1、压控振荡型精密波形发生器 引言 单片集成电路 ICL 8038 波形发生器联结少量外部元件就能够产生高精度正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波。选择不同的外部电阻或电容可得到0.001HZ 到 300HZ 内的任何频率的信号，频率调制和扫描可由一个外接电压来完成。 ICL 8038 内部采用肖特基势垒二极管和薄膜电阻，使用先进的单片集成技术制造，所以输出信号可以在很大的温度范围和电源变化内保持稳定。它可以与锁相环共同使用，使温度漂移低于 250ppm/ 。 应用信息 外接定时电容 C 的充放电受可控电流源控制，电流源 #2 由触发电路控制其与电容 C 的通路的打开与关闭，而电流源 #1 则一直
2、与电容 C 连通着。假设一开始触发电路使电流源 #2 与电容 C 断开，外接电容由电流源 #1 进行充电，充电电流为 I，电容两边的电压将随时间线性上升。当电压到达比较电路的参考电平 (一般设置为电源电压的三分之一 )触发电路被触发而改 变其状态，使电流源 #2 与电容 C 接通。电流源 #2 的电流一般设为 2I,因此外接电容 C 以初电流 I 进行放电，其两端电压随时间线性下降。当电压下降到比较电路 #2 的参考电平时，触发电路再次翻转，使电流源 #2 与电容 C 的通路断开，从而结束此次电容电压上升和下降的过程，然后开始一个新的循环。 从这个基本发生器电路中可同时直接得到四种波形。当电流
3、源 #1 和 #2 的电流分别设置在 I 和 2I 时，外接电容 C 的充电时间和放电时间是一样的。因此电容 C 两端产生一个三角波，触发电路产生一个三角波，触发电路产生一个方波，两种波形送到缓冲电路分别从引脚 (3)和引脚 (9)输出。 通过改变两个外部电阻的阻值，可以使电流源的电平发生变化。当两个电流源的电流值分别偏离 I 和 2I 时，将产生非对称的锯齿波从引脚 (3)输出同时脉冲波的占空比也可以相应地由 1%变为 99%由引脚 (9)输出。将三角波送到正弦波转换电路可产生正弦波。该网络有一个随三角波的电压趋向其极值点而逐渐下降的分流电阻。 波形设定 所有这些波形都可以通过两个外接电阻元
4、件来设定。电路连接方式有两种如图 3。保持可调电 阻 Ra 和 Rb 分立，可以得到较好的波形输出。 Ra 控制着三角波的上升段、正弦波的上升段和方波的高电平状态。三角波的幅度设置为电源电压的 1/3，因此三角波的上升时间为三角波、正弦波的下降部分及方波的低电平部分的时间。 当 Ra=Rb 时，占空比为 50%。如果占空比只在 50%左右的一个很小的范围内变化，那么图 3B 中的线路连接方法较方便一点。 1k 的可变电阻器不能使得占空比满足 50%。 2k 或 5k 的电阻器可以使得占空比满足 50%。对于两个分开的可调电阻 尽管没有电压在内部触发电路中被调节，其时间和输出波形频率均与电源电压
5、无关。这是由于输入的电压信号与其电源呈线性函数关系。 减小失真 为了减小正弦波的失真，接在引脚 (11)与 (12)之间的电阻最好是可调的。通过细调这一电阻，可使正弦波失真小于 1%。如果还要减小失真，可以用两个电位器连接成如图 4 所示方式，这样的线路可通过调节使失真率减小到 0.5%。 Ra、 Rb 和电容 C 的选择 对于任一给定的输出频率，可以有很多种满足这一频率要求的 RC 组合，但是，最佳工作状态对充放电电流的要求又为这些组合提出了一定的限制条件。放电 电流大小，电路中的漏电流在高温时将带来显著的误差。因此电流不能小于1uA；充电电流太大，晶体管的 值和饱和电压将随着电流的增加而增
6、加带来误差。最佳工作范围为 10uA-1mA。如果引脚 (7)和 (8)短接，根据 Ra 的取值可以计算出I 的取值： Rb 用相似的方法可求得。电容 C 应该取允许值的上限。 电源和输出电平控制 波形信号发生器既可以接电压为 10V 到 30V 范围的单电源，又可接 5V 到15V 的双电源。接单电源时，输出三角波和正弦波的平均线的电平正好是电源电压的一半，输出波形在电源电压与地之间交替变化，接电压对称 的双电源时，所有输出波形都以地对称摆动。 当输出方波时，其幅度不是限制死的。一个负载电阻可以接到任一电源上，只有此电源的输出电压小于波形信号发生器的击穿电压 (30V)。用这种方式，当波形信
7、号发生器本身接高压电源时，用负载电阻接 +5V 电源，就可以使 ICL8038的输出方波与 TTL 电路兼容。 调频和扫频 波形发生器的频率是其引脚 (8)出的直流电压的线性函数。改变引脚 (8)处的电压就可以对 ICL8038 的输出频率进行调制。对于频率 10%的改变，可以采用如图 5A 所示的接法，调制信号通过一个隔直电容加在引脚 (8)上。引脚 (7)与 (8)之间的电阻不是必须的，但它可以将输入阻抗从 8k 增加到 R+8k。 对于大范围的频率改变或扫频，可采用如图 5B 所示接法，调制电压加在正电源与引脚 (8)之间。在这种方式下，整个电流源的偏置由调制信号提供，可以产生非常大的频
8、率扫描范围。但在这种连接方式下，选择电源时必须注意到：此时电流源的充放电电流不再只是电源电压的函数，因此输出频率与电源电压有关。引脚 (8)处的点位从 V+变化到 (1/3Vsup-2V)。 典型应用 输出的正弦波有一个相当高的输入阻抗。图 6 的线路提供了缓冲及幅度调节作用。一个简单的放大装置可以被使用。 ICL8038 极性电源工作，通过一个场效应管开关的通断使 ICL8038 引脚 (10)的定时电容 C 短路停止 ICL8038 的振荡。图 7 所示一个 FET 选择，有一个二极管相连的选通信号输入端允许输出与它有相同的倾斜。 为了获得 1000： 1 的输出频率范围，要求 ICL80
9、38 的外接电阻 Ra 和 Rb 上的电压减小接近于零。这要求引脚 (8)的控制电压比 Ra 或 Rb 上的峰值电压高几百毫伏。图 8 用二极管来降低有效电源电压。接于引脚 (5)的大电阻电压变化对输出波形占空比的影 响。 通过使用一个放大器使得输出频率与输入扫描电压的线性关系有显著提高。 与锁相环结合的应用 由于 ICL8O38 县有高度的频率稳定性，使其成为用于锁相环系统中的理想积木式元件，其与相位检测器及放大器共同使用将更增加其性能。 图 10 给出了这种应用的原理图，为了使这些模块相互匹配，两个不同的电源电压应该被使用，图 10ICL8038 的方波输出又返回到相位检测器的输入来确保相位检测器的输入电压不超过相位检测器的电源电压，这里应提醒注意的是如果相位检测器需要的 Vco IN 信号较小，则可通过电阻分压的办法来解决。 再之运算放大器的输入电平应与 ICL8038 的频率调制输入相匹配 (引脚(3)0 8V)，图 10 中 R 及 C 构成低通滤波环节，其用来滤掉高频干扰的影响，该电路既可实现低温度漂移的线性频率输出，而且还可确保输出正弦波的相位与输入波形完全相同。
