Departamento: Ingeniería Electrónica Especialidad: Tecnología Electrónica Aplicada Clase: 07 Nombre: Li Xianchun
Resumen
El sistema utiliza ICL8038 The El bloque integrado se utiliza como dispositivo central para crear un generador de señales de función y el costo de fabricación es bajo. Adecuado para estudiantes que aprenden medición de tecnología electrónica. ICL8038 es un circuito integrado de oscilación de precisión con múltiples salidas de forma de onda. Sólo unos pocos componentes externos pueden generar ondas sinusoidales, ondas triangulares, ondas rectangulares y otras señales de pulso de baja distorsión de 0,001 Hz ~ 30 kHz ~ 30 kHz. La frecuencia y el ciclo de trabajo de la forma de onda de salida también se pueden controlar mediante corriente o resistencia. Además, dado que el chip tiene una entrada de señal de modulación, se puede utilizar para la modulación de frecuencia de señales de baja frecuencia.
ICL8038, formas de onda, esquemas, conexiones comunes
1. Descripción general
En ingeniería electrónica, ingeniería de comunicaciones, control automático, control de telemetría, instrumentos de medición, instrumentos varios. Los generadores de formas de onda de señal se utilizan a menudo en computadoras y computadoras. Con el rápido desarrollo de los circuitos integrados, se pueden construir fácilmente varios generadores de formas de onda de señal utilizando circuitos integrados. En comparación con otros generadores de formas de onda de señal, el generador de forma de onda de señal implementado con circuitos integrados ha mejorado enormemente en calidad de forma de onda, amplitud y estabilidad de frecuencia.
2. Demostración y comparación del esquema
2.1 Análisis de la función del sistema
El tema central de este diseño es el control de la señal, incluida la frecuencia de la señal, el tipo de señal y la intensidad de la señal. control. Durante el proceso de diseño, consideramos exhaustivamente las siguientes tres opciones de implementación:
2.2? Método del proyecto
Opción 1: utilizar un sintetizador de frecuencia directa tradicional. Este método puede lograr una conversión de frecuencia rápida, un ruido de fase bajo y la frecuencia de funcionamiento más alta entre todos los métodos. Sin embargo, debido al uso de una gran cantidad de enlaces de multiplicación de frecuencia, división de frecuencia, mezcla de frecuencia y filtrado, el sintetizador de frecuencia directo tiene una estructura compleja, tamaño voluminoso, alto costo y es propenso a producir demasiados componentes espurios, lo que lo hace Es difícil lograr una alta pureza espectral.
Opción 2: Utilizar un sintetizador de frecuencia de bucle bloqueado en fase. Se utiliza un bucle de bloqueo de fase para bloquear la frecuencia de salida del oscilador controlado por voltaje a la frecuencia requerida. Este sintetizador de frecuencia tiene buenas características de seguimiento de banda estrecha, puede seleccionar bien la señal de frecuencia requerida, suprimir componentes espurios, evitar filtros de cuantificación y favorece la integración y miniaturización. Sin embargo, dado que el PLL en sí es un enlace inerte y tiene un tiempo de bloqueo prolongado, el tiempo de conversión de frecuencia es largo. Además, se cree que la amplitud, la frecuencia y otros parámetros de la onda sinusoidal sintetizada mediante el método de simulación son difíciles de controlar.
Opción 3: Utilice el generador de funciones de control de voltaje del microcontrolador 8038. El 8038 puede generar ondas sinusoidales, ondas cuadradas y ondas triangulares al mismo tiempo. Cambiar el voltaje de modulación del 8038 puede lograr un ajuste de control numérico y su rango de oscilación es de 0,001 Hz ~ 300 kHz.
