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之间任意可调，幅度在±5v。

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，从500μf开始，依次减小十倍，直到5500pf，频率范围相应地从0.05hz～0.5 hz～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。 参考资料：更多详细资料： 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），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**1和**2，且**1=i，**2=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**1、**2的大小由外接电阻决定。当**1=**2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**1对电容充电，充电电流为 **1=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**2-**1=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 1-1 **l8038管脚功能 管 脚 符 号 功 能 1，12 sinadj1，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。 2 sinout 正弦波输出 3 triout 三角波输出 4，5 dfadj1，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。 6 v+ 正电源 7 fmbias 调频工作的直流偏置电压 8 fmin 调频电压输入端 9 sqout 方波输出 10 c 外接电容到v-端，用以调节输出信号的频率与占空比 11 v- 负电源端或地 13，14 nc 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 0.01 0.02 2 20 50 100 实测 0.0095 0.0196 2.0003 20.0038 50.00096 100.193 方波 预置 0.01 0.02 2 20 50 实测 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038 三角波 预置 0.01 0.02 1 2 20 100 实测 0.0095 0.0196 1.0002 2.0004 20.0038 100.0191 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《**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：**电力出版社。2006 20210311