模電課程設(shè)計-簡易電子琴

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)理學(xué)院簡易電子琴電路的設(shè)計（模擬電路課程設(shè)計） 專 業(yè) 應(yīng)用物理學(xué)（智能化測試技術(shù)） 班 級 12測試 學(xué) 號 學(xué)生姓名 仲于 指導(dǎo)教師 張文婷 設(shè)計時間 2014 年 6 月 17 日 教師評分 2014年 6 月17日目錄目錄.2第一章 摘要.3第二章 設(shè)計方案.32.1設(shè)計目的.32.2設(shè)計要求及主要技術(shù)指標(biāo). .4第三章 電路原理圖 .63.1 電路仿真圖.6第四章 元件清單.6 4.1 元件表格.64.2 元件說明.7第五章 設(shè)計過程.85.1 電路系統(tǒng).8 5.2參數(shù)推導(dǎo).9 5.3 仿真參數(shù)和仿真電路 .10第六章 焊接過程與調(diào)試.15第七章 心得體會

2、 . .16第八章 參考文獻(xiàn).17第一章 摘要于固定的簡單功能的實現(xiàn)，模擬電路具有結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，成本低廉的優(yōu)點。在這方面，模擬電路得到廣泛的應(yīng)用。模擬電路中的RC正弦波振蕩電路具有一定的選頻特性，樂聲中的各音階頻率也是以固定的聲音頻率為機(jī)理的。本課程設(shè)計以制作一個簡易電子琴為最終結(jié)果，主要以硬件測試為主。首先進(jìn)行電路分析，設(shè)計電路圖，其次考慮所有可能出現(xiàn)的問題，完善電路圖，再選擇合適的器件，最后按照電路圖線路搭試，調(diào)試測試，直至達(dá)到理想的目標(biāo)。第二章 設(shè)計方案2.1、鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識；通過設(shè)計了解如何運用電子技術(shù)來實現(xiàn)溫度測量和控制任務(wù)； （2）實踐所掌握的電子制作技能； （3）會

3、運用multisim工具對所作出的理論設(shè)計進(jìn)行模擬仿真測試,進(jìn)一步完善理論設(shè)計； （4）通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料,熟悉常用電子器件的類型和特性,并掌握合理選用元器件的原則； （5）掌握模擬電路的安裝、測量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法,能力分析實驗中出現(xiàn)的正?；虿徽，F(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題； （6）學(xué)會撰寫課程設(shè)計報告； （7）培養(yǎng)實事求是,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴(yán)肅的工作作風(fēng)； （8）完成一個實際的電子產(chǎn)品；進(jìn)一步提高分析問題、解決問題的能力。2.2 、基本樂理知識音調(diào)主要由聲音的頻率決定，樂音(復(fù)音)的音調(diào)更復(fù)雜些，一般可認(rèn)為主要由基音的頻率來決定。也即一定頻率的聲

4、音對應(yīng)特定的樂音。在以C調(diào)為基準(zhǔn)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。表1 八個基本音階在C調(diào)時所對應(yīng)的頻率C調(diào)1234567i /Hz2642973303523964404955282.3 、設(shè)計原理RC橋式振蕩電路如圖1-1所示。 圖1-1 RC橋式振蕩電路2.3.1 、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)選頻網(wǎng)絡(luò)，其理論推導(dǎo)如下：諧振： （1）諧振：（2）可得選頻特性：（3）取 R1

5、= R2 = R ， C1 = C2 = C ，令得 RC 串并聯(lián)電路的幅頻特性為：（4）相頻特性為：（5） 最大，。即當(dāng)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。2.3.2 、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(bǔ)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：振幅條件： （6）相位條件：（7）2.3.3

6、、起振條件自激振蕩的初始信號一般較小，為了得到較大強(qiáng)度的穩(wěn)定波形，起振條件需滿足|A·F|>1。在輸出穩(wěn)定頻率的波形前，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(jìn)行不斷放大，非選定頻率的信號進(jìn)行不斷衰減，結(jié)果就是得到特定頻率的穩(wěn)定波形。2.4 、設(shè)計方案的確定根據(jù)上節(jié)分析，通過RC自激振蕩電路產(chǎn)生正弦波來驅(qū)動喇叭發(fā)出聲音，改變選頻網(wǎng)絡(luò)中R和C的值，即可改變正弦波的頻率，從而使喇叭發(fā)出不同頻率的聲音。要求確定設(shè)計原理圖，使其能夠發(fā)出八個不同頻率的聲音（即通過改變選頻網(wǎng)絡(luò)的R和C的值，產(chǎn)生八種不同的振蕩頻率）。該電路應(yīng)包括集成運放，RC正反饋自激振蕩電路（其中包括克

7、產(chǎn)生八種不同振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)），負(fù)反饋穩(wěn)幅電路以及驅(qū)動集成運放工作的電源電路。第三章 電路原理圖電路仿真圖如下：第四章：元件清單4.1、如表為課設(shè)選取原件列表表6-1 課設(shè)選取原件列表元件名稱與規(guī)格數(shù)量LM324N1個LM386N1個8、0.25W揚聲器1個470F鋁電解電容1個10F鋁電解電容1個0.1F瓷片電容2個100nF瓷片電容1個47nF瓷片電容1個二極管1N40072個電阻若干復(fù)位器8個導(dǎo)線若干4.2 、元件說明 1. LM324N 類型:低功率放大器數(shù)目:4帶寬:1MHz針腳數(shù):14:-40°C to +85°CSVHC():No SVHC (18-Jun-

