關鍵詞：ICL8038；信號發生器；調頻電路；電子儀器
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）05-0014-03 信號發生器是壹種能產生標準信號的電子儀器，是工業生產和電工、電子實驗室中經常使用的電子儀器之壹。在現代電子學的各個領域，常常需要高精度且頻率可方便調節的信號發生器。壹般來說，頻率越高、產生波形種類越多的發生器性能越好，但器件成本和技術要求也大大提高，因此在滿足工作要求的前提下，性價比高的發生器是我們的首選。常見的信號發生器是用ICL8038制成的簡單信號發生器，但這種信號發生器僅能產生正弦波、三角波和矩形波，而本文要研究的就是如何在ICL8038基礎上結合其外圍電路以及直接調頻電路使其產生其他的信號。
壹、總體設計
（壹）信號發生器的設計框圖
信號發生器框圖如圖 1所示：
圖1 信號發生器設計框圖
圖1中，波形產生電路由單片集成電路函數發生器ICL8038及其外圍電路組成，用來顯示方波、正弦波及三角波；直接調頻電路由石英晶體及變容二極管等組成，波形產生電路產生的正弦波經此電路會產生壹個調頻波；顯示電路由單片頻率計ICM7216D、晶體、電容、開關及LED數碼管[11]等組成，用來顯示輸出波形的頻率值。
（二）信號發生器的總電路圖
信號發生器的總電路如圖2所示：
二、各部分電路設計
（壹）基於ICL8038的波形發生電路設計
ICL8038組成的函數發生器如圖3所示。電阻R1與電位器 RP1用來確定8腳的直流電位U8，通常取U8≥2UCC/3。U8越高，IA和IB越小，輸出頻率越低，反之亦然。因此，ICL8038又稱為壓控振蕩器（VCO）或頻率調制器（FM）。RP1可調節的頻率範圍為20HZ～20KHZ。U8還可以由7腳提供固定電位，此時，輸出頻率f0僅由RA，RB及電容Ct決定。UCC采用雙電源供電時，輸出波形的直流電平為零。當采用單電源供電時，輸出波形的直流電平為UCC/2。
（二）晶體振蕩器的變容管直接調頻電路設計
圖4是100MHz晶體振蕩器的變容管直接調頻電路。圖4中，T2管接成皮爾斯晶體振蕩電路，並由變容管直接調頻。T2管集電極上的諧振回路調諧在晶體振蕩頻率的三次諧波上，完成三倍頻功能。T1管為音頻放大器，將輸入的信號放大後，經2.2μH的高頻扼流圈加到變容管上。同時T1的電源電壓也通過2.2μH高頻扼流圈加到變容管上，作為變容管的偏置電壓。
對晶體振蕩器進行調頻時，由於振蕩回路中引入了變容二極管，因此頻率穩定度相對於不調頻的晶體振蕩器有所降低。壹般，其短期頻率穩定度達到10-6數量級，長期頻率穩定度達到10-5數量級。
圖4 晶體振蕩器的變容管直接調頻電路
（三）基於ICM7216D的顯示電路設計
顯示電路是由單片頻率計ICM7216D、晶體、電阻及電容等構成。ICM7216D是美國Intersil公司首先研制的專用測頻大規模集成芯片。它是標準的28引腳的雙列直插式集成電路，采用單壹的+5V穩壓電源工作。它內含高頻振蕩器、十進制計數器、七段譯碼器、位多路復用器、能夠直接驅動LED顯示器的8段壹段碼驅動器、8位壹位碼驅動器。其基本的測頻範圍為DC至10MHz，若加預置的分頻電路，則上限頻率可達40MHz或100MHz，單片頻率計ICM7216D只要加上晶振、量程選擇、LED 顯示器等少數器件即可構成壹個DC至40MHz的微型頻率計，可用於頻率測量，機械轉速測量等方面的應用。
圖5為基於ICM7216D的顯示電路。用晶體和電容C1、C2構成的10MHz振蕩頻率作為基準頻率，經ICM7216D內部分頻後，產生閘門時間脈沖。用開關K選擇量程。另用開關S1控制電路復位，S2可時電路處於保持狀態。8個LED數碼管的DP都與DP小數點輸入腳（23腳）相連，由內部小數點邏輯單元產生正確的小數點位。當被測信號輸出時，ICM7216D對其頻率計數，8位LED逐位顯示被測頻率，從而實現測量和顯示的目的。
