簡易電子琴的設(shè)計

1、鄭州科技學院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目 簡易電子琴的設(shè)計 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 信息工程學院 指導教師 完成時間 2013年5月31日 目 錄1 課程設(shè)計的目的12 課程設(shè)計的任務(wù)與要求1 2.1設(shè)計任務(wù)1 2.2 設(shè)計要求13 設(shè)計方案與論證2 3.1方案的設(shè)計2 3.2方案論證44 設(shè)計原理與功能說明5 4.1元器件選用原理5 4.2總體電路圖65 單元電路的設(shè)計（計算與說明 ）7 5.1部分分析電路圖7 5.2振蕩電路原理8 5.3音頻集成功率放大器原理11 6 硬件的制作與調(diào)試15 6.1 電烙鐵的使用15 6.2系統(tǒng)調(diào)試167 總結(jié)17參考文獻18附錄一：總體電路

2、原理圖19附錄二：元器件清單20 1 課程設(shè)計的目的1. 熟悉LM324和LM386等相關(guān)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，合理運用其內(nèi)部及其功能，完成相應(yīng)的設(shè)計工作。 2. 學會使用電路仿真軟件如：Mutisim。 3. 能夠?qū)﹄娮与娐贰⒂∷㈦娐钒?、電子元器件等一些相關(guān)與電子和焊接等方面的知識有進一步的認識，并獨立對其進行測試與檢查。 4. 這次試驗對焊接技術(shù)、排錯調(diào)試、以及相關(guān)設(shè)備的使用等方面的得到了比較全面的鍛煉和提高。并進一步鞏固了在課堂上學習的理論知識。2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)根據(jù)技術(shù)要求和已知條件，完成對簡易電子琴電路的設(shè)計、裝配與調(diào)試。正弦波發(fā)生器功率放大揚聲器八只按

3、鍵2.2 設(shè)計要求（1）按下不同琴鍵即改變RC值，能發(fā)出C調(diào)的八個基本音階。采用運放構(gòu)成振蕩電路，用集成功放電路輸出。八個基本音階C調(diào)對應(yīng)頻率如下表所列：C調(diào)1234567if0 / Hz264297330352396440495528（2）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)，選擇元件，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（用Proteus或MultiSim軟件完成仿真）（3）安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。3 設(shè)計方案與論證3.1方案的設(shè)計實驗電路設(shè)計思路：簡易電子琴由RC選頻網(wǎng)絡(luò)、集成運算放大器、節(jié)拍信號發(fā)生器組成。其框圖如圖下所示。圖 3-1 設(shè)計電路圖： 圖

4、3-2上圖即為八音階微型電子琴仿真電路圖，8個開關(guān)對應(yīng)著電子琴8個音階琴鍵，使用時閉合不同的開關(guān)可以發(fā)出不同的聲音。電路中的運算放大器芯片LM324工作電壓要求是±5 V，其中引腳4接+5V，引腳11接-5V。本試驗中LM324芯片的正向輸入端為引腳3，反向輸入端為引腳2，1為輸出端為引腳。實驗參數(shù)選擇選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率推導公式為：其中R1為圖中的固定電阻,R2為圖中需要調(diào)節(jié)阻值的8個電阻。表1 C調(diào)八音階對應(yīng)的基本頻率唱名douruaimifasoulaxidou(高)頻率(HZ)264297330352396440495528經(jīng)過推導得到仿真原理圖中R0=2220，R1=1700，R

5、2=1000，R3=1600，R4=1250，R5=1220，R6=600，R7=65400。說明：實際仿真的結(jié)果所對應(yīng)的電阻值有些誤差。3.2方案論證正弦波振蕩 圖3-3由于需要產(chǎn)生正弦波，根據(jù)模電書上的RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計電路圖如上，正反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋電壓是同相比例運算電路的輸入電壓，于是需要調(diào)節(jié)電位器是整個電路的Au>=3.另外還在Rf回路中在電阻上并聯(lián)二極管以達到使輸出電壓穩(wěn)定的結(jié)果。1. 功率放大 圖3-4由設(shè)計要求，集成LM386的電源電壓為412v,因此在選擇電源電壓時不能超過12v，否則可能燒壞芯片，前面那個電位器是是調(diào)節(jié)音量的，喇叭的參數(shù)為0.5W，8，當電源電壓為12

