2024年7月9日发(作者：翁梦槐)
函数信号发生器及常用电信号的观察与测量实验报告
09
光信
2
班
1
、实验目的
1）
掌握常见点新高的观察与测量方法。
2）
了解单片集成函数信号发生器的功能特点。
3）
熟悉信号与系统试验箱信号的产生方法。
1
、
实验仪器
1
）
信号与系统实验箱一台。
2） 20MHz
双踪示波器一台。
3
、 实验原理
ICL8038
是单片机集成函数信号发生器，其内部框图如图
1
」所示。它由恒
流源人和厶、电压比较器
A
和
B
、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组
成。
外
接
电
容
-V
EE
图1.1 ICL8038原理方框图
外接屯容
C
由两个恒流源充电和放电，电压比较器
A
、
B
的阀值分别
为电源电压（指人的
2/3
和
1/3
。恒流源人和厶的人小可通过外接屯阻调 节，但必
须
/
2
>/,o
当触发器的输出为低电平时,恒流源厶断开,恒流源人给
C
充电，它的两端
电压
UC
随时间线性上升，当
UC
达到电源电压的
2/3
时，电压比 较器
A
的输出电
压发生跳变，使触发器输岀由低电平变为高电平，恒流源
C
接通, 由于/
2
> /.
（设人=
2
人），恒流源厶将电流
2
人加到
C
上反充电，相当于
C
由一 个净电流
I
放电，
C
两端的电压
UC
乂转为直线下降。当它下降到电源电圧的
1/3
时，电压比
较器
B
的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的 低电平，恒
流源人断开，人再给
C
充电，…如此周而复始，产生振荡。若调整电 路，使/
2
=
2/,,
则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方波信号。
C
上的电压
"c
上
升与下降时间相等时为三角波，经屯压跟随器从管脚③输出三角 波信号。将三角
波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得 以实现，在这
个非线性网络屮，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交 流通路阻抗会
减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚②输出。
TCL8038
管脚功能如图
1. 2
所示。
正弦波失真度调整
1
正弦波输出
2
三角波输出
3
占空比调整
4
频率调整
5
+VCC 6
调频偏置电压
7
ICL
8038
14
13
12
正弦波失真度调整
11 -V
10
外接电容
9
方波输出
8
调频电压输入端
图1. 2 1CL8038管脚图
电源电压为
单屯源
10
〜
30U
或
双电源土
5U
〜土
实验电路如图
1.3
所示。
图1.3 1CL8038实验电原理图
4
、操作方法与实验步骤
1)
、按实验电路接好电源，按下船形开关、总屯源开关及该模块屯源开关
S3,
使具输出
(TP301)
为方波，通过调整电位器
W302,
使方波的占空比达到
50%
。
(注：“波形选择”档
(K302)
的跳线连接
1-2
脚时输出方波,连接
2-3
脚或
3-4
脚时输出三角波，连接
4-5
脚时输出正弦波；而“频率选择”档
(K301)
连 接
1-2
脚
时输出波形频率最小，连接
2-3
脚或
3-4
脚时频率适屮，而连接
4-5
脚时则输出波
形频率最人；另外“频率调节”人电位器可微调频率，“幅度调节” 大电位器可
微调幅度可调电阻
W305
可用于幅度粗调。)
2)
、保持方波的占空比为
50%
不变，用短路器连接“波形选择”档的
4-5
脚,
用示波器观测输出端
(TP301)
的波形，调整电位器
W303,
