模电课程设计-简易电子琴

1数理学院简易电子琴电路的设计（模拟电路课程设计）专业应用物理学（智能化测试技术）班级12测试学号20120405142学生姓名仲于指导教师张文婷设计时间2014年6月17日教师评分2014年6月17日2目录目录.............................................................2第一章摘要......................................................3第二章设计方案..................................................32.1设计目的...................................................32.2设计要求及主要技术指标....................................4第三章电路原理图...............................................63.1电路仿真图................................................6第四章元件清单..................................................64.1元件表格..................................................64.2元件说明..................................................7第五章设计过程..................................................85.1电路系统...................................................85.2参数推导....................................................95.3仿真参数和仿真电路........................................10第六章焊接过程与调试............................................15第七章心得体会................................................16第八章参考文献..................................................17第一章摘要3于固定的简单功能的实现，模拟电路具有结构简单，实现方便，成本低廉的优点。在这方面，模拟电路得到广泛的应用。模拟电路中的RC正弦波振荡电路具有一定的选频特性，乐声中的各音阶频率也是以固定的声音频率为机理的。本课程设计以制作一个简易电子琴为最终结果，主要以硬件测试为主。首先进行电路分析，设计电路图，其次考虑所有可能出现的问题，完善电路图，再选择合适的器件，最后按照电路图线路搭试，调试测试，直至达到理想的目标。第二章设计方案2.1、巩固所学的相关理论知识；通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务；（2）实践所掌握的电子制作技能；（3）会运用multisim工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计；（4）通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则；（5）掌握模拟电路的安装、测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题；（6）学会撰写课程设计报告；（7）培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风；（8）完成一个实际的电子产品；进一步提高分析问题、解决问题的能力。2.2、基本乐理知识音调主要由声音的频率决定，乐音(复音)的音调更复杂些，一般可认为主要由基音的频率来决定。也即一定频率的声音对应特定的乐音。在以C调为基准音的八度音阶中，所对应的频率如表1所示。如果能够通过某种电路结构产生特定频率的波形信号，再通过扬声器转换为声音信号，就能制作出简易的乐音发生器，再结合电子琴的一般结构，就可实现电子琴的制作了。表1八个基本音阶在C调时所对应的频率C调1234567i0f/Hz2642973303523964404955282.3、设计原理4RC桥式振荡电路如图1-1所示。图1-1RC桥式振荡电路2.3.1、RC串并联选频网络RC桥式振荡电路可以选出特定频率的信号。具体实现过程的关键是RC串并联选频网络，其理论推导如下：串联11CR谐振：)/(1111CjRZ（1）并联22CR谐振：（2）可得选频特性：（3）取R1=R2=R，C1=C2=C，令RC10)1j()1(1j11j1j1122112212211222212fCRCRCCRRCRCRCRRUUF)j(3100F2002)(31F22221CRjRZ5得RC串并联电路的幅频特性为：（4）相频特性为：（5）最大，0F。即当f0=1／(2πRC)时，输出电压的幅值最大，并且输出电压是输入电压的1／3，同时输出电压与输出电压同相。通过该RC串并联选频网络，可以选出频率稳定的正弦波信号，也可通过改变R，C的取值，选出不同频率的信号。2.3.2、振荡条件图2所示为含外加信号的正弦波振荡电路，其中A，F分别为放大器回路和反馈网络的放大系数。图2中若去掉Xi，由于反馈信号的补偿作用，仍有信号输出，如图3所示Xf=Xi，可得自激振荡电路。自激振荡必须满足以下条件：振幅条件：1||FA（6）相位条件：ZnnBA,2（7）2.3.3、起振条件自激振荡的初始信号一般较小，为了得到较大强度的稳定波形，起振条件需满足|A·F|1。