高精度振荡发生电路设计范文

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摘要：

由于地学仪器设计的需要，本文利用一款具有多种波形输出的精密振荡集成电路芯片ICL8038，来设计一种高精度振荡发生电路，提供一种频率，幅度都非常稳定的振荡源。

关键词：

振荡发生电路；正弦波；模拟振荡；地学仪器

在众多的地学仪器中，大部分都需要一个振荡器产生一个基频信号。振荡信号的发生的核心问题是信号的控制问题，包括信号频率、信号种类以及信号幅度，缺一不可，另外也必须考虑振荡信号在各种工作环境下的稳定性。

1常用的振荡信号产生方案

1.1直接频率合成法直接频率合成法是一种传统的方法，需要采用大量的倍频、分频、混频和滤波，从单一或几个参数频率中产生所需的频率，直接频率合成法的电路体积庞大、成本高、结构复杂，目前已经很少使用。

1.2单片机输出法单片机输出法是通过单片机内部晶振的振荡频率进行分频等一些列的运算得到需要的频率，利用对单片机的控制，产生固定频率的振荡波形，这种方法简单方便，但是如果用于没有单片机的电路中就不合适。

1.3锁相环式频率合成法锁相环式频率合成法属于间接频率合成技术，该法采用锁相环电路(phase-lockedloop)，通常由环路滤波器（LF）、鉴相器（PD）和压控振荡器（VCO）三部分组成通常情况下，程序分频器都集成在鉴相器芯片中，利用锁相环电路就可以实现外部的输入信号与内部的振荡信号同步，当锁相环电路中输出信号的频率等于参考信号的频率时，输出电压与参考信号的电压保持一定的相位差，也就是说输出电压与参考电压的相位被锁住。锁相环法通过对程序分频器M的参数的调节能够很方便的选择所需要频率信号，也可以通过环路滤波器LF滤除杂散信号，保证了输出振荡信号的精度与纯度，而且还可以采用锁相环芯片进行设计，但是锁相环得缺点就是频率转换时间较长，而且正弦波的幅度以及频率都很难控制。

2振荡发生电路设计

ICL8038是一款具有多种波形输出的精密振荡集成电路芯片，连接少量外部元件就可产生高精度、低失真的正弦波，三角波，锯齿波和方波等常用波形，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，且频率调制和扫描可由一个外接电压来完成。另外，该芯片采用先进的单片集成技术制造，内部采用的是肖特基势垒二极管薄膜电阻，因此输出信号在很大的温度范围和电源变化范围内能稳定输出，良好的温度和电源稳定性刚好满足本次设计环境的要求，并且正弦波输出信号的失真率可低到1%，三角波输出信号的线性失真可低至0.1%，温漂低于250ppm/℃(每度250百万分之一)。

根据ICL8038几种基本接法，当其用作固定频率参考正弦波振荡器时，电路原理图如图1所示。即振荡输出连接一个运放LF353，其运放的作用是用来减小ICL8038相对较高的输出阻抗，同时提供了一个缓冲作用，另外，还可以对正弦波幅度根据需要调节。该电路可用于电子技术及通讯工程中需要正弦波的场合中。首先，直接将7脚与8脚短接，可使芯片输出正弦波频率为R1，R2以及电容C决定的最高频率；12脚是输出正弦波失真度调节端，可在12脚与11脚之间接82kΩ的电阻，使输出正弦波的失真度小于1%。连接于4脚的电阻R1决定着输出信号正弦波上升段的宽度t1，而接于5脚的电阻R2决定着输出信号正弦波下降段的宽度t2。

需要得到的正弦波周期T为1/50000s，对于任一给定的输出频率，可以有很多种满足这一频率要求的RC组合。但是式中R，C的取值不是能够随便选择，因为要受到电路中充放电电流的限制，一方面，如果放电过程中电流过小，电路的漏电流在高温下将产生很大的误差，所以充放电电流必须大于等于1μA；另一方面，如果充放电得电流过大，三级管的饱和电压和β值将随着电流的增加而增加，从而带来的误差，因此充放电电流必须小于等于5mA，所以电路中充放电电流应该在10μA到1mA的范围内。另外，保证I1和I2在10μA～1mA范围内的同时，I1和I2的取值应尽量大一些，这样就可以使R1和R2的值小一些，那么相应的电容C就可以取大一些，因为从三角波的线性方面考虑，电容C的值越大相应的线性度也就越好，因此电容C应该取允许值的上限。根据以上要求，选取C=4.7nf，R=R1=R2=1.27kΩ，选用了两个2kΩ的滑动变阻器，通过滑动位置来调整R1和R2的数值。采用开关电压提供±15V工作电压使电路工作，将电路输出结果在示波器中显示，正弦波的波形如图2所示，从图中可以看出，输出电压频率为50KHz，频率，幅度都达到要求，且精度高，输出稳定。

参考文献

[1]朱志平.压控振荡器中振荡电路的设计[J].渭南师范学院学报：综合版,2011(10):71-74.

[2]王俭,潘欣裕,毕自强等.RC桥式正弦振荡电路输出信号幅值特性研究[J].电子设计工程,2015,23(13):151-154.

作者：刘军 郭晓菲 单位：中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室