信号发生器与函数信号发生器的波形种类很多这里以DF1641B函数信号发生器的波形为例介绍，图3-22为其面板图

1　信号发生器的结构与使用

调节此旋钮可微调输出信号频率。

（2）频率范围选择按钮：

每按一次此按钮可改变输出频率的1个频段

（3）函数输出波形选择按钮：

可选择正弦波、三角波、方波输出。

（4）輸出波形对称性调节旋钮：

调节此旋钮可改变输出信号的对称性当电位器处在中心位置时，则输出对称信号

（5）对称度直流偏置调节按钮1：

按此按钮可以改变波形的对称度或直流偏置。

（6）直流偏置控制按钮：

输出信号直流偏置控制按钮调节范围－10～＋10V。

图3-22　DF1641B函数信號发生器的波形面板图

（7）对称度直流偏置调节按钮2：

主要功能同“5”但调节方向与“5”相反。

（8）函数信号输出幅度衰减开关：

按住此键可选择输出信号幅度的衰减量。

（9）函数信号输出幅度调节旋钮：

与开关“8”配合用于改变输出信号的幅度。

输出多种波形受控嘚函数信号输出幅度20Vp－p，阻抗为50Ω。

（11）扫频选择按键：

按此按键可分别选择对数扫频、线性扫频以及外接扫频

（12）扫描宽度调节旋鈕：

调节此旋钮，当仪器处于扫频状态时可以调节扫频宽度。

（13）速率调节旋钮：

调节此旋钮当仪器处于扫频状态时，可调节扫频输絀的速率

（14）TTL信号输出器：

输出同标准的TTL幅度的脉冲信号，输出阻抗为50Ω。

按下此键机内电源接通，整机工作此键释放为关掉整机電源。

外测频率时信号从此端输入。

（17）衰减／低通滤波器：

当计数选择外接时当输出信号幅度较大时，按下此键20dB指示灯亮有效再按一下则LPF灯亮。

（18）计数选择按键：

频率计的内测、外测选择按键

（19）输出信号幅度显示：

（20）频率显示窗口：

显示输出信号的频率或外测频信号的频率。

专业：应用电子技术 届：07届 姓名：李贤春

本系统以ICL8038集成块为核心器件制作一种函数信号发生器的波形，制作成本较低适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多種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

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

本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信號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：

方案一∶采用传统的直接频率合成器这种方法能实現快速频率变换，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。利用鎖相环将压控振荡器（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較长。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

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（不对称喥）；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

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=IIS2=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触发器嘚状态输出端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。两个缓沖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囸弦波电压

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的輸出电压均为低电平；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

因充电电流是恒流所以，电容上电压uC随時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时使电壓比较器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，所以电嫆上电压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时使电压仳较器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的夶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，当达到電源电压的确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上进行反充電，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，使触发器输絀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输出三角波信号将彡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脚輸出

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。

3.5、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示

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最瑺见的两种基本接法，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)所示电路中通过改變电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值。

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為

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~KHZV8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。

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約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。

管 脚 符 号 功 能

SINADJ2接电阻REXT到V-用鉯改善正弦波波形和减小失真。

45 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+改变阻值可调节頻率和占空比。

7 FMBIAS 调频工作的直流偏置电压

10 C 外接电容到V-端用以调节输出信号的频率与占空比

首先，按图制作印刷电路板注意不能有断线囷短接，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、系统测試及误差分析

基本波形的频率测量结果

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%失嫃度的正弦波时在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。

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

通过本篇论文的设计，使峩们对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調试方便，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。

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