模擬電子技術課程設計——簡易電子琴

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p><b>　　簡易電子琴</b></p><p>　　1設計過程及論文的基本要求</p><p>　　1.1設計過程的基本要求：</p><p>　　基本部分必須完成，發(fā)揮部分可以在已給的范圍或自己尋找資料的范圍內任選；</p

2、><p>　　符合要求的設計報告一份，其中包括邏輯電路圖、實際接線圖各一份；</p><p>　　設計題目必須仿真通過，設計過程的資料草稿上交；</p><p>　　考勤情況、每天任務的完成情況、上機情況、答辯情況。</p><p>　　1.2課程設計論文的基本要求：</p><p>　　藍黑色或黑色鋼筆或碳素筆書寫，不允

3、許用圓珠筆。項目齊全、字跡工整，有條件的可以打印。</p><p>　　裝訂順序：封面、任務書、成績評定表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文（正文的具體要求按老師講課要求）、總結及致謝、參考文獻、附錄（邏輯電路圖與實際接線圖）。</p><p><b>　　1.3時間進度安排</b></p><p><b>　　摘要</b>&

4、lt;/p><p>　　在社會日益發(fā)達的今天，人們的物質生活得到了顯著提高。為了使生活更加健康、平衡，人們開始追求精神上的享受。音樂恰好提供了一個非常好的選擇，也逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會向惡。我們也都會抽空欣賞世界名曲，作為精神的洗禮。</p><p>　　說到音樂，就會想到使用簡單的電子琴。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結合的產物，也是一種比較新型的樂器。在現(xiàn)代

5、音樂中，電子琴扮演著比較重要的角色。由于電子琴使用簡單，因此深受廣大音樂愛好者推崇。目前市場上的電子琴種類繁多,功能也是越來越完善，這些電子琴大都采用集成電路設計。我組成員準備采用RC振蕩電路作為核心的音階獲得裝置，設計出一款簡易電子琴，下面將會介紹我組成員制作電子琴的方法。</p><p>　　一首歌是由不同的音符組成的，而每個音符對應著不同的頻率。這樣我們就可以利用不同的頻率組合，構成我們所想要的音樂了。首先

6、要找到七個基本音階對應的頻率，最后預期的結果是通過改變開關的鍵入，使用模擬儀器對輸出信號進行測試，達到要求。</p><p>　　通過討論，我組設計的簡易電子琴一共包括四個主要部分：RC振蕩電路部分、信號放大部分、電壓控制部分、功率放大部分。</p><p>　　關鍵詞： RC正弦波振蕩電路 集成運算放大器 二級管 功率放大器</p><p><b

7、>　　目錄</b></p><p>　　課程設計任務書II</p><p><b>　　簡易電子琴III</b></p><p>　　1設計過程及論文的基本要求III</p><p>　　模擬電子技術 課程設計成績評定表IV</p><p><b>　　摘要

8、V</b></p><p><b>　　1設計任務描述1</b></p><p>　　1.1設計題目：簡易電子琴1</p><p>　　1.2設計要求：1</p><p><b>　　2設計思路2</b></p><p><b>　　3設計方框圖

9、3</b></p><p>　　4各部分電路設計及參數(shù)計算4</p><p>　　4.1 各部分電路設計4</p><p>　　4.1.1 RC橋式振蕩電路4</p><p>　　4.1.2電壓控制器5</p><p>　　4.1.3功率放大器6</p><p>　　4.

10、2 各部分參數(shù)計算6</p><p>　　4.2.1 RC橋式振蕩電路6</p><p>　　4.2.2電壓放大器的參數(shù)計算：9</p><p>　　5電子琴工作過程分析及其圖像10</p><p>　　5.1簡易電子琴的總電路圖10</p><p>　　5.2電路圖的工作過程分析10</p>

11、<p>　　5.2.1各種不同音階頻率的獲得10</p><p>　　5.2.2頻率信號的初步放大19</p><p>　　5.2.3音階音量大小的控制19</p><p><b>　　6元器件清單20</b></p><p>　　7主要元器件介紹21</p><p><

12、;b>　　小結22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p>　　附錄A1 簡易電子琴總電路圖24</p><p><b>　　1設計任務描述</b></p>

13、<p>　　1.1設計題目：簡易電子琴</p><p><b>　　1.2設計要求：</b></p><p>　　1.2.1設計目的：</p><p>　　掌握正弦振蕩器的構成、原理與設計方法；</p><p>　　熟悉模擬元件的選擇、使用方法。</p><p>　　1.2.2基本要求：