3. Análisis y principio de funcionamiento del sistema
3.1 y aplicación de ICL8038
ICL8038 es un oscilador controlado por voltaje y de generación de formas de onda de precisión. Sus características básicas son: puede generar y emitir ondas sinusoidales, ondas triangulares, ondas en diente de sierra, ondas cuadradas y ondas de pulso al mismo tiempo; puede cambiar la resistencia y capacitancia externas, y el rango de frecuencia de la señal de salida puede ser de 0,001 hz ~ 300 kHz; la distorsión de salida de la señal sinusoidal es 65438 ± 0; la linealidad de la salida de onda triangular es inferior a 0,1; el ciclo de trabajo varía de 2 a 98; el voltaje externo puede modular o controlar la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de salida (asimétrico); la estabilidad de temperatura de la frecuencia (valor típico) es 120 * 10-6 (ICL 8038 acjd) ~ 250 * 10-6 (ICL 8038 ccpd); en términos de fuente de alimentación, fuente de alimentación única (V): 10 ~ 30 V; fuente de alimentación dual (V) (V-): 5V ~ 15V. La Figura 1-2 es el diagrama de disposición de pines y la Figura 1-2 es el diagrama de bloques funcionales. 8038 está empaquetado en DIP-14PIN y las funciones del pin se muestran en la Tabla 1-1.
3.2.Introducción al diagrama de bloques interno de ICL8038
La estructura del circuito del generador de funciones ICL8038 se muestra en el cuadro de puntos (Figura 1-1) y consta de cinco partes. Las corrientes de las dos fuentes de corriente son IS1 e IS2 respectivamente, IS1 = I e IS2 = 2I; los voltajes umbral de los dos comparadores de voltaje I y II son suma respectivamente, su voltaje de entrada es igual al voltaje uC en el capacitor, y sus voltajes de salida se controlan respectivamente. El terminal S y el terminal RS del biestable RS; la salida de estado Q del biestable RS se usa para controlar el interruptor S para cargar y descargar las corrientes de carga Is1 e Is2; están determinados por resistencias externas. Cuando Is1 = Is2, la salida es una onda triangular; de lo contrario, es una onda rectangular. Se utilizan dos amplificadores buffer para aislar el circuito de generación de forma de onda de la carga, de modo que la resistencia de salida de los terminales de salida de onda triangular y de onda rectangular sea lo suficientemente baja para mejorar la capacidad de carga que se utiliza para obtener el circuito de onda triangular a onda sinusoidal; voltaje de onda sinusoidal.
3.3.Principio de funcionamiento del diagrama de bloques interno
★Cuando se enciende el generador de funciones ICL8038, el voltaje del capacitor C es 0 V. Según las características de transmisión de voltaje de el comparador de voltaje, el comparador de voltaje I y II tienen voltajes de salida más bajos. Por lo tanto, la salida q del flip-flop RS es 0;
★Abra el interruptor S, la fuente de corriente es 1 para cargar el condensador y la corriente de carga es
IS1. =I
Debido a que la corriente de carga es constante, el voltaje uC en el capacitor aumenta linealmente con el tiempo.
★Al subir a VCC/3, la salida del comparador de voltaje II es de nivel alto. En este momento, cuando S=0 del flip-flop RS, la suma Q permanece sin cambios.
★Cuando aumenta a 2VCC/3, el voltaje de salida del comparador de voltaje I salta a un nivel alto. En este momento, cuando el flip-flop RS está configurado y Q = 1, el interruptor S se cierra y el condensador C comienza a descargarse. La corriente de descarga es IS2-IS1 = I. Dado que la corriente de descarga es constante, el voltaje uC en el capacitor disminuye linealmente con el tiempo.
Al principio, aunque la caída de uC provocó que el terminal S activado por RS saltara del nivel alto al nivel bajo, su salida se mantuvo sin cambios.
★Hasta que uC cae a VCC/3, el voltaje de salida del comparador de voltaje II salta a un nivel bajo. En este momento, Q=0, lo que hace que el interruptor S se apague y el condensador C comience a cargarse nuevamente. Al repetir el proceso anterior, el circuito genera una autooscilación.
Debido a que la corriente de carga es igual a la corriente de descarga, el voltaje en el capacitor es una onda triangular y la suma Q es una onda cuadrada, que sale del amplificador buffer. El voltaje de onda triangular emite el voltaje de onda sinusoidal a través del circuito de onda triangular a onda sinusoidal.
