简易电子琴设计报告完整版Word下载.docx
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指导教师签名:
年月日
一、设计条件
1.可选元件(或自备元件):
运放:
若干
功放:
电阻、电容、电位器:
若干
2.可用仪器:
万用表,示波器,毫伏表,信号发生器,直流稳压源
二、设计任务及要求
1.设计任务
根据技术要求和已知条件,完成对简易电子琴电路的设计、装配与调试。
2.设计要求
(1)按下不同琴键即改变RC值,能发出C调的八个基本音阶。
采用运放构成振荡电路,用集成功放电路输出。
八个基本音阶C调对应频率如下表所列:
C调
1
2
3
4
5
7
i
f0/Hz
264
297
330
352
396
440
495
528
(2)选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数,选择元件,画出总体电路原理图,阐述基本原理。
(用Proteus或MultiSim软件完成仿真)
(3)安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
三、时间安排
1.第10周:
布置设计任务,讲解设计要求、实施计划、设计报告等要求。
完成选题。
2.第10~14周:
完成资料查阅、设计、仿真。
3.第15~16周:
制作与调试,完成课程设计报告撰写。
4.第16~17周:
提交课程设计报告,课程设计验收,答辩。
摘要
简易电子琴一般是由正弦波产生电路,功率放大电路和滤波电路组成。
简易电子琴是通过RC串并联网络和集成运放产生一个稳定的正弦波(要产生八种不同的音调,在输入端就并联了八种不同的RC支路)。
由于该正弦波功率很小,无法驱动喇叭正常工作,须得在正弦波后面加一个集成功放,把正弦波放大之后再通过滤波网络滤去高频干扰信号,以此来实现对喇叭的驱动。
关键词
正弦波发生器,功率放大,滤波网络
1绪论
电子琴对于丰富人类的精神生活有着很重要的作用,已经进入了家家户户的生活。
而我们利用基本的工作原理设计了一个简易电子琴,能达到基本的电子琴的要求,当然也能弹奏出简单的曲目。
通过设计词电路,我了解了简易电子琴的基本工作原理,在一定程度上对现代电子琴的了解有作用,而且做这样一个简易电子琴能然让我很好的利用模电知识。
这次的课程设计让我们将理论作用于实践之上,简单清脆的曲调着实有了很大的成就感。
2技术指标及要求
2.1设计任务及要求
2.1.1设计任务
·
·
根据技术要求和已知条件,完成对简易电子琴电路的设计、装配与调试。
2.1.2设计要求
(1)按下不同琴键即改变RC值,能发出C调的八个基本音阶。
(2)选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。
2.2设计思想
本次设计首先采用RC正弦振荡电路产生正弦波,产生正弦波就需要用到运放,而且需用正反馈,调节电位器是放大倍数至少达到三倍。
(达到起振的要求)然后通过示波器观察波形是否是正弦波,然后接一个功放,最后通过滤波网络输出。
3方案论证及整体电路工作原理
3.1方案论证
3.1.1正弦波振荡
由于需要产生正弦波,根据模电书上的RC串并联选频网络设计电路图如上,正反馈网络的反馈电压是同相比例运算电路的输入电压,于是需要调节电位器是整个电路的Au>
=3.另外还在Rf回路中在电阻上并联二极管以达到使输出电压稳定的结果。
3.1.2功率放大
由设计要求,集成LM386的电源电压为4~12v,因此在选择电源电压时不能超过12v,否则可能烧坏芯片,前面那个电位器是是调节音量的,喇叭的参数为0.5W,8Ω,当电源电压为12V时,在8Ω的负载情况下,可提供几百mv的功率,可以使喇叭发出声音。
3.2整体电路工作原理
4单元电路设计:
计算,元器件选择及电路图
4.1RC串并联选频网络电阻的选择
在电路中,集成运放的电源电压为
(双电源),c1=c2=c=0.1uF,R1=R3=R4=1K,调节电位器Rf(5K)使电路起振,因为是频率可调的电路,因此R1
R2,,则振荡频率
由给定的频率参数
表1
将上面的频率带入f0公式分别算出八个电阻的阻值
表2
f0/Hz
电阻值(KΩ)
36.3
28.68
23.23
20.41
16.13
13.06
10.32
9.07
4.2滤波电容的选择
由于在通过功放之后会有高频信号输出,因此需要设计一个通高频,阻低频的滤波信号由公式
算出一对R和C,比如选用C=4.7nF和R=100Ω,带入公式之中算出被滤去的信号为33Khz左右,对我们需要的从264hz到528hz之间的信号没有影响,且提高了信号的质量。
4.3电路图如下所示
5Multisim仿真结果显示
5.1当接入电阻为9.07KΩ的闭合时,其仿真结果如图所示
如图所示,其周期为T=3.8
500us,于是f=1/T=526hz,与理论值出入不大。
