生8 中波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecr oy 公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。 到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz 的DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent 的产品33220A能够产生17 种波形，最高频率可达到20M，2005 年的产品N6030A 能够产生高达500MHz 的频率，采样的频率可达1.25GHz。由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：
函数信号发生器的设计、和装配实习 一．设计制作要求： 掌握方波一三角波一正弦波函数发生器的设计方法和测试技术。学会由分立器件和集成电路组成的多级电子电路小系统的布线方法。掌握安装、焊接和调试电路的技能。掌握在装配过程中可能发生的故障进行维修的基本方法。 二．方波一三角波一正弦波函数发生器设计要求 函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路(如单片集成电路函数发生器ICL8038)。本次电子工艺实习，主要介绍由集成运算放大器和晶体管差分放大器组成的方波一三角波一正弦波函数信号发生器的设计和制作方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多 种： 1：如先产生正弦波，然后通过整 形电路将正弦波变换成方波，再由积分 电路将方波变成三角波。 2：先产生三角波一方波，再将三 角波变成正弦波或将方波变成正弦波。 3 3：本次电路设计，则采用的图1函数发生器组成框图 是先产生方波一三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。此钟方法的电路组成框图。如图1所示：可见，它主要由：电压比较器、积分器和差分放大器等三部分构成。 为了使大家能较快地进入设计和制做状态，节省时间，在此，重新复习电压比较器、积分器和差分放大器的基本构成和工作原理： ，并判所谓比较器，是一种用来比较输入信号v1和参考电压V REF 断出其中哪个大，在输出端显示出比较结果的电路。 在《电子技术基础》一书的9.4—非正弦波信号产生电路的9.4.1中，专门讲述了： A：单门限电压比较器、B：过零比较器 C：迟滞比较器的电路结构和工作原理。 一、单门限电压比较器 所谓单门限电压比较器，是指比较器的输入端只有一个门限电压。
函数信号发生器的使用方法规定 1、目的：为操作人员作操作指导。 2、范围：适用于函数信号发生器操作人员。 3、操作步骤： 3.1注意事项 仪器在只使用“电压输出端”时应将“输出衰减”开关置于“0dB”~“80dB”内的位置，以免功率指示电压表指示过大而损坏。 3.2使用方法 3.2.1开机：在未开机前应首先检查仪器外接电源是否为交流220V±10%，50Hz±5%， 并检查电源插头上的地线脚应与在地接触良好，以防机壳带电。面板上的电源开关 应放在“关”位置，“电平调节”旋钮置中间，输出衰减旋钮置“0dB”，频段开关设 置在你所需要的频段。 3.2.2频率选择：首先将频段开关设置在你所期望的频率范围内，然后调节频率调谐旋钮 和频率微调旋钮，至数码管上指示你所需要的频率为止。 3.2.3波形选择：波形开关在“~”位置，可在电压输出端获得全频段的电压正弦信号，在 功率输出端可获得20Hz~100kHz的功率输出；波形开关在“”位置，在电压输 出端可获得全频段的电压方波信号。输出衰减在功率输出端8Ω档同样可以获得 20Hz~100kHz的方波功率输出。 3.2.4输出电压调整：电压输出端的输出电压可通过“电平调节”旋钮连续可调。 3.2.5功率输出调整：功率输出端的输出同由“电平调节”旋钮控制调节，并可通过“输 出衰减”进行80 dB的衰减。“输出衰减”控制开关上有8Ω和600Ω二档匹配档， 用以匹配低阻和较高负载以获取最大输出功率。 3.2.6功率的平衡输出：本仪器600Ω功率输出档可进行平衡输出，方法是可将面板上中间 红色接线柱和黑色接线柱之间的接地片取下，接在两个红色接线柱上即可，但本仪器连接的其它仪器也应不接在“地”电位。
函数信号发生器 函数信号发生器 作者：华伟锋卞蕊樊旭超 2013-8-8
