如何设计一个模电课程的方波信号发生器?

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如何设计一个模电课程的方波信号发生器?

1.介绍方波信号发生器的作用和原理

　　-方波信号发生器是模拟电子电路中常用的信号发生器之一，用于产生方波形状的周期信号。

　　方波信号具有快速上升和下降的边沿，并且在高电平和低电平之间有明确的幅度差。

　　在模电课程中，学生需要掌握设计和实现方波信号发生器的方法。

2.分析方波信号的特点和参数

　　-方波信号的特点是周期性、对称性以及包含丰富的谐波成分。在设计方波信号发生器时，需要考虑以下参数：频率、占空比、幅度等。

3.设计方波信号发生器的基本原理

　　-方波信号发生器的基本原理是利用集成电路中的多谐振荡器实现。

　　一种常用的方波信号发生器电路是利用555计时器集成电路。

　　通过调整电路中的电阻和电容值，可以实现所需的方波信号频率和占空比。

4.详细介绍555计时器方波信号发生器的设计步骤

　　-首先，选择合适的电阻和电容值以确定所需的方波信号频率。通过公式计算和实验验证，确定合适的参数取值。

　　-然后，按照555计时器的引脚连接图，将电阻和电容与555计时器相连接。

　　-调整电路中的电阻和电容值，可以实现所需的方波信号频率和占空比。

　　-最后，连接电源并测试电路的性能，观察产生的方波信号波形是否符合设计要求。

5.总结方波信号发生器的设计过程和注意事项

　　-方波信号发生器的设计过程包括选择合适的电阻和电容值、连接电路、调整参数和测试性能。在设计过程中，需要注意电路的稳定性、电源的选择和保护电路的问题。

　　综上所述，设计一个模电课程的方波信号发生器需要理解方波信号的特点和参数，掌握方波信号发生器的基本原理，以及熟悉555计时器方波信号发生器的设计步骤。

　　通过合理选择电阻和电容值，以及正确连接和调整电路参数，可以实现所需的方波信号频率和占空比。

　　在设计过程中，需要注意电路的稳定性和保护电路的问题。

用模拟方式设计一个方波发生器和三角波发生器,频率在100Hz到10KHz之间...

1．直流稳压电源的设计与制作

　　要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为多路直流稳压输出： 12V/1A，-12V/1A， 5V/1A，-5V/1A， 5V/3A及一组可调正电压。

2．高保真音频功率放大器的设计与制作

　　要求设计制作一个高保真音频功率放大器，输出功率10W/8Ω，频率响应20~20KHZ，效率>60％，失真小。

3．函数发生器的设计与制作

　　要求设计制作一个方波－三角波－正选波发生器，频率范围10～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz；正弦波Upp≈3v，三角波Upp≈5v，方波Upp≈14v，幅度连续可调，线性失真小。

　　要求:1)课题名称。

　　2)设计任务和要求。

　　3)方案选择与论证。

　　4)原理框图，总体电路图、布线图以及它们的说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。

　　5)电路调试。

　　对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。

　　6)收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。

是这要求吗？

若是就如下

　　电路原理图如图一所示。

　　图中的8038为函数发生器专用IC，它具有3种波形输出，分别正弦波、方波和三角波，8038的第10脚外接定时电容，该电容的滑乱容值决定了输出波形的频率，电路中的定时电容从C1至C8决定了信号频率的十个倍频程信让档，从500μF开始，依次减小十倍，直到5500pF，频率范围相应地从0.05Hz～0.5Hz～5Hz～50Hz～500Hz～5kHz～50kHz～500kHz，如果C8取250pF，频率可达1MHz。

　　图中的V1、R7、R8构成缓冲放大器，R9为电位器，用于改变输出波形的幅值。

　　整个电路的频率范围为0.05Hz～1MHz，占空比可以从2%至98%调整，失真不大于1%，线性好，误差不大于0.1%，因此电路很有实用价值。

　　这个我以前学校里有做过。

　　大致设计思想是先用三极管振荡出1个正弦波，再经过一级放大（输出正弦波）滑派，后面加一级放大限幅的电路（输出方波），最后一级积分电路（输出3角波）。

　　翻翻书吧，模拟电子书上有的。

函数信号发生器的设计与制作

系别：电子工程系专业：应用电子技术届：07届姓名：李贤春

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。

关键词ICL8038，波形，原理图，常用接法

一、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。

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～300KHz。

三、系统工作原理与分析

3.1、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；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为0.001Hz～300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于0.1%；占空比变化范围为2%～98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；对于电源，单电源（V ）： 10～ 30V，双电源（ V）（V-）：±5V～±15V。

