探析函数发生器的作用及原理

函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路；当调节外部电路参数时，还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波。因此，函数发生器广泛用于仪器仪表中。

8.3.4.1　函数发生器的电路结构

函数发生器电路的基本原理框图如图8.3.11所示，为了有足够强的带负载能力，输出级为缓冲电路，可用电压跟随器。图中各方框表述的是其实现的功能，在实际芯片中，电路结构是多种多样的。另外，为了使振荡频率、振荡幅值、三角波的对称性、直流偏置等均可调，实际电路会更加复杂。

图8.3.11　函数发生器电路的基本原理框图

8.3.4.2　函数发生器ICL8038的性能特点

ICL8038是性能优良的集成函数发生器，其引脚图如图8.3.12所示。可用单电源供电，即将引脚11接地，引脚6接+VCC，VCC为10～ 30 V；也可用双电源供电，即将引脚11接-VEE，引脚6接+VCC，它们的值为±5～ ±15 V。

ICL8038频率的可调范围为0.001 Hz～300 kHz；输出矩形波的占空比可调范围为2%～98%，上升时间为180 ns，下降时间为40 ns；输出三角波（斜坡波）的非线性小于0.05%；输出正弦波的失真度小于1%。

图8.3.12　ICL8038的引脚图

引脚8为频率调节（简称调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源+VCC之差，它可作为引脚8的输入电压。

思考题

8.3.1如何判断电路是否会产生非正弦波振荡？与判断电路是否产生正弦波振荡的方法有何区别？如果已知电路为振荡电路，则如何区分它是非正弦波振荡电路还是正弦波振荡电路？

8.3.2试利用基本运算电路、有源滤波电路、电压比较器等实现尽可能多的波形转换。

习　题

8.3.1　在图题8.3.1所示电路中，已知R1= 10 kΩ，R2= 20 kΩ，C = 0.01 μF，集成运放的最大输出电压幅值为±12 V，二极管的动态电阻可忽略不计。

（1）求出电路的振荡周期；

（2）画出uO和uC的波形。

8.3.2　电路如图题8.3.2所示。

（1）定性画出uO1和uO的波形；

（2）估算振荡频率与uI的关系式。

图题8.3.1

图题8.3.2(www.xing528.com)

8.3.3　电路如图题8.3.3所示，已知集成运放的最大输出电压幅值为±12V，uI的数值在uO1的峰-峰值之间。

（1）求解uO3的占空比与uI的关系式。

（2）设Ui=2.5V ，画出uO1，uO2和uO3的波形。

图题8.3.3

8.3.4　电路如图题8.3.4所示，±UZ=±6V ，试回答下列问题：

（1）为使电路能够起振，(R2+Rf)应大于何值？

（2）电路的振荡频率f0为多少？

（3）稳定振荡时，输出电压的峰值为多少？

8.3.5　电路如图题8.3.5所示，±UZ=±8V ：

（1）分别说明两个运算放大电路构成哪种基本电路；

（2）求出uO1与uO的关系曲线uO1=f(uO)；

（3）求出uO1与uO的关系式uO=f(uO1)；

（4）定性画出uO和uO1的波形；

（5）若要提高振荡频率，可以改变哪些电路参数？如何改变？

图题8.3.4

图题8.3.5

8.3.6　理想运放组成的波形发生电路如图题8.3.6所示，已知D1、D2性能相同，UZ=5.3V ，UD(on)=0.7V 。

（1）分析说明电路图中各运放构成何种电路；

（2）试画出uO1、uO2和uO的波形；

（3）若要求电路的振荡频率f=103Hz ，试确定电容C的数值。

图题8.3.6