原创采用MAX038制作的函数信号发生器

 2006-10-16 13:27  5317 9 7 分类: 模拟

摘要：本文简要地介绍了MAX038的性能，并给出了具有三种输出波形的函数信号发生器的实际设计。
关键词函数信号发生器占空比闭环电压增益

　　1MAX038的性能简介
各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。函数信号发生器可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了上述芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。其内部电路框图如图1所示。
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图1内部电路框图
MAX038的性能特点：
1）能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。
2）频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（P－P）。
3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单
独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是
10％～90％。
　　4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％。
　　5）采用±5V双电源供电，允许有5％变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400mW，工作温度范围为0～70℃。
　　6）内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节。
MAX038采用DIP－20封装形式，各管脚的功能如表1所示。
表1MAX038的管脚功能

引脚号	名称	功能
1	VREF	2.5V基准电压输出
2	GND	地
3	A0	波形选择编码输入端（兼容TTL/CMOS电平）
4	A1	同AO脚
5	COSC	主振器外接电容接入端
6	GND	地
7	DADJ	占空比调节输入端
8	FADJ	频率调节输入端
9	GND	地
10	Iin	电流输入端，用于频率调节和控制
11	GND	地
12	PD0	相位检测器输出端，若相位检测器不用，该端接地
13	PD1	相位检测器基准时钟输入，若相位检测器不用，该端接地
14	SYNC	TTL/CMOS电平输出，用于同步外部电路，不用时开路
15	DGND	数字地。在SYNC不用时开路
16	DV＋	数字＋5V电源。若SYNC不用，该端开路
17	V＋	＋5V电源输入端
18	GND	地
19	OUT	正弦、方波或三角波输出端
20	V－	－5V电源输入端

注：表中5个地内部不相连，需外部连接。
2具有三种输出波形的函数信号发生器设计实例
　　笔者采用MAX038设计了输出三角波、方波和正弦波的函数信号发生器，频率范围为10Hz～1MHz，能够满足大多数实验与检测的需求。
　　整机电路由信号产生级、电压放大级、功率输出级和电源四部分组成。信号产生级的核心器件为MAX038，它的输出波形有三种，由波形设定端A0（3），A1（4）控制，其编码如表2所示。其中x表示任意状态。1为高电平，0为低电平。MAX038的输出频率f0由Iin，FADJ端电压和主振荡器COSC的外接电容器CF三者共同确定。当UFADJ="0V"时，输出频率f0=Iin/CF，Iin="Uin"/Rin="2".5/Rin。当UFADJ≠0V时，输出频率f0=f（1－0.2915UFADJ）。由波段开关SA2选择不同的CF值，将整个输出信号分为4个频段。
表2A0和A1的编码

A0	A1	波形
X	1	正弦波
0	0	方波
1	0	三角波

　　1）10Hz～1kHz
　　2）100Hz～10kHz
　　3）1kHz～100kHz
　　4）10kHz～1MHz
　　每频段频率的调节由电位器RP1和RP2完成。RP1为粗调电位器，改变RP1数值，使振荡电容器CF的充电电流Iin改变，从而使频率改变。RP2为细调电位器，它通过改变UFADJ的数值，使输出频率变化，它的变化范围较小，起微调作用。为简化电路，各种波形的占空比固定为50％，这已能满足多数场合的使用要求。为此将MAX038的脚7DADJ端接地。MAX038的各种输出波形的幅度均为2V（P－P），为了得到更大的输出幅度，加有一级电压放大级，由运放OPA604担任。OPA604是FET输入高保真运放IC，性能十分优越，低噪声10nV/Hz，低失真率,1kHz时，仅为0.0003％，高转换率25V/μs，功率带宽为20MHz，电路中OPA604的闭环电压增益GV="100k"/10k="10"，输出电压的幅度增至20V（P－P），有效值为7V左右。如将OPA604换成AD747视频运放IC，函数信号发生器能够输出更高的频率。功率输出级由BUF634担任，这是一种高速缓冲器IC，具有2000V/μs的转换速率，输出电流达250mA，其电压增益为1，但负载能力很强，在电路中起功率扩展的作用。输出信号的幅度由电位器RP3调节，为了更精确地调节输出信号幅度，在电位器后加有衰耗电路，由波段开关SA3将输出分为×1，×0.1，×0.01三档。

图2MAX038的应用电路图
　　电源电路比较简单，电源变压器的容量为8W，初级接220V交流，次级绕组为15V×2，经桥式全波整流后，再由两只三端集成稳压器LM7812和LM7912变成稳定的±12V直流电压。HL1是用发光二极管制成的指示灯，无论正负哪一路出现故障，HL1均将熄灭。±12V的电压再经两只三端集成稳压器LM78L05和LM79L05进一步稳压后，变成±5V的直流电压供给MAX038。

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