函数信号发生器 摘要 直接数字频率合成（DDS）是一种重要的频率合成技术，具有分辨率高、频率变换快等优点，在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。本文介绍了DDS(直接数字频率合成)的基本原理和工作特点，提出以DDS芯片AD9850芯片为核心利用MSP430F5438单片机控制，辅以必要的外围电路，构成一个输出波形稳定、精度较高的信号发生器。该信号发生器主要能产生标准的正弦波、方波与三角波(锯齿波)，波形可手动切换，频率步进可调，软件系统采用菜单形式进行操作，LCD液晶显示可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值，操作方便明了，还增加了很多功能。 关键词：AD9850；信号发生器；MSP430F149单片机；DDS；LCD液晶； Abstact：Direct Digital Synthesis (DDS) is an important frequency synthesizer technology, with high resolution, fast frequency conversion, etc., in radar and communications and other fields have a wide range of applications. This article describes the DDS (direct digital frequency synthesis) of the basic principles and work, we proposed to DDS chip AD9850 chip as the core using MSP430F5438 MCU control, supplemented by the necessary peripheral circuits to form a stable output waveform, high precision signal generator . The signal generator can generate standard primary sine wave, square wave and triangular wave (sawtooth), the waveform can be manually switched, frequency step adjustable software system used to operate the menu form, LCD liquid crystal display can be real-time display of the output signal type , amplitude, frequency and frequency step value, easy to understand, but also adds a lot of functionality. Key words：AD9850; signal generator; MSP430F5438MCU; DDS; LCD liquid crystal;
信号发生器的设计与制作 系别：机电系专业：应用电子技术届：07届姓名：张海峰 摘要 本系统以AD8951集成块为核心器件，AT89C51集成块为辅助控制器件，制作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。AD9851是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。 关键词AD9851，AT89C51,波形，原理图，常用接法
ABSTRACT 5 The system AD8951 integrated block as the core device, AT89C51 Manifold for auxiliary control devices, production of a function signal generator to produce low cost. Suitable for students to learn the use of electronic technology measurement. AD9851 is a AD produced a maximum clock of 125 MHz, using advanced CMOS technology, the direct frequency synthesizer, mainly by the programmable DDS systems, high-performance module converter (DAC) and high-speed comparator three parts, to achieve full Digital program-controlled frequency synthesizer. Key words AD9851, AT89C51, waveforms, schematics, Common Connection
