介绍单片精密函数发生器ICL 8038 及其应用

ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部组件就能产生从0.001HZ～300kHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调频信号输入端, 所以可以用来对低频信号进行频率调制。

ICL 8038 的主要特点:

(1) 可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。

(2) 频率范围: 0.001HZ～300kHz

(3) 占空比范围: 2%～ 98%

(4) 低失真正弦波: 1%

(5) 低温度漂移: 50ppm/℃

(6) 三角波输出线性度: 0.1%

(7) 工作电源: ±5V～ ±12V 或者+ 12V～ + 25V

1　引脚功能及内部结构

                             图1 ICL8038的引脚功能排列图

                                 图2 ICL8038内部电路方框图

由图2可知, 该芯片由三角波振荡电路、比较器1、比较器2、触发器、三角波—正弦波变换电路、恒流源CS1、CS2 等组成。

恒流源CS1、CS2主要用于对外接电容C 进行充电放电, 可利用4、5脚外接电阻调整恒流源的电流, 以改变电容C 的充放电时间常数, 从而改变10脚三角波的频率。两个比较器分别被内部基准电压设定在2 3V s 与1 3V s。使两个比较器必须在大于2 3V s 或小于1 3Vs 的范围内翻转。

其输出同时控制触发器, 使其一方面控制恒流源CS2 的通断, 另一方面输出方波经集电极开路缓冲器, 由9 脚输出方脉冲, 而10脚经缓冲器直接由3 脚输出三角波, 另外还经三角波—正弦波变换电路由2 脚输出低失真正弦波。

外接电容C 由两个恒流源充电和放电。若S 断开, 仅有电流I1 向C 充电, 当C 上电压上升到比较器1 的门限电压2 3V s 时, 触发器输出Q = 1。开关S 导通, CS2 把电流I2加到C上反充电, 当I2> I1 时, 相当于C 由一个净电流I2- I1放电, 此时C 上电压逐渐下降, 当下降到比较器2的门限电压1 3V s时, R·S触发器被复位,Q = 0, 于是S 断开CS2, 仅有CS1 对C充电, 如此反复形成振荡, C上电压近似为三角波, 而触发器输出则为方波。

当两个电流源CS1、CS2 的电流分别设定为I、2I时, 电容C上的充电、放电时间相等, 则10脚三角波以及变换的正弦波就是对称的, 方波的占空比是50%。若恒流源CS1、CS2的电流不满足上述关系, 则3脚输出非对称的锯齿波, 2 脚输出非对称的正弦波, 9脚输出占空比为2%～ 98% 的脉冲波形。另外改变恒流源I的大小, 即可改变振荡信号的频率。

                            图3 ICL8038内部电路图

                               图3　基本应用电路

确定输出频率f₀

该芯片基本应用电路如图3所示, 其输出频率由RA、RB、C 以及8 脚电位决定。当RA = RB = R时, f0= 013RC。

图4 是频率设定曲线。改变8脚电位也可改变振荡频率, 故可利用该脚进行信号调制。

占空比调整

如果要想方便地调整输出波形的频率、方波占空比或使正弦波失真最小, 可采用图5电路。当RA = RB = R 时, 微调R1可使正弦波失真度最小。当RA ≠RB 时, 则可以输出锯齿波及占空比可调的矩形波。

稳定性考虑 由于该芯片是通过恒流源对C充放电来产生振荡的, 故振荡频率的稳定性就受到外接电容及恒流源电流的影响, 若要使输出频率稳定, 必须采用以下措施:

(1) 外接电阻RA、RB、C 的温度特性要好。

(2) 外部电源应稳定。

(3) 应选用高精度电阻, 阻值在1K8～ 1M8之间, 电容应选用漏电小、质量好的非极化电容器, 电容量为33pF～ 330LF之间。

应用

ICL8038的用途极为广泛。由于ICL8038价格便宜、使用方便、性能优异, 在遥控遥测、通信传呼、计量仪表、计算机通信等领域有广泛的应用前景。

应用电路：

         图4 波形发生器用作锁相回路的稳定振荡器

  图5 各种音频振荡器 20Hz至20kHz

 图6 线性电压控制振荡器

图7 正弦波输出缓冲放大器