使正弦波不产生明显 的失
真。
3)
、调节“频率可调”人电位器，使输出信号频率从小到人变化，记录芯 片
8038
管脚
8
的电位并同步测量正弦波输出的频率，列表记录之。试分析该管
脚电压与输出信号频率有何关系？
4）
、改变外接屯容
C
的值（在这里通过
K301
跳线來选择，连接
K301
的
1-2
脚时选中
104
的电容，连接
2-3
或
3-4
时选中
103
的电容，连接
4-5
时选中
102
的电容），观测三种输出波形，并比较此三种外接电容所测得的波形之间有何
差 异，可得出何结论？（如这三种电容
Z
间是
10
倍的关系，那么所对应的输出
信 号是否也是十倍关系？）
5）
、调节电位器
W302,
分别观测三种输出波形（波形选择上面已介绍），
有 何结论？（如影响方波的占空比，那么对正弦波和三角波有何影响呢？）
6）
、调节“频率调节”旋扭，记录下函数发生器输出的最高和最低频率
（注 意配合“频率选择”档）；再调节“幅度调节”旋扭，记录下函数发生器输
出的 最大和最小幅度（此时配合调节电位器
W305 ）
o
7）
、如有失真度测试仪，则测出外接电容
C
分别为
0. Wf,
和
1000P
时的正弦波失真系数
r
值（一般要求该值小于
3%） o
5
、实验内容及实验数据记录
按实验电路接好电源，按下船形开关、总电源开关及该模块电源开关
S3,
使其 输岀
（
TP301）
为方波，通过调整电位黠
W302,
使方波的占空比达到
50%
2
、保持方波的占空比为
50%
不变，用短路器连接“波形选择”档的
4
・
5
脚，用
使正弦波不产生明显
输出不失真锯齿波:
3
、调节“频率可调”大电位器，使输出信号频率从小到大变化，记录芯片
8038
管
脚
8
的电位并同步测量正弦波输出的频率，列表记录之。试分析该管脚电压与 输
出信号频率有何关系？
（老师建议不要做避免对
•
仪器造成损坏）
4
、改变外接电容
C
的值（在这里通过
K301
跳线来选择，连接
K301
的
1-2
脚时
选中
104
的电容，连接
2-3
或
3-4
时选中
103
的电容，连接
4
・
5
时选中
102
的电
容），观测三种输岀波形，并比较此三种外接电容所测得的波形
Z
间有何差异，
可得出何结论？（如这三种电容
Z
间是
10
倍的关系，那么所对应的输出信号是 否
也是十倍关系？）
4.1
正弦波的频率变化：
连接
K301
的
1
・
2
脚
连接
K301
的
3-4
脚
连接
K301
的
5
・
6
脚
比较：三个波形的频率不断变高，波形越来越密集。
4.2
方波的频率变化：
连接
K301
的
12
脚
连接
K301
的
3~4
脚:
连接
K301
的
5-6
M
：
比较：三个波形的频率不断变高，波形越来越密集。
5
、调节屯位器
W302,
观测输岀波形（波形选择上面已介绍）
5. 1
正弦波的调节:
未调节
W302
：
,
调节
W302
后:波形向内收
缩
5. 2
锯齿的调节:
未调节
W302
：
调节
W302
后:波形向内收
缩
6.
调节“频率调节”旋扭，记录下函数发生器输出的最高和最低频率（注意配 合
“频率选择”档）；再调节“幅度调节”旋扭，记录下函数发生器输出的最大 和
最小幅度（此时配合调节电位器
W305）o
使用毫伏表模块对实验的幅值进行测量：
正弦波：
3. 36v
锯齿波
7.04v
方波
9. 30v
（-）用外置的凶数信号发生器观察典型的电信号
（
1
）
接通外置函数信号发生器的电源。
（
2）
分别观察正弦波、三角波、周期脉冲等典型信号，将记录的数据填
入表
2-1-1
波形
方波
正弦波
频率
（hz）
幅度
（v）
有效值 占空比
494.825
472.000
71. 2
29
48.8
50. 35
20. 50
34.51
50%
50%
50%
交变的三角
578.532
波
7.