6、V時，在8的負載情況下，可提供幾百mv的功率，可以使喇叭發(fā)出聲音。4 設(shè)計原理與功能說明4.1元器件選用原理1、LM386的選擇 LM386是一種音頻集成功放大器，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。 2、揚聲器的選擇及參數(shù)揚聲器是本電路中重要的元器件之一。它是一種能將電信號轉(zhuǎn)換為聲音或?qū)⒙曇艮D(zhuǎn)換為電信號的換能器件，這種器件能完成電能和聲能的相互轉(zhuǎn)換。 揚聲器的種類： 揚聲器種類繁多，但最常用的是動圈式揚聲器（又稱電動式）。而動圈式揚聲器又分為內(nèi)磁式和外磁式，因為外磁式便宜，所有本產(chǎn)品選用外磁式的揚聲器。其組成有：紙盆、

7、折環(huán)、音圈、盆架、防塵罩、音調(diào)、磁鐵、導磁夾板、場心柱等。 揚聲器功率 、阻抗的選擇揚聲器在電路圖中的符號很形象（見圖23）。揚聲器上一般都標有標稱功率和標稱阻抗值。揚聲器的工作原理當有音頻電流通過音圈時，音圈產(chǎn)生隨音頻電流而變化的磁場，在永久磁鐵的磁場中時而吸引時而排斥，帶動紙盆振動發(fā)出聲音。4.2總體電路圖電路的工作原理圖4-1 電路原理圖5 單元電路的設(shè)計（計算與說明 ）5.1部分分析電路圖由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了。音調(diào)主要由聲音的頻率決定，樂音(復音)的音調(diào)更復雜些，一般可認為主要由基

8、音的頻率來決定，也即一定頻率的聲音對應(yīng)特定的樂音。在以C調(diào)為基準音的八度音階中，所對應(yīng)的頻率如表1所示。如果能夠通過某種電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特定頻率的波形信號，再通過揚聲器轉(zhuǎn)換為聲音信號，就能制作出簡易的樂音發(fā)生器，再結(jié)合電子琴的一般結(jié)構(gòu)，就可實現(xiàn)電子琴的制作了。5.2 振蕩電路原理 由于RC振蕩電路，一般用來產(chǎn)生1HZ1MHZ范圍內(nèi)的低頻信號；而LC振蕩電路一般用來產(chǎn)生1MHZ以上的高頻信號，由上表我們可以知道選擇RC振蕩電路。其基本電路為RC文氏電橋振蕩電路。1.RC橋式振蕩電路圖圖1 RC橋式振蕩電路圖2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) RC橋式振蕩電路可以選出特定頻率的信號。具體實現(xiàn)過程的關(guān)鍵是RC串并聯(lián)

9、選頻網(wǎng)絡(luò)，其理論推導如下： 可得選頻特性：即當f0=1(2RC)時，輸出電壓的幅值最大，并且輸出電壓是輸入電壓的13，同時輸出電壓與輸出電壓同相。通過該RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，可以選出頻率穩(wěn)定的正弦波信號，也可通過改變R，C的取值，選出不同頻率的信號。3.振蕩條件1、自激振蕩條件圖2所示為含外加信號的正弦波振蕩電路，其中A，F(xiàn)分別為放大器回路和反饋網(wǎng)絡(luò)的放大系數(shù)。圖2中若去掉Xi，由于反饋信號的補償作用，仍有信號輸出，如圖3所示Xf=Xi，可得自激振蕩電路。自激振蕩必須滿足以下條件： 2、起振條件自激振蕩的初始信號一般較小，為了得到較大強度的穩(wěn)定波形，起振條件需滿足|AF|>1。在輸出穩(wěn)定頻

