函数信号发生器的调试

实验一　函数信号发生器的调试

一、实验目的

1．了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点。

2．会用示波器测量波形的各种参数。

3．掌握正弦波失真调节、频率调节和幅度调节的方法。

二、实验仪器

1．双踪示波器

2．频率计

三、实验原理

1．ICL8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图5－3所示。它由恒流源I₁和I₂、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。外接电容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B的阈值分别为电源电压（指U_CC＋U_EE）的2／3和1／3。恒流源I₁和I₂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U_C随时间线性上升，当U_C达到电源电压的2／3时，电压比较器A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），恒流源I₂将电流2I₁加到C上反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压U_C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B的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源I₂断开，I₁再给C充电，……如此周而复始，产生振荡。若调整电路，使I₂＝2I₁，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方波信号。C上的电压U_C，上升与下降时间相等，为三角波，经电压跟随器从管脚③输出三角波信号。将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚②输出，而尖端存在一点失真。

图5－2　函数信号发生器

图5－3　ICL8038原理框图

2．ICL8038管脚功能图

图5－4　ICL8038管脚图

四、实验内容

PTP₇和PTP₈用作扩展外接电容用，电容越小，频率越大，PS₁、PS₂、PS₃对应值为1 000P、0．01μF、0．1μF。

1．连线

参考实验原理图5－2，对照实验箱集成函数信号发生器实际电路部分，连接好跳线PS3，正确连接电路电源线＋12V和－12V（从电源部分±12V插孔用连接线接入，千万不要接反，否则损坏集成芯片），打开直流开关通电。

2．测试信号源的输出范围

连接好跳线PS₄，用示波器观察OUT为方波波形，调节电位器PRW₂，测出方波的占空比（单位周期内高电平所占整个周期的比例）范围情况，调节电位器PRW₁，测出方波的频率（示波器在扫描速率为1ms挡的情况下，一个周期的方波占一个格子为1kHz，也可用频率计直接测出）范围情况；调节电位器PRW₅，测出方波的幅值（峰峰值）范围情况，并都列表记录之。

3．调节观察波形

连接好跳线PS₄，调节电位器PRW₂，使方波的占空比为50%；调节电位器PRW₁，使方波的频率为1kHz；调节电位器PRW₅，使方波的幅值为5V（峰峰值），把PS₄换为PS₅，用示波器观察OUT为三角波波形，调节电位器PRW₁，测出三角波的频率范围情况，调节电位器PRW₅，测出三角波的幅值（峰峰值）范围情况，并都列表记录之。另外调节电位器PRW₂，观察三角波变为锯齿波（占空比不为50%）的情况。

4．调节正弦波波形

连接好跳线PS₄，调节电位器PRW₂，使方波的占空比为50%；调节电位器PRW₁，使方波的频率为1kHz；调节电位器PRW₅，使方波的幅值为5V（峰峰值），把PS₄换为PS₆，用示波器观察OUT为正弦波波形，若有明显失真，反复调节PRW₃、PRW₄，使正弦波无明显的失真（一旦调好就不要再动PRW₃、PRW₄），调节电位器PRW₁，测出正弦波的频率范围情况，调节电位器PRW₅，测出正弦波的幅值（峰峰值）范围情况，并都列表记录之。

5．在断开电源情况下，分别取PS₁和PS₂连接，重复上述步骤。

PS₁、PS₂、PS₃相对应的电容值越小，输出频率越大，且不同的电容所对的频率段不同，每个频率段所包括的频率范围不同，故上述所有步骤所给的1kHz的频率值不是很恰当，仅作为实验参考值。测量各种波形的频率、占空比、幅度要保证波形不是很明显失真，且在有效范围内，如调节PRW₅阻值很小时，无论怎么调节PRW₁、PRW₂、PRW₃、PRW₄电位器仍无法有波形出现。原理图中还有一个一级无源低通滤波电路，PTP₃插孔处可以引入电容，通过并入电容改变截止频率，此滤波电路可以对正弦波起一定的滤波作用（由于无源滤波电路存在负载效应，效果不是很好，此引入滤波电路，抛砖引玉，具体滤波器的设计参考后续实验内容），有兴趣的同学可以接入调试一下，不做要求，方法：断开PS₄、PS₅、PS₆的连接，接入PS₇、PS₈，调节一个无明显失真的正弦波即可。

注：（1）此实验是为了让学生了解波形相关参数及熟悉调节方法，此信号源可作为定性分析实验的信号源用，但做实验时采用外置信号源。

（2）通电规则：先连接好实验电路后，再加电源，在改接电路时要先断开电源再接线然后加电，在做完每个小实验应先关电源撤掉连线然后整理好连线。