14、</p><p>　　能生成基本七種聲調的正弦波形，幅度>1V；</p><p>　　有一定的帶負載能力，輸出電阻較小，能驅動喇叭發(fā)聲；</p><p>　　能有效抵制干擾，輸出諧波分量<10%；</p><p><b>　　集成運放構成。</b></p><p>　　1.2.3發(fā)揮部

15、分：</p><p><b>　　輸出音量可調；</b></p><p><b>　　調性可調節(jié)；</b></p><p><b>　?。?）其他。</b></p><p><b>　　2設計思路</b></p><p>　　設計思

16、路：首先，我們通過查閱資料獲得了七個音階的低音、中音、高音對應的頻率。最終目的是將這些音階的頻率按要求輸出。于是在整個電路的開始部分我們放置了一個RC橋式振蕩電路， 我們的RC橋式振蕩電路是由RC串并聯(lián)組成的選頻網絡和一套由集成運放OP07CP構成的電壓負反饋放大電路組成的放大網絡。</p><p>　　放大網絡：即RC橋式振蕩電路，其主要的特點就在選頻網絡上， 電阻“R”選擇用一個定值電阻和一個滑動變阻器串聯(lián)；

17、電容“C”則使用7個電容并聯(lián)，開關選用七鍵式的聯(lián)動開關。然后按標準形式連接電路，完成后調節(jié)滑動變阻器使其阻值為零。此時根據給出的7個低音頻率依次確定每個電容的大小，完成后再通過調節(jié)滑動變阻器的阻值來調出7個中音和7個高音。這樣當聯(lián)動開關按鍵接觸不同位置的時候，就會產生不同頻率的7個音符。</p><p>　　放大網絡：我們使用集成運放（例如OP07CP）作主要的放大元件，使用定值電阻R2、R6和由兩個二極管倒向并

18、聯(lián)、再與定值電阻Rf并聯(lián)所組成的穩(wěn)壓裝置作為反饋網絡，并使其增益達到預期要求。</p><p>　　對于第二部分，我們在第一級的輸出端接入一個電壓控制器。我們采用一個定值電阻和一個滑動變阻器串聯(lián)，并將滑動變阻器接地，在這兩個電阻之間接入一個由集成運算放大器（例如TL084ACD）構成的電壓跟隨器。同時分別在集成運放的4腳和11腳上接入正負12V的直流電源。這樣就可以通過改變滑動變阻器的阻值來影響輸入電壓的分配，進

19、而改變輸入到功放的電壓大小。</p><p>　　第三部分是功率放大部分，這部分我們主要采用兩個完全相同的、由集成運算放大器（例如LM324N）構成的電壓跟隨器，每一個電壓跟隨器都接入正負12V直流電源，并將它們并聯(lián)；對并聯(lián)后的電路而言，集成運放的輸入、輸出電壓相同；對電流具有放大作用，因此構成功率放大器。 這樣就可以將較弱信號進行放大。</p><p><b>　　3設計方框圖

20、</b></p><p>　　4各部分電路設計及參數(shù)計算</p><p>　　4.1 各部分電路設計</p><p>　　4.1.1 RC橋式振蕩電路</p><p>　　圖4.1.1 RC橋式振蕩電路圖</p><p>　　RC橋式振蕩電路是由RC串并聯(lián)組成的選頻網絡和一套由集成運放OP07CP構成

21、電壓負反饋組成的放大網絡所構成的。</p><p>　　如圖所示，根據設計思路，我們的RC橋式振蕩電路上面的電阻部分由定值電阻R1和一個滑動變阻器R4串聯(lián)構成；電容部分則使用7個電容并聯(lián)，聯(lián)動開關控制；按標準形式連接電路，完成后調節(jié)滑動變阻器使其阻值為零 ，這樣就可根據已知頻率調出預期輸出頻率。按同樣的道理，振蕩電路下面部分由相同的電阻和電容并聯(lián)構成。</p><p>　　放大網絡我們直接

22、使用集成運放做主要的放大元件，并按設計思路接入電阻和穩(wěn)壓元件。然后調試、仿真，使其增益值能達到起振的條件。</p><p>　　4.1.2電壓控制器</p><p>　　圖4.1.2 電壓控制器電路圖</p><p><b>　　電壓控制器的設計：</b></p><p>　　我們采用一個定值電阻和一個滑動變阻器串