质疑、建议、问题讨论
函数信号发生器是一种常见的芯片，在很多场合都耍应用到这种芯片。实验
中用到的函数信号发生器能产生方波、三角波和正弦波，这三种波是现实应用用
到最多的基本波形。通过木次实验我们熟悉了信号发生器的内部结构波形产生的
过程，这对我们以后的学习和工作屮遇到此类函数信号发生器和这几种波形的理
解和应用有很人的帮助。
2024年7月9日发(作者：翁梦槐)
函数信号发生器及常用电信号的观察与测量实验报告
09
光信
2
班
1
、实验目的
1）
掌握常见点新高的观察与测量方法。
2）
了解单片集成函数信号发生器的功能特点。
3）
熟悉信号与系统试验箱信号的产生方法。
1
、
实验仪器
1
）
信号与系统实验箱一台。
2） 20MHz
双踪示波器一台。
3
、 实验原理
ICL8038
是单片机集成函数信号发生器，其内部框图如图
1
」所示。它由恒
流源人和厶、电压比较器
A
和
B
、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组
成。
外
接
电
容
-V
EE
图1.1 ICL8038原理方框图
外接屯容
C
由两个恒流源充电和放电，电压比较器
A
、
B
的阀值分别
为电源电压（指人的
2/3
和
1/3
。恒流源人和厶的人小可通过外接屯阻调 节，但必
须
/
2
>/,o
当触发器的输出为低电平时,恒流源厶断开,恒流源人给
C
充电，它的两端
电压
UC
随时间线性上升，当
UC
达到电源电压的
2/3
时，电压比 较器
A
的输出电
压发生跳变，使触发器输岀由低电平变为高电平，恒流源
C
接通, 由于/
2
> /.
（设人=
2
人），恒流源厶将电流
2
人加到
C
上反充电，相当于
C
由一 个净电流
I
放电，
C
两端的电压
UC
乂转为直线下降。当它下降到电源电圧的
1/3
时，电压比
较器
B
的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的 低电平，恒
流源人断开，人再给
C
充电，…如此周而复始，产生振荡。若调整电 路，使/
2
=
2/,,
则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方波信号。
C
上的电压
"c
上
升与下降时间相等时为三角波，经屯压跟随器从管脚③输出三角 波信号。将三角
波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得 以实现，在这
个非线性网络屮，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交 流通路阻抗会
减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚②输出。
TCL8038
管脚功能如图
1. 2
所示。
正弦波失真度调整
1
正弦波输出
2
三角波输出
3
占空比调整
4
频率调整
5
+VCC 6
调频偏置电压
7
ICL
8038
14
13
12
正弦波失真度调整
11 -V
10
外接电容
9
方波输出
8
调频电压输入端
图1. 2 1CL8038管脚图
电源电压为
单屯源
10
〜
30U
或
双电源土
5U
〜土
实验电路如图
1.3
所示。
图1.3 1CL8038实验电原理图
4
、操作方法与实验步骤
1)
、按实验电路接好电源，按下船形开关、总屯源开关及该模块屯源开关
S3,
使具输出
(TP301)
为方波，通过调整电位器
W302,
使方波的占空比达到
50%
。
(注：“波形选择”档
(K302)
的跳线连接
1-2
脚时输出方波,连接
2-3
脚或
3-4
脚时输出三角波，连接
4-5
脚时输出正弦波；而“频率选择”档
(K301)
连 接
1-2
脚
时输出波形频率最小，连接
2-3
脚或
3-4
脚时频率适屮，而连接
4-5
脚时则输出波
形频率最人；另外“频率调节”人电位器可微调频率，“幅度调节” 大电位器可
微调幅度可调电阻
W305
可用于幅度粗调。)
2)
、保持方波的占空比为
50%
不变，用短路器连接“波形选择”档的
4-5
脚,
用示波器观测输出端
(TP301)
的波形，调整电位器
W303,
