对于外部模拟信号vtest范围超出0 5v的情况下应如何修改设计和显示模块

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09-05-09  stulindt 发布
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    英金阳

    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。

    http://www.ggdz.net/Article/UploadFiles/2004412249371.jpg
    参考资料:更多详细资料: http://www.xue360.com

    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 1-1 ISL8038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&#8722;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

    09-05-09 | 添加评论 | 打赏

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