电子琴一.docx

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电子琴一

引言

随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们越来越注重自己的精神生活。

与此同时，音乐当然是必不可少的重要环节之一。

大多数父母都为自己的小儿女选择了电子琴，因为它生动形象、简单易懂。

那么电子琴的工作原理又是什么呢？

又简单在哪里呢？

带着这些问题，凭借微薄的模电知识，以及这来之不易的课程设计的机会，我展开了大胆的研究活动，决定在老师的指点与帮助下，研究电子琴的工作原理。

下面把我的思路介绍如下：

首先，要通过查找相关资料，找到七种音调的频率，并且通过频率计算出输入电阻及电容的数值。

其次，要考虑到电压的问题，加入电压放大部分。

最后，还要考虑到功率问题，使其具有一定的带负载的能力。

目录

沈阳工程学院1

课程设计任务书1

成绩评定表2

引言3

目录4

1、基本设计要求6

1.1设计目的6

1.2设计要求6

1.3发挥部分6

1.4软件的使用6

1.5报告的书写6

2、课程设计流图7

3、设计方框图8

4、各模块电路设计9

4.1电路输入部分9

4.1.1设计思路:

9

4.1.2电路图:

9

4.1.3各参数的计算：

9

4.2振荡电路部分10

4.2.1设计思路10

4.2.2电路图10

4.2.3各参数的计算10

4.3电压放大部分11

4.3.1设计思路11

4.3.2电路图11

4.3.3各参数的计算11

4.4电压缓冲部分12

4.4.1电压跟随器及其电路图12

4.5功率放大部分12

4.5.1设计思路

12

4.5.2甲乙类双电源互补对称电路图12

5、总体电路13

5.1总电路图13

5.2仿真结果14

6、设计过程分析15

6.1电路图设计分析15

6.1.1输入电路图分析15

6.1.2电压放大电路图分析15

6.1.3功率放大设计图分析15

6.2电路设计过程简述15

6.2.1设计想法15

6.2.2设计中遇到的问题及问题的解决16

7、元器件清单列表19

7.1集成运算放大器介绍（LM324）19

7.2二极管介绍19

7.3三极管介绍20

小结21

参考文献22

致谢23

附录——逻辑电路图24

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1、基本设计要求

1.1设计目的

✧掌握争先振荡器的构成、原理及设计方法

✧熟悉模拟元件的选择、使用方法

1.2设计要求

✧能生成基本七种声调的正弦波形，幅度>1V。

✧哟一定的带负载能力，输出电阻较小，能驱动喇叭发声。

✧能有效抵制干扰，输出谐波分量<10%。

✧集成运放构成。

1.3发挥部分

✧输出音量可调。

✧调性可调。

✧其他。

1.4软件的使用

仿真软件：

Multisim

Word软件：

office2003

1.5报告的书写

内容：

大纲视图，生成目录，更新域，页码，公式编辑器（上标、下标）

图的标注：

小五字号，图1.1，图1.2…….

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2、课程设计流图

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3、设计方框图

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4、各模块电路设计

4.1电路输入部分

4.1.1设计思路:

由于需要不同的频率，所以要根据公式f=1/2*pi*R*C可求出R和C的值。

声调

dou

ruai

mi

fa

sou

la

xi

频率Hz

264

297

330

352

396

440

495

R*C

0.0012

0.0011

0.0010

0.0009

0.0008

0.0007

0.0006

4.1.2电路图:

图1

4.1.3各参数的计算：

由公式F=1/2*pi*R*C得，R和C的乘积，可计算出数值，当C值取1uF时，可计算出

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电阻R的阻值，R的值分别为600

、535

、480

、450

、400

、360

、320

。

由公式F=1/2*pi*R*C得，R和C的乘积，可计算出数值，当C值取1uF时，可计算出电阻R的阻值，R的值分别为600

、535

、480

、450

、400

、360

、320

。

4.2振荡电路部分

4.2.1设计思路

根据RC并联选频网络的选频特性可知，反馈网络的反馈系数

（s）=sCR/1+3sCR+

，将s=jw和w=1/RC代入上式可得频率F的最大值为1/3，此时又根据公式AF=1可计算出A的最小值为3.