如何使用函数信号发生器 认识函数信号发生器 信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发. 这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波,换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下： 当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 > >I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 < < I2即产生正斜率锯齿波。 再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。 而在占空比调整上的设计有下列两种思路： 改变电平的幅度，亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性，但其最主要的缺点是占空比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来作模数（A/D)转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。但不容否认的在使用上比较好调。 2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下： 将方波产生电路比较器的参考幅度予以固定（正、负可利用电路予以切换），改变充放电斜率，即可达成。 这种方式的设计一般使用者的反应是“难调”，这是大缺点，但它可以产生10%以下的占空比却是在采样时的必备条件。 以上的两种占空比调整电路设计思路，各有优缺点，当然连带的也影响到是否能产生“像样的”锯齿波。 接下来PA（功率放大器）的设计。首先是利用运算放大器（OP) ，再利用推拉式(push-pull)放大器（注意交越失真Cross-distortion的预防）将信号送到衰减网路，这部分牵涉到信号源输出信号的指标，包含信噪比、方波上升时间及信号源的频率响应，好的信号源当然是正弦波信噪比高、方波上升时间快、三角波线性度要好、同时伏频特性也要好，（也即频率上升，信号不能衰减或不能减太大），这部分电路较为复杂，尤其在高频时除利用电容作频率补偿外，也牵涉到PC板的布线方式，一不小心，极易引起振荡，想设计这部分电路，除原有的模拟理论基础外尚需具备实际的经验，“Try Error”的耐心是不可缺少的。 PA信号出来后，经过π型的电阻式衰减网路，分别衰减10倍（20dB)或100倍（40dB),此时一部基本的函数波形发生器即已完成。（注意：选用π型衰减网络而不是分压电路是要让输出阻抗保持一定）。 一台功能较强的函数波形发生器，还有扫频、VCG、TTL、 TRIG、 GATE及频率计等功能，其设
函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -
函数信号发生器使用说明 1－1 SG1651A函数信号发生器使用说明 一、概述 本仪器是一台具有高度稳定性、多功能等特点的函数信号发生器。能直接产生正弦波、三角波、方波、斜波、脉冲波，波形对称可调并具有反向输出，直流电平可连续调节。TTL可与主信号做同步输出。还具有VCF输入控制功能。频率计可做内部频率显示，也可外测1Hz~的信号频率，电压用LED显示。 二、使用说明 面板标志说明及功能见表1和图1 图1 表1 序 面板标志名称作用号 1电源电源开关按下开关，电源接通，电源指示灯亮 2 1、输出波形选择 波形波形选择 2、与1 3、19配合使用可得到正负相锯齿波和脉
DC1641数字函数信号发生器使用说明 一、概述 DC1641使用LCD显示、微处理器（CPU）控制的函数信号发生器，是一种小型的、由集成电路、单片机与半导体管构成的便携式通用函数信号发生器，其函数信号有正弦波、三角波、方波、锯齿波、脉冲五种不同的波形。信号频率可调范围从~2MHz，分七个档级，频率段、频率值、波形选择均由LCD显示。信号的最大幅度可达20Vp-p。脉冲的占空比系数由10%~90%连续可调，五种信号均可加±10V的直流偏置电压。并具有TTL电平的同步信号输出，脉冲信号反向及输出幅度衰减等多种功能。除此以外，能外接计数输入，作频率计数器使用，其频率范围从10Hz~10MHz（50、100MHz[根据用户需要]）。计数频率等功能信息均由LCD显示，发光二极管指示计数闸门、占空比、直流偏置、电源。读数直观、方便、准确。 二、技术要求 函数发生器 产生正弦波、三角波、方波、锯齿波和脉冲波。 2.1.1函数信号频率范围和精度 a、频率范围 由~2MHz分七个频率档级LCD显示，各档级之间有很宽的覆盖度， 如下所示： 频率档级频率范围（Hz） 1 ~2 10 1~20 100 10~200
北京邮电大学 电子电路综合设计实验报告 课题名称：函数信号发生器的设计和调试 院系:信息与通信工程学院 班级: 2012211113 姓名：李鸣野 学号：2012210362 班内序号：01 摘要 函数（波形）信号发生器能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。方波-三角波产生电路主要有运放组成，其中由施密特触发器多谐振荡器产生方波，积分电路将方波转化为三角波，差分电路实现三角波-正弦波的变换。该电路振荡频率由第一个电位器调节，输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值决定；正弦波幅度和电路的对称性分别由后两个电位器调节。