8、2010)封裝類型:DIP-3dB帶寬增益乘積:1MHz變化斜率:0.5V/s器件標(biāo)號:324工作溫度最低:-40°C工作溫度最高:85°C放大器類型:低功耗電源電壓 最大:32V電源電壓 最小:3V芯片標(biāo)號:324表面安裝器件:通孔安裝輸入偏移電壓最大:7mV邏輯功能號:324額定電源電壓:+5V2. LM386 LM386的引腳圖LM386的外形和引腳的排列如右圖所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。查LM386的datasheet，電源電壓4-12

9、V或5-18V(LM386N-4)；靜態(tài)消耗電流為4mA；電壓增益為20-200；在1、8腳開路時，帶寬為300KHz；輸入阻抗為50K；音頻功率0.5W。第五章 設(shè)計過程5.1、電路系統(tǒng)：改變電流值LM324N自激振蕩產(chǎn)生正弦波經(jīng)過LM386放大電路喇叭發(fā)聲5.2、參數(shù)推導(dǎo)選定: （8）由式（3）推導(dǎo)可得： （9）則由式(8)及起振條件|A·F|>1，可得： 即: （10）所以RF1，RF2和Rf的選取應(yīng)滿足式(9)，但實際取值時，應(yīng)讓RF1略小于Rf。RF2的取值也應(yīng)適當(dāng)，以滿足式(6)，實現(xiàn)自激振蕩。選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率推導(dǎo)公式為： （11）根據(jù)式(8)、式(10)、式(11)

10、，再結(jié)合表1的頻率數(shù)據(jù)，即可確定電路中的元器件參數(shù)。需要注意的是，在確定R2內(nèi)部電阻值時，應(yīng)該從R21開始，逐個進(jìn)行。5.3、仿真參數(shù)和仿真電路圖根據(jù)上述方法，可得出如下所示的參考參數(shù)。R21=1495. R22=1070 R23=575 R24=819 R25=600 R26=540 R27=246 R28=1781RF1=2K RF2=1K R1=5.1K R3=33Rp1=5K Rp1=10K Rp1=5K C1=C2=0.1u C3=10uF C4=100nF C5=47nF C6=470uF如圖3-2為仿真時的電子琴的電路圖，上面部分為電子琴的選頻網(wǎng)絡(luò)，左下角是電路的負(fù)反饋放大部分，

11、右下角為音頻放大輸出部分。為使仿真時電路波形不失真可以調(diào)節(jié)Rp1的大小，為使喇叭不因為電壓太大而燒掉可以調(diào)節(jié)Rp3，使喇叭上的電壓不至于過大。 5.3.1、multisim仿真軟件界面： 5.3.2、仿真電路圖5.3.3、仿真過程：1、頻率為528Hz波形周期T1=50/13， 頻率f1=2602、頻率為495Hz波形周期T2=50/15， 頻率f2=3003、頻率為440Hz波形周期T3=50/16.5，頻率f3=3304、頻率為396Hz波形周期T4=50/17.5，頻率f4=3505、頻率為352Hz波形周期T5=50/20， 頻率f5=4006、頻率為330Hz波形周期T6=50/22

12、， 頻率f6=4407、頻率為297Hz波形周期T7=50/24.5，頻率f7=4908、頻率為246Hz5.3.4、電路成品第六章 焊接過程與調(diào)試 在焊接過程中，學(xué)習(xí)了LM324N和LM386接線。如圖6-1和圖6-2分別為LM324N和LM386管腳圖圖6-1 LM324N管腳圖 圖6-2 LM386管腳圖(3)在電路板布局過程中，要充分利用空間，合理有效的排板(4)焊接過程中，要注意復(fù)位器的接法，用錫焊接時注意用量(5)為保護(hù)電路，在測試時應(yīng)該將電位器接入電路中的電阻調(diào)至最大，然后再慢慢調(diào)節(jié)電位器，使輸出音質(zhì)最好(6)測試中，有幾點要求：在按鍵后發(fā)出對應(yīng)的音階聲，并且在相應(yīng)的頻率；要求喇叭性能好。經(jīng)試音比較，選取了大紙盆喇叭，音質(zhì)更好；要求輸入、輸出濾波好。濾波不好，會輸出很大噪音或者產(chǎn)生嚴(yán)重失真。為使發(fā)出的聲音好，可以調(diào)節(jié)各個電位器。第七章 心得體會這是一次非常有意義的一次課程設(shè)計。個人感覺如果平時上課時能夠多布置一些類似的任務(wù)，對于我們的專業(yè)課學(xué)習(xí)室很有好處的。本次的電子琴課程設(shè)計讓我們初次接觸到了模擬電子電路的課程設(shè)計，在這個過程中，我們每個人都遇到了很多難題，焊接好一個電路之后，進(jìn)過調(diào)試，大多數(shù)的電子琴都無法正常工作。經(jīng)過檢查，我們發(fā)現(xiàn)了各種各樣的錯誤，也有很多簡單的錯誤，都是平時不在意的小問題，這些小問題帶到實際應(yīng)用中就會產(chǎn)生