　　图1-2是管脚排列图，图1-2是功能框图。

　　8038采用DIP-14PIN封装，管脚功能如表1-1所示。

3.2、ICL8038内部框图介绍

　　函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图1-1），共有五个组成部分。

　　两个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；两个电压比较器Ⅰ和Ⅱ的阈值电压分别为和，它们的输入电压等于电容两端的电压uC，输出电压分别控制RS触发器的S端和端；RS触发器的状态输出端Q和用来控制开关S，实现对电容C的充、放电；充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。

　　当Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。

　　两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。

3.3、内部框图工作原理

　　★当给函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平；因而RS触发器的，输出Q=0，；

★使开关S断开，电流源IS1对电容充电，充电电流为

IS1=I

　　因充电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性上升。

　　★当上升为VCC/3时，电压比较器Ⅱ输出为高电平，此时RS触发器的，S=0时，Q和保持原状态不变。

　　★一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的时，Q=1时，，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性下降。

　　起初，uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但，其输出不变。

　　★一直到uC下降到VCC/3时，使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平，此时，Q=0，，使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。

　　由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。

　　结论：改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。

3.4、方案电路工作原理（见图1-7）

　　当外接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压（指 Vcc、-VEE）的2/3和1/3。

　　恒流源I2和I1的大小可通过外接电阻调节，但必须I2＞I1。

　　当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器I的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2＞I1（设I2=2I1），I2将加到C上进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压UC又转为直线下降。

　　当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器Ⅱ输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。

　　C上的电压UC，上升与下降时间相等（呈三角形），经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。

　　将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波的两端变为平滑的正弦波，从2脚输出。

　　其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器W1为输出频率细调电位器，电位器W2调节方波占空比，电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。

图1-1

　　3.5、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示。

图1-4

3.6、常用接法

　　如图（1-2）所示为ICL8038的引脚图，其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源 VCC之差，它可作为引脚8的输入电压。

　　如图（1-5）所示为ICL8038最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻RL至 VCC。

　　在图(a)所示电路中，RA和RB可分别独立调整。

　　在图(b)所示电路中，通过改变电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值。

图1-5

　　当RA=RB时，各输出端的波形如下图(a)所示，矩形波的占空比为50％，因而为方波。

　　当RA≠RB时，矩形波不再是方波，引脚2输出也就不再是正弦波了，图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图。

　　根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为。

　　故RA<2RB。

　　为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如图（1-6）所示电路，电阻20K与电位器RW2用来确定8脚的直流电压V8，通常取V8≥2/3Vcc。

　　V8越高，Ia、Ib越小，输出频率越低，反之亦然。

　　RW2可调节的频率范围为20HZ20~KHZ。

　　V8还可以由7脚提供固定电位，此时输出频率f0仅有Ra、Rb及10脚电容决定，Vcc采用双对电源供电时，输出波形的直流电平为零，采用单对电源供电时，输出波形的直流电平为Vcc/2。

　　两个100kΩ的电位器和两个10kΩ电阻所组成的电路，调整它们可使正弦波失真度减小到0.5%。

　　在RA和RB不变的情况下，调整RW2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到100:1。

　　在引脚8与引脚6之间直接加输入电压调节振荡频率，最高频率与最低频率之差可达1000:1。

3.7、实际线路分析

　　可在输出增加一块LF35双运放，作为波形放大与阻抗变换，根据所选择的电路元器件值，本电路的输出频率范围约10HZ～20KHZ；幅度调节范围：正弦波为0～12V，三角波为0～20V，方波为0～24V。若要得到更高的频率，还可改变三档电容的值。

图1-6

表1-1ISL8038管脚功能

管脚符号功能

　　1，12SINADJ1，SINADJ2正弦波波形调整端。通常SINADJ1开路或接直流电压，

　　SINADJ2接电阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和减小失真。

2SINOUT正弦波输出

3TRIOUT三角波输出

　　4，5DFADJ1，DFADJ2输出信号重复频率和占空比（或波形不对称度）调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V ，DFADJ2端接RB到V ，改变阻值可调节频率和占空比。