关键词:方波,三角波,正弦波 基本要求： a）设计一个设计制作一个可输出正弦波、三角波和方波信号的函数信号发生器 1）输出频率能在1-10khz范围内连续可调，无明显失真； 2）方波输出电压Uopp=12V，上升、下降沿小于10us，占空比可调范围30%--70%； 3）三角波Uopp=8V； 4）正弦波Uopp≥1V。 b）用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH） 设计思路: 要产生方波，需要用稳压管和比较器组成方波产生电路。稳压管为实验提供的6v稳压管。方波经过RC积分电路积分得到三角波，幅度为Uo2m=±（UZ+UD），由R1和Rf的比值及稳压管的稳压值决定，实验要求三角波峰峰值为8v，故根据公式推导后，选用20K的电阻作为R1，30K的电阻作为Rf。R3为12K。R4为直流平衡电阻，应与R2保持一致，均为5K。R0为限流电阻，根据实验要求选用2K。 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。R e取阻值为100Ω，C1、C2、C4为隔直流电容，取C1=C2=C3=33uF。Rp1调节三角波
实验1 函数信号发生器的设计与实现 姓名：_ _____ 学号： 班内序号：____ 课题名称：函数信号发生器的设计 摘要：采用运算放大器组成的积分电路产生比较理想的方波-三角波，根 据所需振荡频率和对方波前后沿陡度、方波和三角波幅度的要求，选择运放、稳压管、限流电阻和电容。三角波-正弦波转换电路利用差分放大器传输特性曲线的非线性实现，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度和电路的对称性，同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。 关键词：方波三角波正弦波 一、设计任务要求 1．基本要求：
设计制作一个函数信号发生器电路，该电路能够输出频率可调的正弦波、三角波和方波信号。 (1) 输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真。 (2) 方波输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升、下降沿小于10us。 (3) 三角波Uopp=8V（误差小于20%）。 (4) 正弦波Uopp1V，无明显失真。 2.提高要求： (1) 输出方波占空比可调范围30%-70%。 (2) 自拟（三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调）。 二、设计思路和总体结构框图 总体结构框图： 设计思路： 由运放构成的比较器和反相积分器组成方波-三角波发生电路，三角波输入差分放大电路，利用其传输特性曲线的非线性实现三角波-正弦波的转换，从而电路可在三个输出端分别输出方波、三角波和正弦波，达到信号发生器实验的基本要求。 将输出端与地之间接入大阻值电位器，电位器的抽头处作为新的输出端，实现输出信号幅度的连续调节。利用二极管的单向导通性，将方波-三角波中间的电阻改为两个反向二极管一端相连，另一端接入电位器，抽头处输出的结构，实现占空比连续可调，达到信号发生器实验的提高要求。 三、分块电路和总体电路的设计过程 1.方波-三角波产生电路 电路图：
苏州科技学院 毕业设计开题报告 设计题目任意信号发生器的硬件设计（基于89C51实现）院系电子与信息工程学院 专业电子信息工程 班级电子0911 学生姓名XXXXXXX 学号 设计地点 指导教师 2013 年3月31 日
设计题目：任意信号发生器的硬件设计（基于89C51实现）课题目的、意义及相关研究动态： 一、课题目的： 信号发生器是一种能产生模拟电压波形的设备，这些波形能够校验电子电路的设计。信号发生器广泛用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域,它是一种可以产生正弦波，方波，三角波等函数波形的一起，其频率范围约为几毫赫到几十兆赫，在工业生产和科研中利用信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能鉴定，在多数电路传递网络中，电容与电感组合电路，电容与电阻组合电路及信号调制器的频率，相位的检测中都可以得到广泛的应用。因此，研究信号发生器也是一个很重要的发展方向。 常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，但这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而本课题设计的函数信号发生器，由单片机构成具有结构简单，价格便宜等特点将成为数字量信号发生器的发展趋势。 本课题采用的是以89c51为核心，结合 DAC0832实现程控一般波形的低频信号输出，他的一些主要技术特性基本瞒住一般使用的需要，并且它具有功能丰富，性能稳定，价格便宜，操作方便等特点，具有一定的推广作用。 二、课题意义： （1）任意信号发生器主要在实验中用于信号源，是电子电路等各种实验必不可少的实验设备之一，掌握任意信号发生器的工作原理至关重要。 （2）任意信号发生器能产生某些特定的周期性时间任意波形（正波、方波、三角波）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫任意信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。 （3）本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用任意信号发生器，不但成本较低而精度较高，最重要的是开发简单易于调试，具有一定社会价值和经济价值。 （4）任意信号发生器作为一种常见的电子仪器设备，既能够构成独立的信号源，也可以是高新能的网络分析仪，频谱仪以及自动测试装备的组成部分，任意信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它是能够提高质量的精密信号源及扫描源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并且提高检测精度。
电子科学系实验报告 系班组实验日期年月日姓名学号同组姓名 实验操作评定：好、较好、基本掌握、较差指导老师 实验二函数信号发生器的原理与使用 二、实验目的： 二、实验仪器和设备 三、实验内容 内容: 1 熟悉掌握函数发生器各个操作部件的功能 2. 实验验证各个功能的实现过程 3 用示波器观察各种输出信号 4 验证个功能指标是否符合仪器的标示 5 总结说明仪器的特点及应用 四、实验原理 使用一个激发装置(即信号源)来激励一个系统，以便观察、分析它对激励信号的反映如何，这是电子测试技术的标准实验之一。在设计、制造飞机时，需要事先了解机体及其有关设备在各种气流、雷击、雨水、温变干扰下的反映情况；在发展冶炼技术时，需要了解炉内物态随炉脸温度燃油器喷口温度而变化的动态过程；在分析一个电子线路时，常常需要了解输出信号频率及振幅与输入信号频率及振幅之间的关系。这样，在进行上述过程的硬件或软件的模拟实验时．就需要人为地产生各种模仿的信号。系统在这些模仿的信号的激励下产生各种反应，因此，称它们为激励信号。产生这些信号的仪器设备称为信号源。 信号源包括函数信号发生器、脉冲信号发生器、音频信号发生器、任意波形信号发生器以 及扫描频率发生器等多种设备，用于各种各样的工程测试。图11.1所示的产品系列树反映出信号源之间的关系，其中直接数字器件合成(DDS)是一种较新的技术，它利用了最
现代化的数字器件的能力，成为系列产品的主干，发展出函数发生器相任意波形发生器这样高水平的产品。 基本的函数发生器提供正弦波、方波和三角波，频率范围在1MHz到约50MHz之间。图11.2显示的是一个包含两个运算放大器的基本函数发生器。器件A1是一个积分器，它提供一个三角波输出信号，它所产生的三角波信号通过正弦波形成电路而产生正弦波信号输出。器件A2是一个电压比较器，它产生一个方波信号。大多数普通价格的函数发生器都以一些单片式集成电路(IC)为基础，并能提供正弦波、方波和三角波。价格较高者则能提供触发信号*只有较宽的频率范围祁较稳定的频率．具有可变的上升时间(对方波而言)和可变的直流补偿．具有较高的频率准确度和较强的输出驱动能力，旦波形失真度小。
目录 1设计的目的及任务 1.1 课程设计的目的 1.2 课程设计的任务与要求 2函数信号发生器的总方案及原理图 2.1 电路设计原理框图 2.2 电路设计方案设计 3 各部分电路设计及选择 3.1 方波发生电路的工作原理 3.2 方波、三角波发生电路的选择 3.3三角波---正弦波转换电路的选择 3.4总电路图 4 电路仿真与调试 4.1 方波---三角波发生电路、三角波---正弦波转换电路的仿真与调试 4.2方波---三角波发生电路、三角波---正弦波转换电路的实验结果 5 PCB制版 6 设计总结 7仪器仪表明细清单 8 参考文献
1．课程设计的目的和设计的任务 1.1 设计目的 1．掌握用集成运算放大器构成正弦波、方波和三角波函数发生器的设计方法。 2.学会安装、调试与仿真由分立器件、调试与仿真由分立器件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 2.2设计任务与要求： 设计一台波形信号发生器，具体要求如下： 1．输出波形：方波、三角波、正弦波。 2．频率范围：在1 Hz－10Hz，10 Hz -100 Hz,100 Hz -1000 Hz等三个波段。 3.频率控制方式：通过改变RC时间常数手控信号频率。 4．输出电压：方波U Ｐ－Ｐ≤24V，三角波U Ｐ－Ｐ ＝8V，正弦波U Ｐ－Ｐ >1V。 5.合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图。 6.选用常用的电器元件（说明电器元件选择过程和依据）。 7.画出设计的原理电路图，作出电路的仿真。 8.提交课程设计报告书一份，A3图纸两张，完成相应答辩。
2．函数发生器总方案及原理框图 图1-1 整体原理框图 2.2 函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 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的基本结构是比例放大器，对不同区段内比例系数的切换，是通过二级管网络来实现的。如输出信号的正半周内由D1~D3控制切换，负半周由D4~D6控制切换。电阻Rb1~Rb3与Ra1~Ra3分别组成分压器，控制着各二极管的动作电平。
