第2章 简易函数发生器
2.1 简易函数发生的基本介绍
简易函数信号发生器，也叫函数发生器，它能输出方波、锯齿波、三角波及正弦波四
种波形，由双电源或单电源供电。它由触发器、比较器、积分器、反向器等基本电路组成的，通过调节电容或者电阻能够改变波形的频率和幅值。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。
2.2 简易函数发生器的主要功能
函数信号发生器是一种常用的信号源，这个多功能信号发生器具有以下一些主要功能：
（1）它具有产生正弦波、方波、三角波及锯齿波四种周期性波形的功能。 （2）它具有快速、方便地能调节所产生信号的频率和幅度。 （3）它一般具有能显示所产生信号的频率和幅度。
2.3 简易函数发生器的简单应用
简易函数发生器广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是利用分立元件组成的体积大，可靠性差，准确度低。该设计使用的是以ICL8038集成块为核心器件构成的发生器，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、矩形波等多种波形。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节，设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。还有即使在日常维修中，函数信号发生器也是不可缺少的工具。本设计函数发生器能够产生稳定的正弦波、三角波、方波，且输出频率在100Hz～1KHz或1KH～Z10KHZ范围之中连续可调, 输出电压幅度在0~5V连续可调。总之函数信号发生器在人类中有着广泛的应用，促进社会的发展具有不可估量的价值意义。
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第3章 提出、分析、确认方案及其论证
函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波等电压波形，其电路中使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以是集成电路（如单片集成电路函数发生器ICL8038），所以可确定多种多样的方案。下面是我组成员共同探讨的几个构造函数发生器的优选方案。
3.1 〖方案一〗
氏电桥产生正弦振此方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；由文荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。
文 氏 电 桥 正弦波 比较器 方波 积分器 三角波 这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。但是对于三角波的产生则有一定的麻烦，因为题目要求有10倍的频率覆盖系数，然而对于积分器的输入输出关系为：
vo??11idt??vidt C?RC?显然对于10倍的频率变化会有积分时间dt的10倍变化从而导致输出电压振幅的10倍变化。而这是电路所不希望的。幅度稳定性难以达到要求。而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调。
3.2 〖方案二〗
也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。如下框图所示。
由积分器和比较器同时产生三角波和方波。其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正、负极性的
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积分器 反 馈 比 较 器 方波 三角波 电位交替地反馈积分器去积分而得到三角波。该电路的优点是：
a、线性良好、稳定性好；
b、频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；
c、不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形； d、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。
3.3 〖方案三〗
用单片集成芯片IC8038实现，此方案要求幅度和频率都可调，可由数字电位器加程控放大器实现。它是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波，方波，三角波和锯齿波，其震荡频率可以通过外加电压进行调节，又称压控集成信号发生器。
利用8038芯片的优点是十分明显如下：
a、集成度比较高，工作可靠性高，速度快，功耗低，输出稳定。 b、构成的电路简单，所用的元件少，布线容易。
c、函数波形的频率受内部或外电压控制，可被应用于压控振荡器和FSK调制器。 d、具有在温度发生变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；正弦波输出具有低于1％的失真度；三角波输出具有0．1％高线性度。
e、具有0．001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽，2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围，从TTL电平至28V；易于使用，只需要很少的外部条件。
3.4 〖方案四〗
用单片机和A/D转换器实现，编写相应的程序即可实现。如采用一片AT89S51单片机和DAC0832数模转换器组成的智能数字式低频信号发生器。按用户的需要，选择运行不同的程序，将会得到不同的波形信号。再在 DAC0832 输出端加上一些电压变换电路以
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及放大整形电路，就完成了一个频率可调的多功能信号发生器的设计。
我们对几个方案的认真比较，我们可以发现对于我们现在来说方案三为最优方案，其设计方法简单，元器件较少，而且能同时产生几种波形，可以较好地减少波形失真；方案一的设计电路结构复杂，元器件多，而且波形是分段产生的这样就容易引起波形失真，但是其设计方法清晰，元器件便宜，有一定的可取性；方案二的设计介于两种设计方案之间，其设计电路比方案一简单比方案三复杂，元器件比方案一少比方案二多，电路引起的波形失真也介于两个方案之间；而方案四我们很明显地看出来有着其它方案不具备的优点，但这需要我们自己编写相应的程序，就要求我们的EDA技术基础达到一定的水平，而且我们对单片机了解极小，带来了一定的困难，因此我们没有采取这种方案。我们考虑到实
验电路的简单、稳定性好和性能优越，于此本实验中我们用单片集成芯片IC8038为主要器材实现电路的设计过程。
第4章 理论分析与设计方案的建立
4.1 IC 8038的工作原理
采用8038集成电路，它的内部结构和外观图如下面图一和图二所示：
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图3-1 ICL8038内部原理电路框图
图3-2 8038管脚图
管脚说明：1. 正弦波线性调节；2. 正弦波输出；3. 三角波输出；4. 恒流源调节；5. 恒流源调节；6. 正电源；7. 调频偏置电压；8. 调频控制输入端；9. 方波输出（集电极开路输出）；10. 外接电容；11. 负电源或接地；12.正弦波线性调节；13、14. 空脚。
在图一中，由手册和有关资料可看出，IC8038由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2和触发器①等组成。电压比较器C1、C2的门限电压分别为2VR/3和VR/3（ 其中VR=VCC+VEE），电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且I2必须大于I1。当触发器
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