10、率的波形前，信號經(jīng)過了選頻和放大兩個階段。具體來說，是對于選定的頻率進行不斷放大，非選定頻率的信號進行不斷衰減，結(jié)果就是得到特定頻率的穩(wěn)定波形。5.3 音頻集成功率放大器原理 LM386是一種音頻集成功放大器，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。 1. LM386內(nèi)部電路圖4 LM386內(nèi)部電路原理圖與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路。第一級為差分放大電路，V1和V3、V2和V4分別構(gòu)成復合管，作為差分放大電路的放大管；V5和V6組成鏡像電流源作為V1和V2的有源負載；V3和V4信號從管的基極輸入，從V2管的集

11、電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。第二級為共射放大電路，V7為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。第三級中的V8和V9管復合成PNP型管，與NPN型管V10構(gòu)成準互補輸出級。二極管D1和D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負載。電阻R7從輸出端連接到V2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。2.振蕩電

12、路圖 振蕩電路圖如圖5所示 圖5 振蕩電路圖選擇C1=0.1uF，R4=1k，根據(jù)公式，結(jié)合表一，即可計算出八個音階對應(yīng)的電阻值，分別為R5=9.09K，R6=10.34 K，R7=13.08K，R8=16.15 K，R9=20.44 K，R10= 23.26K，R11=28.72 K，R12=36.34K。選定 R4R，且R4R (8)由式3推導可得： F= (9) 則由式(8)及起振條件|A·F|>1，可得： 即 （10）選擇R1=800，R2=900，R3=1500集成功放電路圖如圖6所示 圖6 集成功放電路圖 如圖7所示為LM386外圍器件最少的連接方式，其內(nèi)置電壓增益

13、為20倍。C3取4.7uF為退耦電容，所謂退耦即防止前后電路網(wǎng)絡(luò)電流大小變化時，在供電電路中所形成的電流沖動對網(wǎng)絡(luò)的正常工作產(chǎn)生影響。換言之，退耦電容能夠有效地消除電路網(wǎng)絡(luò)之間的寄生耦合。退耦濾波電容的取值通常為4.7-200uF，退耦壓差越大，電容的取值應(yīng)該越大。C4為旁路電容，它可將混有高頻信號和低頻信號的交流信號中的高頻成分旁路掉的電容，取10uF。C6為隔直傳交電容，取220uF。6 硬件的制作與調(diào)試6.1 電烙鐵的使用 1、焊接的注意事項良好的焊接是實驗成功的重要保證；反過來說，焊接不良，往往會使實驗失敗，甚至損毀元器件。雖然焊接技術(shù)并不復雜，但如果認為它操作簡單而掉以輕心，也會造成

14、種種不良后果。所以應(yīng)注意以下幾點： （1）焊接揚聲器的時候，一定要將連接電源正、負極的導線分別焊接在揚聲器標有“”、“”符號的一端。揚聲器的下方還有兩個類似焊點的地方，如果錯將導線焊在那兒，揚聲器就會損壞，不能使用了。 （2）烙鐵使用日久后，烙鐵頭容易被“燒死”，即在表面出現(xiàn)一層黑色氧化物，而且變得凹凸不平?！盁馈钡睦予F頭很難熔化和沾取焊錫，需用銼刀將它重新挫亮。盡量使用市場上出售的空心焊錫絲，它是將焊錫做成直徑24毫米的細管狀，在管內(nèi)裝進松香粉。使用這種焊錫絲，能保護烙鐵頭不易被“燒死”。 （3）使用電烙鐵一定要注意安全，使用前用萬用表測一下電烙鐵電源插頭兩端的電阻是否為正常值。正常時20