Conclusión: Al cambiar la corriente de carga y descarga del condensador, se pueden generar ondas rectangulares y ondas de diente de sierra con ciclo de trabajo ajustable. Sin embargo, cuando la salida no es una onda cuadrada, la salida no obtiene una onda sinusoidal.
3.4. Principio de funcionamiento del circuito del esquema (ver Figura 1-7)
Cuando el condensador externo C se puede cargar y descargar a través de dos fuentes de corriente constante, los umbrales de voltaje Los comparadores I y II son 2/3 y 1/3 de la tensión de alimentación total (Vcc y -VEE) respectivamente. Los tamaños de las fuentes de corriente constante I2 e I1 se pueden ajustar mediante resistencias externas, pero I2 debe ser mayor que I1. Cuando la salida del flip-flop es baja, la fuente de corriente constante I2 se apaga, la fuente de corriente constante I1 carga C y el voltaje UC a través de ella aumenta linealmente con el tiempo. Cuando alcanza 2/3 del voltaje de la fuente de alimentación, el voltaje de salida del comparador de voltaje I salta, lo que hace que la salida del flip-flop cambie de nivel bajo a nivel alto, y la fuente de corriente constante I2 se enciende, porque I2 > I1 (asumiendo I2= 2I1). Cuando cae a 1/3 del voltaje de la fuente de alimentación, el voltaje de salida del comparador de voltaje II salta, lo que hace que el flip-flop emita una onda cuadrada. La señal de onda cuadrada sale del pin 9 a través del búfer inversor. El voltaje UC en C tiene el mismo tiempo de subida y bajada (onda triangular), y la señal de onda triangular sale desde el pin 3 a través del seguidor de voltaje. La conversión de una onda triangular en una onda sinusoidal se logra mediante una red no lineal (convertidor de onda sinusoidal). En esta red no lineal, cuando los dos extremos de la onda triangular se convierten en una onda sinusoidal suave, la salida proviene de dos pines.
Entre ellos, K1 es el interruptor de selección de banda de frecuencia de salida, K2 es el interruptor de selección de señal de salida, el potenciómetro W1 es el potenciómetro de ajuste fino de frecuencia de salida, el potenciómetro W2 ajusta el ciclo de trabajo de onda cuadrada y los potenciómetros W3 y W4 ajustan la distorsión no lineal.
Figura 1-1
3.5. Las características de transferencia de voltaje de los dos comparadores de voltaje se muestran en la Figura 1-4.
Figura 1-4
3.6. Conexión común
Como se muestra en la Figura (1-2), se muestra el diagrama de pines de ICL8038, de los cuales el pin 8 es Terminal de entrada de voltaje de modulación de frecuencia (FM), la frecuencia de oscilación del circuito es proporcional al voltaje de FM. El pin 7 genera el voltaje de polarización de FM, que es la diferencia entre el pin 7 y la fuente de alimentación VCC, que se puede utilizar como voltaje de entrada del pin 8.
Como se muestra en la Figura (1-5), hay dos conexiones básicas comunes para ICL8038. La salida de onda cuadrada es de colector abierto y requiere una resistencia externa R1 a VCC. En el circuito que se muestra en la Figura (a), RA y RB se pueden ajustar de forma independiente. En el circuito que se muestra en la Figura (b), los valores de RA y RB se ajustan cambiando la posición deslizante del potenciómetro RW.
Figura 1-5
Cuando RA=RB, las formas de onda de cada terminal de salida son como se muestra en la Figura (a) a continuación. El ciclo de trabajo de la onda rectangular es 50, por lo que. es una onda cuadrada. Cuando RA≠RB, la onda rectangular ya no es una onda cuadrada y la salida del pin 2 ya no es una onda sinusoidal. La figura (b) muestra el diagrama de forma de onda de cada terminal de salida cuando el ciclo de trabajo de la onda rectangular es 15. Según el circuito interno y la resistencia externa de ICL8038, la expresión del ciclo de trabajo se puede derivar de la siguiente manera
Por lo tanto, ra < 2RB.