23、聯(lián)，并將滑動變阻器接地，在這兩個電阻之間接入一個由集成運算放大器TL084ACD構成的電壓跟隨器。同時分別在集成運放的4腳和11腳上接入正負12V的直流電源。這樣就可以通過改變滑動變阻器的阻值來影響輸入電壓的分配，進而改變輸入到功放的電壓大小。</p><p>　　4.1.3功率放大器</p><p>　　圖4.1.3 功率放大器電路圖</p><p><

24、;b>　　功率放大器的設計：</b></p><p>　　為了充分利用集成運放的功能，對于此部分的設計，我們主要采用兩個完全相同的、由集成運算放大器（LM324N）構成的電壓跟隨器，每一個電壓跟隨器都接入正負12V直流電源，并將它們并聯(lián)；對并聯(lián)后的電路而言，集成運放的輸入、輸出電壓相同；對電流具有放大作用；因此構成功率放大器。 這樣就可以將較弱信號進行放大。</p><p&g

25、t;　　4.2 各部分參數(shù)計算</p><p>　　4.2.1 RC橋式振蕩電路</p><p>　?。?）選頻網絡R、C數(shù)值大小的計算：</p><p>　　由于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|A·F|>1。在輸出穩(wěn)定頻率的波形前，信號經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

26、率的信號進行不斷衰減，結果就能得到特定頻率。</p><p>　　若想使RC橋式振蕩電路產生振蕩，則必須滿足相應公式：</p><p>　　輸入信號的角頻率為：</p><p>　　即輸入信號的頻率為：</p><p>　　所以可導出電容的計算公式為：</p><p>　　7個音階的低音頻率為：</p>

27、<p>　　表1 七個音階的低音頻率</p><p>　　根據公式可以分別求出7個低音頻率對應的電容C的大小分別為：</p><p>　　表2 七個頻率對應的電容</p><p>　　7個音階的中音頻率為：</p><p>　　表3 七個音階的中音頻率</p><p><b&g

28、t;　　通過公式:</b></p><p>　　可以求出在對應的中音頻率下連入電路中的電阻大小分別為：</p><p>　　表4 對應中音頻率接入電路的阻值</p><p>　　所以滑動變阻器接入的阻值為 ， 即滑動變阻器調到總阻值的35%時,就可以產生中音頻率所對應的波形。</p><p>　　7個音階的高音頻率為：&

29、lt;/p><p>　　表5 七個音階的高音頻率</p><p><b>　　通過公式:</b></p><p>　　可以求出在對應的高音頻率下連入電路中的電阻大小分別為：</p><p>　　表6 對應高音頻率接入電路的阻值</p><p>　　所以滑動變阻器連入的阻值為 ,即滑動

30、變阻器調到總阻值的1%時就可以產生高音頻率所對應的波形，并由示波器顯示出來。</p><p>　　放大電路參數(shù)的計算：</p><p>　　由于RC振蕩電路的反饋電壓增益 : </p><p>　　所以放大電路的電壓增益為: </p><p><b>　　即: </b></p><p>

31、　　但是根據選頻網絡的原理可知，開始時，我們要讓電壓增益 略大于3。</p><p>　　因此， 略大于 ，故可設 的阻值為 （ ）， 的阻值為 。</p><p>　　4.2.2電壓放大器的參數(shù)計算：</p><p>　　為了防止輸出電壓過大，進而可能破壞功率放大器中的某些元件。所以，我們采用了定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)分壓的方式。在我的設計中，采取定值電阻的阻值為

32、滑動變阻器總阻值的4.5倍。因此，定值電阻使用 大小的電阻，滑動變阻器采用總阻值為 大小的電阻。這樣就可以很好的控制進入到功放的電壓大小。</p><p>　　5電子琴工作過程分析及其圖像</p><p>　　5.1簡易電子琴的總電路圖</p><p>　　圖5.1.1 電子琴總電路圖</p><p>　　5.2電路圖的工作過程分析<

33、;/p><p>　　5.2.1各種不同音階頻率的獲得</p><p>　　如圖所示，為我設計的簡易電子琴總體電路圖。只要選出不同音階對應的特定的頻率就可以讓電子琴發(fā)出相應的聲音（本電路圖中，由示波器的振幅大小體現(xiàn)），由公式 </p><p>　　可知只要選頻網絡中的電阻和電容發(fā)生變化，就可以算出變化之后相對應的頻率。根據這一特性我為各個音階設定了不同阻值的電阻和不同容值

34、的電容。</p><p>　　一階低音頻率的獲得及其相關圖像</p><p>　　首先將滑動變阻器全部接入電路，聯(lián)動開關 分別接到電容 處這樣就可以根據特定的阻值、容值選出一階低音頻率來。</p><p>　　其頻率大小及波形如下：</p><p>　?。?）二階低音頻率的獲得及其相關圖像</p><p>　　同上