6V 正电源

7FMBIAS调频工作的直流偏置电压

8FMIN调频电压输入端

9SQOUT方波输出

10C外接电容到V-端，用以调节输出信号的频率与占空比

11V-负电源端或地

13，14NC空脚

四、制作印刷电路板

　　首先，按图制作印刷电路板，注意不能有断线和短接，然后，对照原理图和印刷电路板的元件而进行元件的焊接。

　　可根据自己的习惯并遵循合理的原则，将面板上的元器件安排好，尽量使连接线长度减少，变压器远离输出端。

　　再通电源进行调试，调整分立元件振荡电路放大元件的工作点，使之处于放大状态，并满足振幅起振条件。

　　仔细检查反馈条件，使之满足正反馈条件，从而满足相位起振条件。

　　制作完成后，应对整机进行调试。

　　先测量电源支流电压，确保无误后，插上集成快，装好连接线。

　　可以用示波器观察波形发出的相应变化，幅度的大小和频率可以通过示波器读出。

五、系统测试及误差分析

5.1、测试仪器

　　双踪示波器YB4325(20MHz)、万用表。

5.2、测试数据

基本波形的频率测量结果

频率/KHz

正弦波预置0.010.0222050100

实测0.00950.01962.000320.003850.00096100.193

方波预置0.010.0222050

实测0.0950.01971.00022.000420.0038

三角波预置0.010.021220100

实测0.00950.01961.00022.000420.0038100.0191

5.3、误差分析及改善措施

　　正弦波失真。调节R100K电位器RW4，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。

　　输出方波不对称，改变RW3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RW3与外接电容C一起决定了输出波形的频率，调节RW3可使波形对称。

　　没有振荡。是10脚与11脚短接了，断开就可以了

　　产生波形失真，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。也有可能是因为2030功率太大发热导致波形失真，加装上散热片就可以了。

5.4、调试结果分析

　　输出正弦波不失真频率。

　　由于后级运放上升速率的限制，高频正弦波（f>70KHz）产生失真。

　　输出可实现0.2V步进，峰-峰值扩展至0～26V。

图1-2

图1?7

六、结论

　　通过本篇论文的设计，使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解，掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。

　　利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。

　　可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。

　　系统输出频率范围较宽且经济实用。

七、参考文献

　　【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月

【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社，2002.8

　　【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。

　　全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。

　　北京：北京理工大学出版社，1997.。

　　【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。2006.10

　　【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。2003.9

　　【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006

模拟电路:设计一个信号发生器。要求:有三种波形,输出幅度和频率可调。要...

简单的可以使用颤扮555模块这个芯片是外接模拟器件来控制输出方颂铅波频率的输出端加滤波器或者积分器就可以实茄樱灶现三种波形555的讲解非常多希望对你有帮助

怎么用晶振做一个方波信号发生器

　　把晶振输激州出的正弦波通过反相器74HC14或74HC04整形，最多经过两次反相后可以得到质量很高的正方波。

　　每明缺蔽片74HC14或扮世74HC04上边都有六个通道的反相器，任意使用其中两个即可。

　　如下图——。

利用模电技术做一个低频函数信号发生器(产生正弦波、方波、三角波及单...

　　这个不难吧。

　　第一种方案：在单片机里面构造各种波形的数据表，然后用数组来保码悉帆存。

　　单片机控制给DA的数据的时间间隔就可以控制输出的频率了，为了得到比较精确的频率，可以用定时器控制数据的输出频率啦。

　　幅度的调节可迟雹以用双DA来做啊，也就是用另外一块DA来控制数据转换DA的基准电压。

　　第二种方案：用单陆液片机控制DDS芯片啊，比如用单片机控制AD9834，可以产生正弦波、方波、三角波，频率的调节就更简单了。

　　幅度的调节也可以用双DA来实现，也可以先用电阻衰减再用运放放大，这样幅度就可以连续可调了。

　　电路图和程序你确定了方案就可以很容易搞定了，实在不行再联系我吧。

正弦波—方波信号发生器

　　方波由正弦波变换得出，可通过模拟电压比较器实现。

　　1、前伍共用一输出端，因此可以通过模拟开关或者继电器实现。

　　2、输出频率较低，可以用专用DDS芯片 有源低通滤波器实现，也可以使用FPGA实现DDS 低速DAC 有源低通滤波器实哗悔没现，频率可通过控制DDS的频率控制字去实现。

　　3、关于正弦波及方波的乱纳幅值，DDS输出后可通过运算放大器或程控放大器调整信号最终输出幅值。