Para reducir aún más la distorsión de la onda sinusoidal, puede utilizar el circuito que se muestra en la Figura (1-6). La resistencia de 20K y el potenciómetro RW2 se utilizan para determinar el voltaje CC V8 de los 8 pines, generalmente V8≥2/3Vcc. Cuanto mayor sea V8, cuanto más pequeños sean Ia y Ib, menor será la frecuencia de salida y viceversa. El rango de frecuencia ajustable del RW2 es 20 Hz y 20 kHz. V8 también puede proporcionar un potencial fijo desde 7 pines. En este momento, la frecuencia de salida f0 solo está determinada por Ra, Rb y la capacitancia del pin 10. Cuando Vcc se alimenta con dos pares de fuentes de alimentación, el nivel de CC de la forma de onda de salida es cero, y cuando se alimenta con un par de fuentes de alimentación, el nivel de CC de la forma de onda de salida es Vcc/2. Un circuito que consta de dos potenciómetros de 100 kΩ y dos resistencias de 10 kΩ puede reducir la distorsión de la onda sinusoidal a 0,5 ajustándolos. Con RA y RB sin cambios, ajustar RW2 puede hacer que la relación de las frecuencias de oscilación máxima y mínima del circuito alcance 100:1. El voltaje de entrada se aplica directamente entre el pin 8 y el pin 6 para ajustar la frecuencia de oscilación. La diferencia entre la frecuencia más alta y la frecuencia más baja puede alcanzar 1000:1.
3.7.Análisis de línea real
Se puede agregar un amplificador operacional de doble canal LF35 al extremo de salida para amplificación de forma de onda y conversión de impedancia. Dependiendo de los componentes del circuito seleccionados, el rango de frecuencia de salida de este circuito es de aproximadamente 10 Hz ~ 20 Hz. Rango de modulación de amplitud: onda sinusoidal 0 ~ 12 V, onda triangular 0 ~ 20 V, onda cuadrada 0 ~ 24 V. Para obtener frecuencias más altas, también se puede cambiar el valor del tercer condensador.
Figura 1-6
Tabla 1-1 Función del pin ISL8038
Energía de trabajo del símbolo del pin
1, 12 SINADJ1, SINADJ2 finaliza el ajuste de la forma de onda sinusoidal. Normalmente SINADJ1 está en circuito abierto o conectado a voltaje CC.
SINADJ2 está conectado con la resistencia REXT a V- para mejorar la forma de onda sinusoidal y reducir la distorsión.
Salida de onda sinusoidal 2 SINOUT
Salida de onda triangular de 3 salidas
Ajuste de frecuencia de repetición de señal de salida y ciclo de trabajo (o asimetría de forma de onda) 4, 5 dfadj1, DFADJ2 está completo. En términos generales, DFADJ1 termina con una resistencia ra a V y DFADJ2 termina con una resistencia RB a V. Cambiar las resistencias ajusta la frecuencia y el ciclo de trabajo.
Fuente de alimentación positiva de 6 V
7 Voltaje de polarización CC para operación de modulación de frecuencia FMBIAS
8 Terminal de entrada de voltaje FMIN FM
9 SQOUT Salida de onda cuadrada
El condensador externo de 10 C está conectado al terminal V para ajustar la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de salida.
Terminal de alimentación de 11 V negativo o tierra
13, 14 pies vacíos CNC
Cuarto, haz la placa de circuito impreso
Primero Realiza la placa de circuito impreso según el dibujo, teniendo cuidado de no tener cables rotos o cortocircuitos. Luego, suelde los componentes de acuerdo con el esquema y los componentes de la PCB. Puede organizar los componentes en el panel según sus propios hábitos y seguir principios razonables, minimizar la longitud de los cables de conexión y mantener el transformador alejado de los terminales de salida. Luego encienda la alimentación para la depuración y ajuste el punto de trabajo del componente amplificador del circuito de oscilación del componente discreto para que esté en un estado amplificado y cumpla con las condiciones para la oscilación de amplitud. Verifique cuidadosamente las condiciones de retroalimentación para que satisfagan las condiciones de retroalimentación positiva y, por lo tanto, las condiciones de inicio de fase.
