第5章集成信号发生器.ppt

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1、2023年11月15日星期三1第第5章章 集成信号发生器集成信号发生器 5.1 模拟集成函数发生器模拟集成函数发生器 5.2 直接数字频率合成技术直接数字频率合成技术 5.3 基于基于FPGA的的DDS任意波形发生器任意波形发生器2023年11月15日星期三25.1 模拟集成函数发生器模拟集成函数发生器5.1.1 由集成运放构成的方波和三角波发生器由集成运放构成的方波和三角波发生器5.1.2 由由ICL8038构成的集成函数发生器构成的集成函数发生器5.1.3 由由MAX038构成的集成函数发生器构成的集成函数发生器2023年11月15日星期三35.1.1 由集成运放构成的方波和三角波发生器由

2、集成运放构成的方波和三角波发生器第一级第一级A1组成迟滞电压比较器，输出电压组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为为对称的方波信号。对称的方波信号。图图5-1-1 方波和方波和三角波发生器三角波发生器第二级第二级A2组成积分器，输出电压组成积分器，输出电压uo为三角波信号。为三角波信号。2023年11月15日星期三4 设稳压值为设稳压值为UZ，则比较器输出的高，则比较器输出的高电平为电平为+UZ，低电平为，低电平为-UZ。12o1o1212RRuuuRRRR12Zo1212()RRUuRRRR 工作原理工作原理由图可得由图可得A1同相端的电压为同相端的电压为2023年11月15日星期三5则可求得

3、电压比较器翻则可求得电压比较器翻转时的转时的上门限电位为上门限电位为Z21mHURRE门限宽度为门限宽度为mLmHmEEE 由于此电压比较器的由于此电压比较器的 u 0，令令 u 0Z212URR 下门限电位为下门限电位为 Z21mLURRE2023年11月15日星期三6当当t=0时，时，Z21mLo)0(URREu 1o1mHZ2()Ru tEURZ11Z412nURtUR CR反相积分器的反相积分器的输出电压为输出电压为mL0Z14o)d(1)(EtnUCRtut当当t=t1时，时，方波和三角波的方波和三角波的周期为周期为 21411222nRCRRtT 2023年11月15日星期三7方波

4、和三角波的方波和三角波的频率为频率为14124T1CRRnRf改变改变UZ可改变输出电压可改变输出电压uo1、uo的幅度；的幅度；改变改变（R1/R2）的比值可的比值可改变周期或频率，同时改变周期或频率，同时影响三角波输出电压的影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输幅度，但不影响方波输出电压的幅度；出电压的幅度；改变改变n和和R4C1可改变频可改变频率，不影响输出电压率，不影响输出电压幅度。幅度。2023年11月15日星期三8图图5-1-2 方波和三方波和三角波的输出波形角波的输出波形 Z21mLURRE Z21mHURRE 2023年11月15日星期三91.ICL8038的性能特点和主要参

5、数的性能特点和主要参数5.1.2 由由ICL8038构成的集成函数发生器构成的集成函数发生器 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，是精密波形产生与压控振荡器，是一是一块单片多种信号发生器块单片多种信号发生器IC，它能，它能同时产生正弦同时产生正弦波、方波、三角波，波、方波、三角波，是一种性能价格比高的多是一种性能价格比高的多功能波形发生器功能波形发生器IC。因为因为ICL8038信号发生器是单片信号发生器是单片IC，所以制作，所以制作和调试均较简单、方便，也较为实用、可靠，和调试均较简单、方便，也较为实用、可靠，人们常称其为实用信号发生器。人们常称其为实用信号发生器。2023年11月15

6、日星期三10ICL8038具有以下主要参数和主要特点具有以下主要参数和主要特点工作频率范围：工作频率范围：0.001Hz500kHz。波形失真度：不大于波形失真度：不大于0.5。同时有三种波形输出：正弦波、方波、三角波。同时有三种波形输出：正弦波、方波、三角波。单电源为单电源为+10V+30V，双电源为，双电源为5V15V。足够低的频率温漂：最大值为足够低的频率温漂：最大值为5010-6/C。改变外接改变外接R、C值，可改变输出信号频率范围。值，可改变输出信号频率范围。外接电压可调制或控制输出信号频率和占空比。外接电压可调制或控制输出信号频率和占空比。使用简单，外接元件少。使用简单，外接元件少