具體工作過程為：使用壹個2.5MHz的晶振及22MΩ的電阻、電容C1、C2來滿足內部振蕩器的正常工作。由於內部振蕩器是壹個高增益的CMOS反相器，因此用電阻與晶振並聯以提供足夠的偏壓，此時芯片的基振為2.5MHz。如果使用1MHz晶振代替2.5MHz晶振需要將芯片的腳25、腳26之間的電容作些調整，這時芯片的基振為1MHz。另外芯片還允許使用外部振蕩器，如果使用外部振蕩器時，芯片的基頻等於外部振蕩電路的頻率，此時芯片內部振蕩電路仍在工作，但不影響芯片的正常測量。若內部振蕩頻率小於1MHz或只有外部振蕩電路在工作時，必須將腳25、腳26連接在壹起，以保證足夠的懸掛電平。如果外部振蕩電路輸出為TTL 電平時，則需要在腳25、腳26之間接壹個22MΩ的電阻，並且要將腳24、腳25連在壹起，如果外部振蕩電路的頻率小於100KHz，則外部振蕩電路對芯片不起作用，芯片仍以內部振蕩電路的頻率工作。
被測信號從腳28輸入，如果輸入信號較小，可以采用前置放大電路。如果輸入信號較太，可以采用限幅電路。D1～D8八條位驅動線分別與八位LED的公***端相連，段驅動輸出線a～g與LED相應的引腳相連將LED的第1至7位的小數點都與腳23連在壹起，則由內部小數點邏輯單元產生正確的小數點位。八位LED是示器逐位顯示，頻率為500Hz ，位信號時間為244μs，兩位顯示之間有6μs的位空白時間，以防止重影。芯片的最大段驅動電流為15mA，額定段驅動電流為12mA。要增加顯示亮度，可將電源電壓增加到6V，在測量顯示時，小數點左邊的零被消除，右邊的位照常顯示。當被測信號的頻率超出頻率計的測量範圍發生溢出時，芯片內部能夠點亮第八位的小數點，表示此時發生溢出。
圖5中，K為壹個四檔開關，用於選擇不同的量程。S1為壹個按鍵開關，當其按下時，腳12為低電平，主計數器停止計數，顯示為零。當S2按下時，腳27為高電平，主計數器暫停計數，此時數據自鎖並顯示；當S2斷開，主計數器才重新啟動計數。由於復合控制輸入端所用信號是位驅動信號，為避免復合控制信號影響位信號，使用二極管進行隔離，與芯片管腳1相連的電阻及電容的作用是降低噪聲，減少幹擾。
圖5 基於ICM7216D的顯示電路
（四）整形電路設計
由於ICM7216D芯片只能對脈沖信號進行計數，所以波形產生電路產生的正弦波和三角波要先進行整形，然後才能送進顯示電路進行頻率顯示，而整形電路只需用壹個與非門就可實現。本文選擇了74LS20芯片進行整形。74LS20芯片引腳圖如圖6所示：
三、結果分析
本文采用±10V、5V直流電源供電，運用數字示波器顯示輸出波形。
信號發生器能輸出正弦波、三角波、矩形波及調頻波；正弦波、三角波、矩形波的最低頻率為55.10Hz，最高頻率為16.13KHz；正弦波的峰峰值可達到4.36V；三角波的峰峰值可達6.6V，占空比可在44.4%~50.4%之間調節；矩形波的峰峰值可達到20.2V，占空比則可在41.3%~57.5%之間調節；調頻電路中的載波峰峰值為5.6V，頻率為13.3MHz；顯示電路由於加了4分頻電路，則測頻上限頻率可達40MHz。
四、結語
本文是采用函數發生芯片ICL8038結合外圍電路產生正弦波、三角波及矩形波，再把產生的正弦波輸入晶體振蕩器的變容管直接調頻電路，產生調頻波輸出，各波形通過ICM7216D組成的顯示電路顯示出其頻率。該系統完全由硬件構成，避免了編程方面的問題，電路簡單，易於調試，產生的波形種類多。參考文獻
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