Una vez completada la producción, se debe depurar toda la máquina. Primero mida el voltaje de la rama de alimentación para asegurarse de que sea correcto, luego conecte el Integration Express e instale el cable de conexión. Los cambios correspondientes en la forma de onda se pueden observar con un osciloscopio y la amplitud y la frecuencia se pueden leer con un osciloscopio.
Prueba de sistema y análisis de errores de verbo (abreviatura de verbo)
5.1, instrumento de prueba
Osciloscopio de doble traza YB4325 (20MHz), multímetro.
5.2.Datos de prueba
Resultados de medición de frecuencia de forma de onda básica
Frecuencia/kHz
Preajuste de onda sinusoidal 0.01.022 20 50 100
Medición real 0,0095 0,0196 2,0003 20,0038 50,00096 100,193.
Preset de onda cuadrada 0.01 0.02 2 20 50
Valor de medición 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038
Preset de onda triangular 0.01.021.220 100.
El valor medido es 0,0095 0,0196 1,0002 2,0004 20,0038 100,05438 0.
5.3. Análisis de errores y medidas de mejora
Distorsión de la onda sinusoidal. Ajustar el potenciómetro R100K RW4 puede reducir la distorsión de la onda sinusoidal a 1. Si necesita una onda sinusoidal con una distorsión cercana a 0,5, simplemente conecte dos potenciómetros de 100 K entre el pin 6 y el pin 11.
La onda cuadrada de salida es asimétrica. Al cambiar la resistencia de RW3 para ajustar la frecuencia y el ciclo de trabajo, se puede obtener una onda cuadrada con un ciclo de trabajo de 50. El potenciómetro RW3 y el condensador externo C determinan conjuntamente la frecuencia de la forma de onda de salida. El ajuste de RW3 puede hacer que la forma de onda sea simétrica.
Sin oscilaciones. Cortocircuite los pines 10 y 11 y desconéctelos.
La distorsión de la forma de onda puede deberse a la interferencia de la señal causada por las clavijas largas del condensador. Cortar las clavijas puede resolver el problema. También es posible que la potencia del 2030 sea demasiado alta y la forma de onda esté distorsionada con instalar un disipador de calor.
5.4. Análisis de los resultados de la depuración
La onda sinusoidal de salida no distorsionará la frecuencia. Debido a la limitación de la tasa de aumento del amplificador operacional post-etapa, las ondas sinusoidales de alta frecuencia (F > 70 KHz) producen distorsión. La salida se puede incrementar en 0,2 V y el valor pico a pico se puede ampliar a 0 ~ 26 V.
Figura 1-2
¿Figura 1? 7
Conclusión del verbo intransitivo
A través del diseño de este artículo, tengo una comprensión esencial del principio de funcionamiento de ICL8038 y domino la estructura interna y el principio de funcionamiento de ICL8038, como el pin. Funciones, forma de onda de trabajo, etc. El circuito generador de funciones fabricado con ICL8038 es simple, fácil de depurar y tiene funciones completas. Se pueden emitir ondas sinusoidales, ondas cuadradas y ondas triangulares. La forma de onda de salida es estable y clara, con buena calidad de señal y alta precisión. El rango de frecuencia de salida del sistema es amplio, económico y práctico.
Siete.
Referencia
1 Diseño, experimentos y pruebas de circuitos electrónicos de Xie (tercera edición) Wuhan: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong. Julio de 2000
2 "Circuitos domésticos de nuevos dispositivos integrados" de Yang Bangwen Beijing: Electronic Industry Press, 2002.8.
El Comité Organizador del Segundo Concurso Nacional de Diseño Electrónico para Estudiantes Universitarios. Trabajos seleccionados del Concurso Nacional de Diseño Electrónico para Estudiantes Universitarios. Beijing: Instituto de Prensa Tecnológica de Beijing, 1997.
4 Redacción y ejemplos de tesis de graduación de Li Yanqing” Xiamen: Xiamen University Press. 2006.10
5 Tan Boxue, Miao, Principios y aplicaciones de los circuitos integrados, Beijing: Electronic Industry Press. 2003.9
6 Chen Zicheng, Diseño y depuración de circuitos electrónicos domésticos, Beijing: China Electric Power Press. 2006