毕业设计缩写稿

一款函数信号发生器的设计

物理102班：王春艳指导老师：符林军

（陕西科技大学理学院陕西西安 710021）

摘要：函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波等电压波形的电路或者仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件。本次设计以ICL8038集成芯片为核心器件，附加稳压电源，数字频率显示计制作一种能产生方波、正弦波、三角波的简易函数信号发生器，制作成本较低，适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种技术上很成熟的可以产生精密正弦波、方波、三角波的主芯片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［1］。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。

关键词：函数信号发生器，稳压电源，ICL8038芯片，数字频率计

a Design of The Function Signal Generator

ABSTRACT：Function Generator generally refers to a circuit or device can automatically generate sine，square，triangle wave voltage waveform．Depending on the application，there are three or more of the waveform generator used in the circuit device may be separate devices，may also be integrated device．The ICL8038 integrated chip design as the core device．The additional power supply，making a digital frequency display meter can produce a square wave，sine wave，triangle wave simple function signal generator，lower production costs for electronic techniques to measure student learning to use．ICL8038 is a technically sophisticated precision can produce sine，square，triangle wave main chip requires only external components can generate individual from a low-distortion 0.001Hz ~ 30KHz pulse signal sine wave，triangle wave，square wave．Frequency and duty cycle of the output waveform can be controlled by current or resistance．In addition，as the chip having the input modulation signal．It can be used for low-frequency signal is frequency modulated．

KEY WORDS：Function signal generator，power supply，ICL8038 chip，digital frequency meter

1 课题的主要内容

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波等电压波形的电路或者仪器。信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的发生器，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或方波，再将三角波或方波转化为正弦波［2］。随着电了技术的快

速发展，新材料新器件层出不穷，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。

本次设计以ICL8038集成芯片为核心器件，附加稳压电源模块和数字频率显示模块，制作一种能产生方波、正弦波、三角波的简易函数信号发生器，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。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。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。为了可以直观的读出输出波形的频率，因此设计一款简易的数字频率显示器，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示。

2 研究方法

首先，比较各种能够达到目的的方案，方案一是采用直接频率合成器，方案二是采用相环式频率合成器，方案三是采用以ICL8038芯片为主的函数信号发生器的设计。然后，综合考虑三种方案的利弊以及成本问题，最终选择方案三。因为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。制作成本较低，适合学生学习电子技术测量使用。再根据设计要求设计出相应的电路图。主要电路图如下图所示：

PR1

图1 函数信号发生器原理图［3］

电路中的调节电位器PR1用于调整频率，调整范围为20Hz到20kHz。PR2用于调整波形的失真

率，PR3用于调整波形的占空比。此外，调节电容或其他参数，皆可以改变输出信号［3］。

接下来根据所设计的电路原理图购买相应的原件，学习焊接技术，再将所购买的原件按照电路原理图完成PCB板的制作。最后借助万用表、示波器、稳压电源等辅助仪器对所焊接的电路进行调试、改正，通过调试结果得出相应的结论与完善措施，完成本次的毕业设计。

3 主要成果

组装完成电路后，对整机经行了调试，先测量了电源支流电压，确保无误后，插上集成块，装好连接线，用示波器观察波形发生的相应变化，幅度的大小和频率通过示波器读出。连接不同的输出端，在示波器上观察，会有不同的波形输出，波形的输出结果如图2、图3和图4所示：

图2 正弦波波形

图3 三角波波形

图4 方波波形

可调频率范围：11.137Hz~18.117kHz

3.1 结果分析：

（a）可调频率范围产生误差。因为所用元器件的实际测量值与电路图中所给标准值有偏差。

（b）正弦波失真。调节R100K电位器PR2，可以将正弦波的失真减小到1%，若要求获得接近0.5%失真度的正弦波时，在6脚和11脚之间接两个100K电位器就可以了。产生波形失真，也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。还有可能是因为2030功率太大发热导致波形失真，加装上散热片就可以了。

（c）输出方波不对称。改变PR1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PR1与外接电容C一起决定了输出波形的频率，调节PR1可使波形对称。

（d）没有振荡。是10脚与11脚短接了，断开就可以了。

（e）频率显示计的误差来自多方面的原因：一、时基电路NE555的滑动变阻器调节导致误差；

二、闸门开放时间与信号输入时间的冲突异致测量不准确；三、整体电路的阻抗、容抗对电路信号的影响［4］。对于第一点，先计算相关的滑动变阻器的相应阻值大小，然后可以在关闭电源的情况下用万用表测量后再进行洲量；第二点有点系统的偶然性；第三点可以尽量减少电路布局，从而减少相应的影响。

3.2 设计优点

经过调试，本次设计的函数信号发生器能够同时产生较好的正弦波、方波、三角波，而正弦波可调占空比，三角波可调斜率而不影响其它波形，符合设计要求。

4 结论

经过几周的努力设计，不断地查阅资料，终于做出了满意的方案，最终达到了此次设计的目的，成功的做出了信号发生器。在此过程中，我学会了综合运用所学的理论知识，掌握了一般电子线路

分析和设计的基本方法和步骤，这很好的锻炼了我的自学能力，使我独立分析问题和设计的能力得到了进一步的提升。函数信号发生器的设计方案有多种，但我们所采取的方案能够同时产生较好的正弦波、方波、矩形波、锯齿波，而正弦波可调占空比，锯齿波可调斜率而不影响其它波形。在选择方案时，通过比较也有更简单的方案，但是考虑到此次毕业设计的意义，最后器件的选择是根据最简单原则和从经济性方面考虑的，并且此电路实现了这次设计的最终目的。但是如果用于实际，部分器件应该根据实际情况加以改变。

参考文献：

［1］程建辉，陈波．基于ICL8038芯片的单片机可控的函数信号发生器的设计［D］．河北：蒋树刚保定学院物理与电子工程系，2012．

［2］王光明．智能任意函数信号发生器的研究［D］．湖南：国防科学技术研究生院，2002．［3］白炳良，吴木端．基于ICL8038函数信号发生器的设计［EB/OL］．漳州师范学院出版，2008-6-14．

［4］康华光，邹寿彬．电子技术基础数字部分（第四版）［M］．高等教育出版社，1999：189-191．