摘要：正弦波和非正弦波发生电路常作为信号源被广泛地应用于无线电通信以及自动测量和自动控制等系统中。通常把既能产生正弦波又能产生三角波、方波、锯齿波等非正弦输出信号的电路叫作函数信号发生器。
在电子技术应用领域，要求信号源的温度、频率的稳定性都比较高。介绍的5g8038是一种性能稳定、精度较高的集成芯片。介绍了用5g8038设计多功能函数信号发生器的方法。
关键字：5g8038；直流稳压电源；频率选择控制。
1、目录：一．课程目的。
二．设计任务与要求
三。 总体方案设计。
四。 电路设计原理与参考电路
4.1总体电路框图。
4.2设计思路。
五．单元电路的设计说明。
5.1方波发生电路的工作原理。
5.2 方波---三角波转换电路的工作原理。
5.3 三角波---正弦波转换电路的工作原理
六．总体电路。
6.1总电路图。
6.2元器件的选择和电路参数计算的说明。
七。 具体过程。
7.1 函数发生器5g8038的指标和应用。
7.2 直流稳压电源。
7.3 频率控制。
八．设计小结
九．参考文献。
1、课程目的。
1. 培养学生查阅资料的能力。
2. 培养学生综合运用所学知识的能力。
3. 培养学生综合设计和实践能力。
4. 培养学生团队精神。
5. 培养学生市场素质。
6. 培养学生撰写课程设计总结报告的能力。
二．设计任务和要求。
波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
要求：1.输出的各种波形工作频率范围0.02hz~20khz连续可调；
2.正弦波幅值+10v，失真度小于1.5%
3.方波幅值+10v
4.三角波波峰-峰值20v;各种输出波形幅值均连续可调；
5.设计电路所需的直流电源。
6.完成整体电路设计及论证。
7.完成课程设计说明书。
三．总体方案设计。
波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。波形产生的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。
1.用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得出方波输出（例如用施密特触发器），用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出；
2.利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；
3．用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；
4.利用单片函数发生器5g8083、集成振荡器e1648及集成定时器555/556等可灵活地组成各种波形产生电路。
四．原理框图。
总体电路框图。
3.2设计思路。
波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。一般思路如下：
1）用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出，用积分电路将方波变成三角波输出；
2）利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；
3）用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；
4）利用单片函数发生器5g8038、集成振荡器e1648及集成定时器555等可灵活地组成各种波形产生电路。
五．单元电路的设计说明。
5.1方波发生电路的工作原理。
1）方波发生电路。
实验电路如图所示，双向稳压管稳压值一般为5～6v。
方波发生电路。
1)按电路图接线，观察vc、v0 波形及频率，与预习比较。
2)分别测出r= l0k，110k时的频率，输出幅值，与预习比较。
3)要想获得更低的频率应如何选择电路参数？试利用实验箱上给出的元器件进行条。
件实验并观测之。
方波发生电路的工作原理。
此电路由反相输入的滞回比较器和rc电路组成。rc回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过rc充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压uo=+uz,则同相输入端电位up=+ut。
uo通过r3对电容c正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，un趋于+uz；但是，一旦un=+ut,再稍增大，uo从+uz跃变为-uz,与此同时up从+ut跃变为-ut。随后，uo又通过r3对电容c反向充电，如图中虚线箭头所示。
un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，un趋于-uz；但是，一旦un=-ut,再减小，uo就从-uz跃变为+uz，up从-ut跃变为+ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
2）方波---三角波转换电路的工作原理。
方波—三角波产生电路。
工作原理如下：
若a点断开，运算发大器a1与r1、r2及r3、rp1组成电压比较器，c1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即u-=0，同相输入端接输入电压uia，r1称为平衡电阻。比较器的输出uo1的高电平等于正电源电压+vcc，低电平等于负电源电压-vee（|+vcc|=|vee|）,当比较器的u+=u-=0时，比较器翻转，输出uo1从高电平跳到低电平-vee,或者从低电平vee跳到高电平vcc。
设uo1=+vcc,则
将上式整理，得比较器翻转的下门限单位uia-为。
若uo1=-vee,则比较器翻转的上门限电位uia+为。
比较器的门限宽度。
由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图3-71所示。
a点断开后，运放a2与r4、rp2、c2及r5组成反相积分器，其输入信号为方波uo1，则积分器的输出uo2为
时， 时，
可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。
a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为。
方波-三角波的频率f为。
由以上两式可以得到以下结论：
1. 电位器rp2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用c2改变频率的范围，pr2实现频率微调。
2. 方波的输出幅度应等于电源电压+vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+vcc。
电位器rp1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。
3）三角波发生电路。
5.3 三角波---正弦波转换电路的工作原理三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，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。
分析表明，传输特性曲线的表达式为：
式中 —差分放大器的恒定电流；
—温度的电压当量，当室温为25oc时，ut≈26mv。
如果uid为三角波，设表达式为。
式中 um——三角波的幅度；
t——三角波的周期。
为使输出波形更接近正弦波，由图可见：
1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；
2） 三角波的幅度um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
3） 图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中rp1调节三角波的幅度，rp2调整电路的对称性，其并联电阻re2用来减小差分放大器的线性区。电容c1,c2,c3为隔直电容，c4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。
三角波—正弦波变换电路。
六．总体电路。
6.1总电路图。
6.2元器件的选择和电路参数计算的说明。
电路的参数选择及计算。
1.方波-三角波中电容c1变化（关键性变化之一）
实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将c2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当c2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。
2.三角波-正弦波部分。
比较器a1与积分器a2的元件计算如下。
由式（3-61）得。
即。取，则，取，rp1为47kω的点位器。区平衡电阻。
由式（3-62）
即。当时，取，则，取，为100kω电位器。当时 ，取以实现频率波段的转换，r4及rp2的取值不变。取平衡电阻。
三角波—>正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容c3、c4、c5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微法。
re2=100欧与rp4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整rp4及电阻r*确定。
七。 具体过程。
7.1 函数发生器5g8038的指标和应用。
5g8038性能特点如下：
（1）输出各类波形频率漂移小于50×10-6hz/℃；
（2）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。
（3）输出波形失真小；
（4）三角波输出线性度可优于0.1%。
（5）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；
（6）输出脉冲（或方波）电平可从4.2-28v；
（7）外围电路简单（外接元件较少），引出线比较灵活、适用性强。
5g8038是上海元件五厂生产，而国外生产同类产品icl8038性能特点要优于以互换使用。5g8038引脚排列如图1所示。
集成电路5g8038管脚说明：
1：正弦波失真调节端；
2：正弦波输出端；
3：三角波/锯齿波输出端；
4：恒流源调节（4脚和5脚外接电阻，以实现占空比的调节）；
5：恒流源调节（外接电阻端）；
6：正电源；
7：基准源输出；
8：调频控制输入端；
9：方波/矩形波输出端（集电极开路输出）；
10：外接电容c；
11：负电源或接地端；
12：正弦波失真调节；
13：空置端；
14：空置端。
5g8038的典型应用--构成多功能信号发生器：
1）5g8038多功能函数发生器的内部结构[2]和工作原理如图2所示。
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。
课程设计报告格式 课程设计
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