15、瓦烙鐵的電阻約2000歐，45瓦的為1000歐，75瓦的為600歐，100瓦的約500歐。電源插頭與電烙鐵外殼、烙鐵頭之間的電阻應(yīng)接近無窮大，否則說明這把電烙鐵漏電，不能使用。 2、電路的連接在連接電路的時候，要嚴格按照電路圖連接電路，也要注意烙鐵與電路板接觸的時間，不要燒壞電路板。并在聯(lián)好電路以后進行測量。及時發(fā)現(xiàn)問題與改正。6.2系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試步驟： 1.根據(jù)電路圖組裝電路。 2.檢查元件的接。 3.接通電源，按各鍵，看是否有結(jié)果。 4.得到了預期的結(jié)果。調(diào)試過程：先組裝音階產(chǎn)生電路。為了節(jié)省時間和空間，可用導線代替音階按鈕S1-S7,即用一根足夠長的導線，一端接555電路的2、6公共端，另

16、一端依次接觸R21-R27的開路端來產(chǎn)生不同的聲音。要調(diào)出比較準確的音階，需借助示波器測試各音階信號的周期，并通過串接電阻是各音階達到正確的周期值，從而校準音調(diào)。也可使用頻率計測量音階信號的頻率來實現(xiàn)音準調(diào)節(jié)。如果R21-R27采用表2中標稱電阻，則各別音調(diào)將略有偏離。但此次我們采用了固定電阻的串聯(lián)和近似原則制作了一個不是最理想的電子琴，如果用精密電位器調(diào)整好電阻阻值效果會更好，以后我會多加思考爭取做到最好。焊接完成后，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器發(fā)聲極微弱。用示波器觀察NE555的輸出端，發(fā)現(xiàn)波形正常，觀察NE555的輸出波形也正常，但是波形經(jīng)過隔直電容后出現(xiàn)嚴重失真。當按鍵不按下時，NE555會一直輸出一個

17、直流量。由于蜂鳴器直流也可驅(qū)動，所以必須在蜂鳴器與NE555之間接一個電容隔直。但是喇叭是交流驅(qū)動。直流信號對喇叭不起作用，所以我們用了喇叭代替蜂鳴器。用喇叭代替蜂鳴器后，電路實現(xiàn)功能。此次我們未采用旁路電容去濾波，使得喇叭聲音不夠清脆，因為時間的關(guān)系，我們只能將就使用了該作品。以后一定會更細心的考慮完善。7 總結(jié)在拿到題目之后，我看到時簡易電子琴的設(shè)計，而且題目當中也提示了用振蕩電路，所以以這個為切入點我開始了原理的設(shè)計。在模電課程的第九章我們學過了正弦波信號產(chǎn)生電路，所以我就從書本當中尋找相關(guān)的知識點，看到RC正弦波振蕩電路是一個很好的選擇。接著我就開始歸納列寫原理，并設(shè)計出了電路。之后我

18、將電路給其他2個同學去仿真并焊接實物，最終我們做出了我們的實物。但當我們與其他做這個題目的同學討論的時候發(fā)現(xiàn)我們做的不完整，我們只是做了振蕩電路，并沒有做后續(xù)電路，結(jié)果拿去測試的時候沒有發(fā)出想要的音調(diào)。雖然我們沒有得到最終的結(jié)果，但是在這個過程當中我們 把所學到的東西運用到了實際當中，在這個過程當中，我們加深了對知識點的理解。在這個過程當中我們也明白了合作的重要性，雖然原理大家都懂，但是在當今時代合作的優(yōu)越性遠遠勝過個人的戰(zhàn)斗。在設(shè)計電路的過程當中，我發(fā)現(xiàn)很多平時不懂的地方漸漸地懂了。整個課設(shè)完成之后我明白了把理論運用于實際比單單學習理論知識更重要，因為在平時的學習過程當中我們只是把知識點一學，覺得懂了會做題了就一切無憂了，可是在這次設(shè)計的過程當中發(fā)現(xiàn)這是遠遠不夠的。在設(shè)計的過程當中還是有很多不會的，而且就算會但是有很多地方還的注意到實際的應(yīng)用性以及節(jié)省性。畢竟實際當中是需要利益的最大化，所以還是要學會很多的技巧。之所以這次設(shè)計不完整在于我的實際應(yīng)用太少了，對于很多的東西還不懂，所以少做了功放，導致結(jié)果的