35、，首先將滑動變阻器全部接入電路，聯(lián)動開關 分別接到電容 處這樣就可以根據特定的阻值、容值選出二階低音頻率來。</p><p>　　其頻率大小及波形如下：</p><p>　　（3）三階低音頻率的獲得及其相關圖像</p><p>　　同理，首先將滑動變阻器全部接入電路，聯(lián)動開關 分別接到電容 處這樣就可以根據特定的阻值、容值選出三階低音頻率來。</p&g

36、t;<p>　　其頻率大小及波形如下：</p><p>　　（4）四階低音頻率的獲得及其相關圖像</p><p>　　同理，首先將滑動變阻器全部接入電路，聯(lián)動開關 分別接到電容 處這樣就可以根據特定的阻值、容值選出四階低音頻率來。</p><p>　　其頻率大小及波形如下：</p><p>　?。?）五階低音頻率的獲得及其相

37、關圖像</p><p>　　同理，首先將滑動變阻器全部接入電路，聯(lián)動開關 分別接到電容 處這樣就可以根據特定的阻值、容值選出五階低音頻率來。</p><p>　　其頻率大小及波形如下：</p><p>　?。?）六階低音頻率的獲得及其相關圖像</p><p>　　同理，首先將滑動變阻器全部接入電路，聯(lián)動開關 分別接到電容 處這樣就可以

38、根據特定的阻值、容值選出六階低音頻率來。</p><p>　　其頻率大小及波形如下：</p><p>　?。?）七階低音頻率的獲得及其相關圖像</p><p>　　同理，首先將滑動變阻器全部接入電路，聯(lián)動開關 分別接到電容 處這樣就可以根據特定的阻值、容值選出七階低音頻率來。</p><p>　　其頻率大小及波形如下：</p>

39、<p>　?。?）各階中音，高音頻率的獲得及其相關圖像</p><p>　　在各個低音頻率相對應的阻值、容值的基礎上通過改變滑動變阻器的阻值來獲得想要的中、高音頻率,；當滑動變阻器滑動到65%和99%時，就可以分別獲得各個音階相應的中、高音頻率。由于七個音階的方法相同，故僅以一階為例。</p><p>　　中音頻率的獲得及圖像：</p><p>　　高

40、音頻率的獲得及圖像：</p><p>　　5.2.2頻率信號的初步放大</p><p>　　從圖5.1.1中看出，選頻網絡的后邊接入的是由型號為OP07CP的集成運算放大器和兩個型號為1N4001的二極管組成的放大電路，它可以將輸入的微弱信號進行放大。</p><p>　　5.2.3音階音量大小的控制</p><p>　　對音階音量大小的控制

41、，我們是用由型號TL086ACD集成運算放大器和滑動變阻器組成的電壓控制器來實現(xiàn)的。只要調節(jié)滑動變阻器的阻值就可以改變音量的大小，當調節(jié)滑動變阻器，使其阻值變大，音量就會放大，反之將會減小。</p><p><b>　　6元器件清單</b></p><p><b>　　7主要元器件介紹</b></p><p>　　<

42、集成運放OP07CP>:</p><p>　　數(shù)據庫名稱: 主數(shù)據庫</p><p>　　系列組: Analog</p><p>　　系列: OPAMP</p><p>　　名稱: OP07CP</p><p>　　作者: DK</p><p>　

43、　日期: January 01, 2001</p><p>　　功能: Low-Offset Voltage Operational Amplifier</p><p>　　描述: Input_Voffset=</p><p>　　: Input_Ibias=</p><p>　　:

44、 Gain_BW=</p><p>　　: Slew_Rate=</p><p>　　: Number=</p><p>　　: Package=</p><p>　　熱敏電阻連接：: 103.00</p><p>　　熱敏電阻狀況：: 43.00<

45、/p><p>　　功耗: 0.50</p><p>　　降值拐點：: 25.00</p><p>　　最低工作溫度: 0.00</p><p>　　最高工作溫度: 70.00</p><p>　　靜電放電：: 0.00</p><p>　　<二極管1N4001

46、>：</p><p>　　數(shù)據庫名稱: 主數(shù)據庫</p><p>　　系列組: Diodes</p><p>　　系列: DIODE</p><p>　　名稱: 1N4001</p><p>　　作者: PZ</p><p>　　日期:

47、May 27, 1998</p><p><b>　　功能: </b></p><p>　　描述: Vrrm=50</p><p>　　: Irrm=50</p><p>　　: Vfm@If=1.1@1000</p><p>　　:

48、 trr=30.0</p><p>　　: Package=DO-35</p><p>　　熱敏電阻連接：: 50.00</p><p>　　熱敏電阻狀況：: 0.00</p><p>　　功耗: 0.00</p><p>　　降值拐點：: 150.00<

49、;/p><p>　　最低工作溫度: -50.00</p><p>　　最高工作溫度: 175.00</p><p>　　靜電放電：: 0.00</p><p><b>　　小結</b></p><p>　　通過此次模擬電子技術基礎課程設計，我熟悉了簡易電子琴的制作方法和設計原理。一周時間

50、，在我組成員相互討論、相互學習，與老師交流、請教之間，很快就結束了。一周的時間雖然短暫，但在這一星期的課程設計中收獲很多。在此次設計中，我認為其核心就是將我們已經學過的各種電路運用到實際當中，將其功能通過特定的器件展示出來。</p><p>　　這是對我們所學的課本知識的測驗，也是對是否能快速吸收新的知識的一種考驗，在自己親自操作的時候，才能體驗到它具有的挑戰(zhàn)性。在設計的時候，總會遇到一些讓人很難理解的問題。給我

51、印象最深的是，經過老師的指導，要想得到七個音階的頻率信號，必須先做好只有一個音階頻率時的電路?；厝ヒ院?，按照教材上的電路圖畫好以后，以為仿真肯定能通過，但是事實不是，根本不能起振。后來請教老師以后，才能達到我們想要的結果。所以，在以后的學習和其它課程設計的時候，我們一定要細心的檢查并發(fā)現(xiàn)、解決問題。這次經歷也為以后成為工程設計師之路打下了基礎。</p><p>　　在沒有確定方案的時候，我們必須先查閱資料，再和我

52、組成員討論，然后去向老師請教，最后確定電路圖的設計方向。過程比較復雜，但是在一次又一次的反復中，我的獨立思考、解決問題的能力有了進步。以前不懂的、或是似懂非懂的知識與常識變得清晰明了，并能運用到實踐中，大大提升了自己的動手能力。</p><p>　　在設計與仿真的過程中，對某些元件的功能及特點有了很好的了解，這對以后的學習或是工作都是很有幫助的。讓我明白了實際接線圖與理論電路圖之間的差異。為了很好的體現(xiàn)仿真結果，

53、選擇什么樣的器件測量也是一個很重要的問題。</p><p>　　在設計的過程中，我也發(fā)現(xiàn)了自己很多不足的地方：對一些概念只有模糊的記憶；對電路的增益計算、正向放大、RC選頻網絡還有欠缺。但是一周的思考與學習把這些問題都解決了。</p><p>　　總之，對電子琴的成功設計，是大家相互學習，并向老師請教指導的結果。在思考的同時，必須把實踐相結合。不僅能提高動手能力，還能培養(yǎng)團隊合作精神。當我

54、們成功的時候，大家一起微笑，那也是一種美好的體驗。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　這一周對簡易電子琴的設計能夠圓滿成功，靠自己的力量是遠遠不夠的。在這里，我要感謝zz老師給我的指導。由于理論知識學得不是特別好，因此在設計過程中遇到了很多不明白的地方。每次請教老師的時候，都能很仔細的為我們接答，不管是簡單的問題，還是復雜的問題。在對電路的

55、調試時，對我更是比較困難，每次老師在講解以后，都會給我們比自己設計更好的建議。加快了我們設計成功的速度。</p><p>　　在這里也感謝學校能夠提供一次鍛煉學生將理論與實踐相結合的能力的機會。</p><p>　　也感謝我組成員對我的幫助，在遇到問題的時候，他們一定會第一時間幫我。在問題解決的同時，也學會了新的東西。大家在一起討論、研究與測試，各自發(fā)揮所長。由于我們的良好配合，在周四之前

56、，我組就完成了設計。再一次感謝你們！</p><p>　　最后，對其他的對我?guī)椭娜艘脖硎菊\摯的謝意。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】《電子技術基礎（模擬部分）》 華中科技大學電子技術課程組 康華光 陳大欽 張林 編 高等教育出版社</p><p>　　【

57、2】《高等學校教材 模擬電子技術實驗教程》 梁秀梅 于平義 陳翠琴 胡建 許行珺 編 西北工業(yè)大學出版社</p><p>　　【3】《電子技術試驗與課程設計》 2版 畢滿清 編 北京機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　附錄A1 簡易電子琴總電路圖</p><p>　　圖表 1 簡易電子琴電路圖</p>