7、。2023年11月15日星期三112.ICL8038的内部结构和引脚排列的内部结构和引脚排列图图5-1-4 ICL8038的的 引脚排列图引脚排列图图图5-1-3 ICL8038的内部结构图的内部结构图2023年11月15日星期三12ICL8038的引脚及其功能如下：的引脚及其功能如下：1脚脚SINADJ1、12脚脚SINADJ2：正弦波波形调整端。正弦波波形调整端。通常通常SINADJ1开路或接直流电压，开路或接直流电压，SINADJ2接电阻接电阻REXT到到V-，用以改善正弦输出波形和减小失真。，用以改善正弦输出波形和减小失真。图图5-1-5 正弦波失真度调节电路一正弦波失真度调节电路一调

8、节调节100k 电位器电位器RP，可以将正弦波的失真度可以将正弦波的失真度减小到减小到1。2023年11月15日星期三13图图5-1-6 正弦波失真调节电路二正弦波失真调节电路二 当要求获得接近当要求获得接近0.5失真度的正弦波失真度的正弦波时，在时，在6脚和脚和11脚之间脚之间接两个接两个100k 电位器电位器RP1、RP2。2023年11月15日星期三14图图5-1-7 占空比占空比/频率调节电路一频率调节电路一2脚：脚：SINOUT，正，正弦波输出。振幅为弦波输出。振幅为Usin=0.22VS3脚脚TRIOUT：三角波三角波输出，幅度为输出，幅度为0.33VS。4脚脚DFADJ1、5脚脚

9、DFADJ2：输出信输出信号重复频率和占空号重复频率和占空比调节端。比调节端。通常通常DFADJ1端接电阻端接电阻RA到到V+，DFADJ2端接电阻端接电阻RB到到V+，改变阻值可，改变阻值可调节调节频率与占空比。频率与占空比。2023年11月15日星期三15图图5-1-8 占空比占空比/频率调节电路二频率调节电路二此电路可以此电路可以独立地独立地调节输出波形的上调节输出波形的上升和下降部分。升和下降部分。调节调节RP1时，时，可控制可控制三角波上升部分、正三角波上升部分、正弦波弦波270至至90部分、部分、方波的高电平部分。方波的高电平部分。调节调节RP2时，时，则可调节输出波形的另外一半。

10、则可调节输出波形的另外一半。调节时相互有影响，需反复调节几次。调节时相互有影响，需反复调节几次。2023年11月15日星期三16输出波形频率输出波形频率RP2RP1RP21R2RR1R66.11CfRP6脚：脚：V+，正电源。，正电源。7脚：脚：FMBIAS，调频频偏。，调频频偏。8脚：脚：FMIN，调频电压输入端。，调频电压输入端。9脚：脚：SQOUT，方波输出。，方波输出。10脚：脚：定时电容端。定时电容端。11脚：脚：V-，负电源端或接地。，负电源端或接地。13脚、脚、14脚：脚：NC，空脚。，空脚。2023年11月15日星期三17图图5-1-9 由由8038构成的多功能信号发生器构成的

11、多功能信号发生器3.ICL8038的应用电路的应用电路2023年11月15日星期三18图图5-1-10 由由ICL 8038构成的线性压控器电路构成的线性压控器电路2023年11月15日星期三19图图5-1-11 由由8038构成的可编程函数发生器构成的可编程函数发生器2023年11月15日星期三205.1.3 由由MAX038构成的集成函数发生器构成的集成函数发生器 MAX038是一种单片是一种单片高精度高频函数发生器，高精度高频函数发生器，输输出信号频率范围是出信号频率范围是0.1Hz20MHz，最高达最高达40MHz。用用MAX038构成的电路可产生构成的电路可产生高频的正弦波、矩形高频