使正弦波不产生明显 的失
真。
3)
、调节“频率可调”人电位器，使输出信号频率从小到人变化，记录芯 片
8038
管脚
8
的电位并同步测量正弦波输出的频率，列表记录之。试分析该管
脚电压与输出信号频率有何关系？
4）
、改变外接屯容
C
的值（在这里通过
K301
跳线來选择，连接
K301
的
1-2
脚时选中
104
的电容，连接
2-3
或
3-4
时选中
103
的电容，连接
4-5
时选中
102
的电容），观测三种输出波形，并比较此三种外接电容所测得的波形之间有何
差 异，可得出何结论？（如这三种电容
Z
间是
10
倍的关系，那么所对应的输出
信 号是否也是十倍关系？）
5）
、调节电位器
W302,
分别观测三种输出波形（波形选择上面已介绍），
有 何结论？（如影响方波的占空比，那么对正弦波和三角波有何影响呢？）
6）
、调节“频率调节”旋扭，记录下函数发生器输出的最高和最低频率
（注 意配合“频率选择”档）；再调节“幅度调节”旋扭，记录下函数发生器输
出的 最大和最小幅度（此时配合调节电位器
W305 ）
o
7）
、如有失真度测试仪，则测出外接电容
C
分别为
0. Wf,
和
1000P
时的正弦波失真系数
r
值（一般要求该值小于
3%） o
5
、实验内容及实验数据记录
按实验电路接好电源，按下船形开关、总电源开关及该模块电源开关
S3,
使其 输岀
（
TP301）
为方波，通过调整电位黠
W302,
使方波的占空比达到
50%
2
、保持方波的占空比为
50%
不变，用短路器连接“波形选择”档的
4
・
5
脚，用
使正弦波不产生明显
输出不失真锯齿波:
3
、调节“频率可调”大电位器，使输出信号频率从小到大变化，记录芯片
8038
管
脚
8
的电位并同步测量正弦波输出的频率，列表记录之。试分析该管脚电压与 输
出信号频率有何关系？
（老师建议不要做避免对
•
仪器造成损坏）
4
、改变外接电容
C
的值（在这里通过
K301
跳线来选择，连接
K301
的
1-2
脚时
选中
104
的电容，连接
2-3
或
3-4
时选中
103
的电容，连接
4
・
5
时选中
102
的电
容），观测三种输岀波形，并比较此三种外接电容所测得的波形
Z
间有何差异，
可得出何结论？（如这三种电容
Z
间是
10
倍的关系，那么所对应的输出信号是 否
也是十倍关系？）
4.1
正弦波的频率变化：
连接
K301
的
1
・
2
脚
连接
K301
的
3-4
脚
连接
K301
的
5
・
6
脚
比较：三个波形的频率不断变高，波形越来越密集。
4.2
方波的频率变化：
连接
K301
的
12
脚
连接
K301
的
3~4
脚:
连接
K301
的
5-6
M
：
比较：三个波形的频率不断变高，波形越来越密集。
5
、调节屯位器
W302,
观测输岀波形（波形选择上面已介绍）
5. 1
正弦波的调节:
未调节
W302
：
,
调节
W302
后:波形向内收
缩
5. 2
锯齿的调节:
未调节
W302
：
调节
W302
后:波形向内收
缩
6.
调节“频率调节”旋扭，记录下函数发生器输出的最高和最低频率（注意配 合
“频率选择”档）；再调节“幅度调节”旋扭，记录下函数发生器输出的最大 和
最小幅度（此时配合调节电位器
W305）o
使用毫伏表模块对实验的幅值进行测量：
正弦波：
3. 36v
锯齿波
7.04v
方波
9. 30v
（-）用外置的凶数信号发生器观察典型的电信号
（
1
）
接通外置函数信号发生器的电源。
（
2）
分别观察正弦波、三角波、周期脉冲等典型信号，将记录的数据填
入表
2-1-1
波形
方波
正弦波
频率
（hz）
幅度
（v）
有效值 占空比
494.825
472.000
71. 2
29
48.8
50. 35
20. 50
34.51
50%
50%
50%
交变的三角
578.532
波
7.
质疑、建议、问题讨论
函数信号发生器是一种常见的芯片，在很多场合都耍应用到这种芯片。实验
中用到的函数信号发生器能产生方波、三角波和正弦波，这三种波是现实应用用
到最多的基本波形。通过木次实验我们熟悉了信号发生器的内部结构波形产生的
过程，这对我们以后的学习和工作屮遇到此类函数信号发生器和这几种波形的理
解和应用有很人的帮助。