在输出稳定频率的波形前，信号经过了选频和放大两个阶段。具体来说，是对于选定的频率进行不断放大，非选定频率的信号进行不断衰减，结果就是得到特定频率的稳定波形。2.4、设计方案的确定根据上节分析，通过RC自激振荡电路产生正弦波来驱动喇叭发出声音，改变选频网络中R和C的值，即可改变正弦波的频率，从而使喇叭发出不同频率的声音。要求确定设计原理图，使其能够发出八个不同频率的声音（即通过改变选频网络的R和C的值，产生八种不同的振荡频率）。该电路应包括集成运放，RC正反馈自激振荡电路（其中包括克产生八种不同振荡频率的选频网络），负反馈3arctg00F时，当RC1031F6稳幅电路以及驱动集成运放工作的电源电路。第三章电路原理图电路仿真图如下：第四章：元件清单4.1、如表为课设选取原件列表表6-1课设选取原件列表元件名称与规格数量LM324N1个LM386N1个8Ω、0.25W扬声器1个470μF铝电解电容1个10μF铝电解电容1个0.1μF瓷片电容2个100nF瓷片电容1个47nF瓷片电容1个二极管1N40072个7电阻若干复位器8个导线若干4.2、元件说明1.LM324N类型:低功率放大器数目:4带宽:1MHz针脚数:14工作温度范围:-40°Cto+85°CSVHC(高度关注物质):NoSVHC(18-Jun-2010)封装类型:DIP-3dB带宽增益乘积:1MHz变化斜率:0.5V/μs器件标号:324工作温度最低:-40°C工作温度最高:85°C放大器类型:低功耗电源电压最大:32V电源电压最小:3V芯片标号:324表面安装器件:通孔安装输入偏移电压最大:7mV8逻辑功能号:324额定电源电压:+5V2.LM386LM386的引脚图LM386的外形和引脚的排列如右图所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。查LM386的datasheet，电源电压4-12V或5-18V(LM386N-4)；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200；在1、8脚开路时，带宽为300KHz；输入阻抗为50K；音频功率0.5W。第五章设计过程5.1、电路系统：改变电流值→LM324N自激振荡→产生正弦波→经过LM386放大电路→喇叭发声5.2、参数推导选定:2121RRRR且（8）由式（3）推导可得：21/2121RRF（9）则由式(8)及起振条件|A·F|1，可得：21121pFFRRRA9即:21FFRR1pR（10）所以RF1，RF2和Rf的选取应满足式(9)，但实际取值时，应让RF1略小于Rf。RF2的取值也应适当，以满足式(6)，实现自激振荡。选频网络的频率推导公式为：21021RRCf（11）根据式(8)、式(10)、式(11)，再结合表1的频率数据，即可确定电路中的元器件参数。需要注意的是，在确定R2内部电阻值时，应该从R21开始，逐个进行。5.3、仿真参数和仿真电路图根据上述方法，可得出如下所示的参考参数。R21=1495Ω.R22=1070ΩR23=575ΩR24=819ΩR25=600ΩR26=540ΩR27=246ΩR28=1781ΩRF1=2KΩRF2=1KΩR1=5.1KΩR3=33ΩRp1=5KΩRp1=10KΩRp1=5KΩC1=C2=0.1uC3=10uFC4=100nFC5=47nFC6=470uF如图3-2为仿真时的电子琴的电路图，上面部分为电子琴的选频网络，左下角是电路的负反馈放大部分，右下角为音频放大输出部分。为使仿真时电路波形不失真可以调节Rp1的大小，为使喇叭不因为电压太大而烧掉可以调节Rp3，使喇叭上的电压不至于过大。105.3.1、multisim仿真软件界面：5.3.2、仿真电路图5.3.3、仿真过程：1、频率为528Hz波形周期T1=50/13，频率f1=260112、频率为495Hz波形周期T2=50/15，频率f2=300123、频率为440Hz波形周期T3=50/16.5，频率f3=3304、频率为396Hz波形周期T4=50/17.5，频率f4=350135、频率为352Hz波形周期T5=50/20，频率f5=4006、频率为330Hz波形周期T6=50/22，频率f6=440147、频率为297Hz波形周期T7=50/24.5，频率f7=4908、频率为246Hz155.3.4、电路成品16第六章焊接过程与调试在焊接过程中，学习了LM324N和LM386接线。如图6-1和图6-2分别为LM324N和LM386管脚图图6-1LM324N管脚图图6-2LM386管脚图(3)在电路板布局过程中，要充分利用空间，合理有效的排板(4)焊接过程中，要注意复位器的接法，用锡焊接时注意用量(5)为保护电路，在测试时应该将电位器接入电路中的电阻调至最大，然后再慢慢调节电位器，使输出音质最好(6)测试中，有几点要求：在按键后发出对应的音阶声，并且在相应的频率；17要求喇叭性能好。经试音比较，选取了大纸盆喇叭，音质更好；要求输入、输出滤波好。滤波不好，会输出很大噪音或者产生严重失真。为使发出的声音好，可以调节各个电位器。第七章心得体会这是一次非常有意义的一次课程设计。个人感觉如果平时上课时能够多布置一些类似的任务，对于我们的专业课学习室很有好处的。本次的电子琴课程设计让我们初次接触到了模拟电子电路的课程设计，在这个过程中，我们每个人都遇到了很多难题，焊接好一个电路之后，进过调试，大多数的电子琴都无法正常工作。经过检查，我们发现了各种各样的错误，也有很多简单的错误，都是平时不在意的小问题，这些小问题带到实际应用中就会产生和大的问题，这一点我深有体会！此次设计中我们通过了相关的设计计算和电路的焊接调试让我们深层次的了解了我们之前所学的基础知识，不仅提高了我们自主学习的能力，更重要的是锻炼了我们动手和自主分析解决问题的能力。第八章参考文献1、《模拟电子技术基础》，童诗白、花成英主编，高等