4.2.2电路图

图2

4.2.3各参数的计算

根据同相输入放大电路放大增益的求法可计算出此电路放大增益A=1+（500//R//R+1.9K）/1K,并且根据公式AF=1可计算出A的最小值为3，可根据上式确定电阻的阻值和二极管的选取。

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4.3电压放大部分

4.3.1设计思路

根据后面负载的要求，要使其功率适合负载的要求，应将电压放大，故在此处添加了电压放大电路，由集成运算放大器组成，至于电阻的设置，是根据后面功率的需求所选择的。

4.3.2电路图

图3

4.3.3各参数的计算

根据同相输入放大电路放大增益的计算方法A=1+1/3=1.33.由于电路中电阻的阻值在1K

左右时精确度较高，所以求得如图所示的阻值。

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4.4电压缓冲部分

4.4.1电压跟随器及其电路图

图4

4.5功率放大部分

4.5.1设计思路

电压放大倍数即电压增益A=1+

/

与此同时，为使电路稳定振荡，要求A最小为3，所以求得

/

=2,又因为电阻R在1K

左右比较精确，故选

=3K

，

=1K

，并且，在此部分，并联二极管起到稳定电压作用，并承担一定的电阻。

为使电路失真小，效率低，故选择甲乙类双电源互补放大电路。

4.5.2甲乙类双电源互补对称电路图

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图5

5、总体电路

5.1总电路图

图6

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5.2仿真结果

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6、设计过程分析

6.1电路图设计分析

6.1.1输入电路图分析

根据RC并联选频网络的选频特性，振荡电路的振荡频率f是由相位平衡条件

+

=2npi.n=1,2,3……决定的。

一个正弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，即fο。

欲使振荡电路能自行建立振荡，就必须满足AF=1。

这样，在接通电源后，振荡电路就有可能自行起振，或者说能够自激，最后趋于稳态平衡。

6.1.2电压放大电路图分析

电压放大电路由同相集成电路运算放大器构成，为使由集成运放所组成的各种应用电路能稳定地工作在线性区。

必须引入负反馈。

故引入电路图中的电压放大电路。

6.1.3功率放大设计图分析

功率放大电路要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，因此功率放大电路包含着一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题：

（1）、要求输出功率尽可能大

（2）、效率更高

（3）、线性失真要小

（4）、功率器件的散热问题

又比较三类功率放大器的优缺点，甲类功率放大器的失真小，但工作的效率非常低，最大仅有25%。

然而，乙类功率放大器的工作效率较大，约为78%左右，但是，它的失真非常大，几乎能将输入信号的半个波形削掉。

结合两种情况，选择了甲乙类功率放大器，它失真小，工作效率较大，能达到70%左右。

所以选择了如图所示的功率放大器。

6.2电路设计过程简述

6.2.1设计想法

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由于设计题目“简易电子琴”要求七个音调，因此应该通过改变频率来达到这七

种音调。

故通过两个一连七的开关将RC串联电路和RC并联电路选频网络连接起来。

为使电路能正常起振，而振荡电路的振荡频率f是由相位平衡条件

+

=2npi.n=1,2,3……决定的。

一个正弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，即

。

欲使振荡电路能自行建立振荡，就必须满足AF=1。

这样，在接通电源后，振荡电路就有可能自行起振，或者说能够自激，最后趋于稳态平衡。

这样便构成了选频网络。

设计题目“简易电子琴”的输入信号（由选频网络引起）较小

为使电压符合后面负载的要求，使其功率适合负载的要求，应将电压放大，故想添加了电压放大电路，由集成运算放大器组成，至于电阻的设置，是根据后面功率的需求所选择的。

设计题目“简易电子琴”的输入信号（由选频网络引起）较小，而且电压放大器的电压放大增益不是很大，而且电流放大不是很容易做到，所以选择了功率放大部分，又比较三类功率放大器的优缺点然而，乙类功率放大器的工作效率较大，约为78%左右，但是，它的失真非常大，几乎能将输入信号的半个波形削掉。

结合两种情况，，甲类功率放大器的失真小，但工作的效率非常低，最大仅有25%。

然而，

综上所述，选择了甲乙类功率放大器，它失真小，工作效率较大，能达到70%左右。

所以选择了如图所示的功率放大器。

6.2.2设计中遇到的问题及问题的解决

（1）我在设计电路的过程中，认为功率放大部分最为困难而且最为复杂，所以选择了首先设计功率放大电路。

然而，由于第一次自己设计电路，不知道也不熟练，而且元件的找寻带给我很大的麻烦。

所以课程设计的第一天只做出了功率放大电路并且还是失败的。

自己找了一下错误，但是没有结果。

所以只好在第二天找老师解决。

如下便是我的错误电路和修改后的正确电路。

图表5

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（2）接下来开始设计电压放大电路，这部分电路我个人看来比较简单，作起来比较顺利。

（3）接下来的工作便是电路输入部分，虽说这部分电路道理简单，只是电路较复杂。

但是对我来说，却花费了我大部分时间。

因为我在开关的选取的问题上走了好大的弯路，整整花了我一个晚上。

如下便是我的错误电路和修改后的正确电路。

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图表6

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7、元器件清单列表

7.1集成运算放大器介绍（LM324）

数据库名称:

主数据库

系列组:

Analog

系列:

OPAMP

名称:

LM324AN

作者:

DK

日期:

January01,2001

功能:

QuadGeneral-PurposeOperationalAmplifier

单元:

4

描述:

Input_Voffset=

:

Input_Ibias=

:

Gain_BW=

:

Slew_Rate=

:

Number=

:

Package=

热敏电阻连接：

:

88.00

热敏电阻状况：

:

0.00

功耗:

1.26

降值拐点：

:

0.00

最低工作温度:

0.00

最高工作温度:

70.00

静电放电：

:

250.00

7.2二极管介绍

数据库名称:

主数据库

系列组:

Diodes

系列:

DIODE

名称:

1N1202C

作者:

PZ

日期:

May06,1998

功能:

描述:

Vrrm=200

:

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:

Vfm@If=1.10@12000

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:

trr=5.0

:

Package=DO-203AA

热敏电阻连接：

:

2.00

热敏电阻状况：

:

0.00

功耗:

0.00

降值拐点：

:

0.00

最低工作温度:

-65.00

最高工作温度:

200.00

静电放电：

:

0.00

7.3三极管介绍

数据库名称:

主数据库

系列组:

Transistors

系列:

BJT_NPN

名称:

2N2218

作者:

TL

日期:

January06,1998

功能:

描述:

Vceo=30

:

Vcbo=60

:

Ic（max）=0.5

:

hFE（min）=20

:

hFE（max）=120

:

Ft=250

:

Pd=3

:

Package=TO-39

热敏电阻连接：

:

219.00

热敏电阻状况：

:

58.00

功耗:

3.00

降值拐点：

:

25.00

最低工作温度:

-65.00

最高工作温度:

200.00

静电放电：

:

0.00

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小结

时光飞逝，转眼间一周的课程设计结束了，虽然这一周我每天都熬到很晚，但仍敢到很高兴。

通过了这一周的课程设计，我学到了许多，不仅学到了模电方面的知识，而且还学到了许多做人和毅力方面的知识。

下面就让我具体介绍一下我的课程设计的所得吧！

首先，在模电知识方面，我不仅学会了RC振荡电路的振荡原理、正弦振荡电路的振幅平衡和相位平衡条件，构成了一个完整的振荡电路，而且从中弄懂了选频网络的选频原理，同时，还对同相集成运算放大器有了进一步的理解和认识。

与此同时，还复习了电压跟随器的有关知识并且在此次设计的电路中运用了这一知识，。

更重要的是，我从对功率放大电路的一窍不通变成了能熟练的运用。

而且，还对课本上的甲乙类双电源互补对称电路还做了适当的调整。

其次，从这次的课程设计中我深刻的体会到了团队的力量，大家都交流与建议，会对设计有事半功倍的效果。

最后，从这一周的忙碌的工作学习中，我在毅力方面有了明显的提高，生活学习怎能一帆风顺呢？

难免会遇到一些挫折。

以前我一遇到挫折就心情非常暴躁，很难耐心做其他的事情，更不会认真去研究、去解决问题。

但是，现在不一样了，我学会了耐心踏实的去做一些事情，特别是在学习方面。

课程设计确实很辛苦，同学们的团结互助精神也借此充分体现了出来，这些是非常宝贵的，对我们以后的人生非常有帮助。

对我来说，不仅获得了知识上的丰富而且也获得了精神上的充实。

让我体会了学无海无涯苦做舟的道理。

让我明白了只要与付出就会有收获。

相信这此课程设计一定会在我今后的生活学习起到非常重要的引导与鼓励的作用。

这定会是我一生意义重大的一次经历。

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参考文献

（1）、电子技术基础——模电部分（第五版）

（2）、电子电路设计360例（图书馆图书）

（3）、电子电路改错技巧（图书馆图书）

（4）、互联网（XX百科）

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致谢

为期一周的忙碌并且愉快的课程设计结束了。

首先，在这一周里我要感谢老师对我的教诲与指导，有了老师的帮助，我在理解设计题目“简易电子琴”和设计电路以及对课程设计题目的要求方面我少走了许多弯路，成为了高效率的同学。

老师的“一语惊醒梦中人”，从模电课程设计一开始，就让我对课程设计有了很高的兴趣。

其次，我要感谢在此次课程设计中帮助过我的同学们。

有了大家的帮助，不仅知识方面给了我很大的帮助，而且也在生活方面为我解除了许多压力，虽然课程设计有些累，但有了大家的同心协力也就不觉的累了。

最后，请允许我再一次对在生活中、学习中帮助我的老师和同学们道一声衷心的感谢，谢谢大家!

附录——简易电子琴逻辑电路图