12、的正弦波、矩形波、三角波，波、三角波，输出波形具有较好高频特性。输出波形具有较好高频特性。1.MAX038的内部结构和引脚功能的内部结构和引脚功能 由振荡器、振荡频率控制器、由振荡器、振荡频率控制器、2.50V基准电压基准电压源、正弦波合成器、电压比较器、相位比较器、源、正弦波合成器、电压比较器、相位比较器、多路模拟开关和放大器等部分组成。多路模拟开关和放大器等部分组成。2023年11月15日星期三21图图5-1-12 MAX038的内部结构图的内部结构图图图5-1-13 MAX038 的引脚排列的引脚排列 2023年11月15日星期三22MAX038的引脚及其功能的引脚及其功能 1脚：脚：R

13、EF，参考电源。，参考电源。2脚、脚、6脚、脚、9脚、脚、11脚、脚、18脚：脚：GND，模拟地。，模拟地。3脚：脚：AO，波形设定端，见表，波形设定端，见表5-1-1。4脚：脚：AI，波形设定端，见表，波形设定端，见表5-1-1。5脚：脚：COSC，外接振荡电容端。，外接振荡电容端。表表5-1-1 输出波形设置方法输出波形设置方法AOAI波形波形1正弦波正弦波00矩形波矩形波10三角波三角波2023年11月15日星期三23 8脚：脚：FADJ，频率调节端。，频率调节端。10脚：脚：IIN，振荡频率控制器的电流输入端。，振荡频率控制器的电流输入端。12脚：脚：PDO，相位比较器的输出端。，相位

14、比较器的输出端。13脚：脚：PDI，相位比较器的输入端。，相位比较器的输入端。16脚：脚：DV+，数字电路的，数字电路的+5V电源端。电源端。14脚：脚：SYNC，同步输出端。，同步输出端。15脚：脚：DGND，数字地端。，数字地端。17脚：脚：V+，正电源端。，正电源端。19脚：脚：OUT，波形输出端。，波形输出端。20脚：脚：V-，负电源端。，负电源端。7脚：脚：DADJ，占空比调节端。，占空比调节端。2023年11月15日星期三242.MAX038的应用电路的应用电路 图图5-1-14 MAX038的应用电路的应用电路19脚是波形输出端。脚是波形输出端。利用恒定电流向利用恒定电流向CF充

15、电和放电，形成充电和放电，形成振荡，产生三角波振荡，产生三角波和矩形波。和矩形波。RP1的作用是调节的作用是调节振荡频率。振荡频率。RP2是调节占空比。是调节占空比。2023年11月15日星期三25图图5-1-15 5Hz5MHz函数发生器函数发生器2023年11月15日星期三26 此此电路特点电路特点是外围元件少，功能多，可调元件是外围元件少，功能多，可调元件少，工作稳定可靠。少，工作稳定可靠。电路可根据需要从方波、正弦波和三角波中任选。电路可根据需要从方波、正弦波和三角波中任选。MAX038专用函数发生器，通过专用函数发生器，通过电流输入端电流输入端IIN的的大小设定振荡频率，用电阻把基准

16、电压变换成电流，大小设定振荡频率，用电阻把基准电压变换成电流，用流经用流经FADJ端的电流微调频率。端的电流微调频率。C1C6是定时电容，是定时电容，RP1电位器是用于设定频率。电位器是用于设定频率。5MHz属于高频信号，为了减小连线分布电容对工属于高频信号，为了减小连线分布电容对工作电容的影响，增加了一个作电容的影响，增加了一个50pF的的CTC半可变电容半可变电容与与75pF工作电容并联，以对高频进行校准。工作电容并联，以对高频进行校准。2023年11月15日星期三275.2 直接数字频率合成技术直接数字频率合成技术5.2.1 DDS的基本原理的基本原理 5.2.2 DDS的基本参数计算公式的基本参数计算公式 5.2.3 DDS各部分的具体参数各部分的具体参数 5.2.4 DDS芯片芯片AD9852 5.2.5 由由AD9852构成的信号发生器构成的信号发生器 2023年11月15日星期三285.2.1 DDS的基本原理的基本原理 频率合成技术包括传统的直接频率合成频率合成技术包括传统的直接频率合成(DS)、锁相环间接频率合成锁相环间接频率合成(PLL)和直接数字频率合和直接数字频