课程设计（论文） 课程名称：模拟电子技术基础课程设计 题目名称：函数信号发生器 姓名： 学号 班级： 专业：电子信息科学与技术 设计时间：2011-2012-1学期15、16周 教师评分： 2011 年 12 月11 日
目录 1设计的目的及任务 (1) 1.1 课程设计的目的 (3) 1.2 课程设计的任务与要求 (3) 2 电路设计总方案及各部分电路工作原理 (3) 2.1 电路设计总体方案............................................................（ 3）2.2 正弦波发生电路的工作原理 (3) 2.3 正弦波---方波工作原理 (4) 2.4 方波---三角波工作原理 (5) 2.5 三角波---正弦波工作原理 (7) 3 电路仿真及结果 (8) 3.1 仿真电路图及参数选择 (8) 3.2 仿真结果及分析 (9) 4收获与体会 (13) 5 仪器仪表明细清单 (13) 6 参考文献 (14)
一、 设计的目的及任务 1.1 课程设计的目的： 1、 熟悉简易信号发生器的电路结构及电路原理，并掌握特定波形 的转换。 2、学习以及熟练运用multisim 工具。 1.2 课程设计的任务与要求 1、 设计一函数信号发生器，能输出特定频率（1kHz ）的正弦波（两 个波形）、方波和三角波共四种波形。振幅固定，如-5V 到+5V 之间。 2、 拓展项(可选): 频率可调，锯齿波 脉冲波。 二、 电路设计总方案及各部分电路工作原理 三、 2.1 电路设计总体方案 积分电路 低通滤波
Xuchang Electric V ocational College 毕业论文（设计） 题目：函数信号发生器的设计与制作 系部：电气工程系_ 班级：12电气自动化技术 姓名：张广超 指导老师：郝琳 完成日期：2014/5/20
毕业论文内容摘要
目录 1引言 (3) 1.1研究背景与意义 (3) 1.2研究思路与主要内容 (3) 2 方案选择 (4) 2.1方案一 (4) 2.2方案二 (4) 3基本原理 (5) 4稳压电源 (6) 4.1直流稳压电源设计思路 (6) 4.2直流稳压电源原理 (6) 4.3集成三端稳压器 (7) 5系统工作原理与分析 (8) 5.1ICL8038芯片性能特点简介 (8) 5.2ICL8038的应用 (8) 5.3ICL8038原理简介 (8) 5.4电路分析 (9) 5.5ICL8038内部原理 (10) 5.6工作原理 (11) 5.7正弦函数信号的失真度调节 (11) 5.8ICL8038的典型应用 (12) 5.9输出驱动部分 (12) 结论 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
1引言 信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 1.1研究背景与意义 函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压——锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。对于三角波，方波同样有重要的作用，而函数信号发生器是指一般能自动产生方波正弦波三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。因此，建议开发一种能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。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分离器件，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[1]。 1.2研究思路与主要内容 本文主要以ICL8038集成块为核心器件，制作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实验使用。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几赫到几百千赫的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。基于ICL8038函数信号发生器主要电源供电、波形发生、输出驱动三大部分组成。电源供电部分：主要由集成三端稳压管LM7812和LM7912构成的±12V直流电压作为整个系统的供电。波形发生部分：主要由单片集成函数信号发生器ICL8038构成。通过改变接入电路的电阻或电容的大小，能够得到几赫到几百千赫不同频率的信号。输出驱动部分：主要由运放LF353构成。由于ICL8038的输出信号幅度较小，需要放大输出信号。ICL8038的输出信号经过运放LF353放大后能够得到输出幅度较大的信号[2]。