5.2闭合第二个开关,接入的是10.32KΩ的电阻,其示波器的图如下所示
由图可知,T=4.2
500us,于是f=1/T=476hz,由于有观察者的误差,从数据上看与理论值还是很接近的。
1.同理,依次测得3号到6号开关闭合时的测量频率依次如下所示
3号开关闭合,T=4.6
500us,f=1/T=434hz
4号开关闭合,T=5.1
500us,f=1/T=392hz
5号开关闭合,T=6.0
500us,f=1/T=333hz
6号开关闭合,T=6.3
500us,f=1/T=317hz
2.7号开关闭合时,其示波器图如下所示:
T=7.2
500us,f=1/T=277hz
8号开关闭合时,其电路图如下所示:
T=8.3
500us,f=1/T=240hz
3.测试结果与理论参数分析
在实验室测得的结果与仿真结果符合,但测量值和仿真值却又出入。
这种误差的大小可以从以下数据可以看出。
误差分析如下图所示
表3
理论值(Hz)
测试值(Hz)
误差值(Hz)
《《由表3中的数据可知,在低频段存在较大误差,这一方面由读书误差引起,另一方面可能是我选择的电阻不是很精确,但最后通过实验产品声音的检测结果来看,从1~i八个音阶的区别还是比较明显的,这从一定程度上说明了我这种方案的可行性,所以设计上基本算达到了需要的要求。
>
6课程设计成果展示:
7元件及器件明细
表4
序号
名称
型号
数量
单运放
LM741
功放
LM386
按键
8
扬声器
电容
0.0047uF
0.1uF
220uF
电阻
1K
9
100
10
二极管
1N4007
11
电位器
20k
12
13
5K
14
50K
15
16
电路板
双面
8成果评价,设计特点,存在的问题及改进意见
8.1成果放入评价:
本次简易电子琴的课程设计中,通过按键,喇叭能发出的清脆的1~i八个音阶,而且每个音阶区分清楚。
此外,还能通过调节后端电路中的电位器,调节音量。
8.2本次设计的特点
一、是在运放端并入八个不同阻值的电阻,依次来实现发出八种不同音阶的功能
二、是运放要有正反馈,以及运放要接正负电源。
通过调节电位器来调节运放的起振频率,这样才能让运放工作(这也是一大关键)。
三、是可以通过调节与LM386连接的电位器来调节音量。
8.3存在的问题和改进的意见
由于元件中的串并联电路中的电阻不精确,而且电位器的调节并不是很精确,这样就和理论的值有出入,这也就在一定程度上造成了发生不是很精准。
为了让音阶更加准确,我采用示波器现实波形,这样通过调节频率(使频率达到接近理论频率)。
通过这样的调节,确实达到了一定的效果,但是,音阶还不是很准。
有时可能还会受到外界频率的影响,这也是另外一个不足之处。
9设计总结:
为了本次课程设计,我跑遍了图书馆,找了很多的图书资料,还在网上找了很多的相关资料。
这样找资料的过程让我通晓了很多的获取资料的途径。
这样也算是一大收获。
焊接电路的过程中,基本还算顺利,细心加耐心让我在焊接的过程中少走了很多的弯路。
但是在调试的过程中,我遇到了一些问题。
开始的时候,我调试好了串并联的电阻阻值,可在调试过程中,问题就现出来了。
先有很大的噪音,这样就压下了音阶的发音。
后来这个通过转换电容,解决的了这个问题。
原来是滤波电路滤波不精当。
解决完这问题后,发现串并联电路无法使运放工作。
苦思了很久,通过一级一级电路的查找,正弦发生器无法正常的工作。
是起振频率不够,调节电位器到1k左右后,电路发出了清脆的响声。
问题就此解决的了。
之后就是细调了,慢慢的解决问题,一步一步的完成了这个电子琴。
此次调试过程中,我更加清楚的了解了电路的各个功能。
此外,我还懂得如何处理这种复杂不知道如何下手的情况,耐心和信心让我有了能顺利的调试好电路。
好好的实践确实能让自己更好的提升。
在本次课程设计中,我不仅遇到了调试过程中的艰辛,还知道了一个产品的制作,不是说焊接好了就完事了的,那只是一小部分。
当然,我也尝到了成功的果实。
在听到电子琴的发音又嘶哑变得清晰,再由音阶不准变得比较标准,一种成就感油然而生。
总之,本次的课程设计让我受益很多。
参考文献
【1】童诗白,华成英。
模拟电子技术基础(第四版),高等教育出版社。
【2】图书馆,超星读秀
【3】舒庆莹.凌玲.模拟电子技术基础实验.武汉:
武汉理工大学出版社,2008.2
10附录
LM386
课程设计成绩评定表
姓名
学号
专业、班级
课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
课程设计评分表
评定项目
满分
评分成绩
1.设计方案合理,具有可行性、创新性
2.设计过程完整,理论计算正确,仿真效果好
20
3.设计结果(例如:
硬件成果、软件程序)
4.目的明确,工作认真,遵守纪律
5.设计报告规范,资料掌握充分
6.答辩
总分
备注:
成绩等级:
优(90分—100分)、良(80分—89分)、中(70分—79分)、及格(60分—69分)、60分以下为不及格。