模电课程设计简易电子琴电子琴.docx
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模电课程设计简易电子琴电子琴
模拟电子电路
课程设计说明书
题目名称：
姓名：
班级：
学号：
日期：
模拟电子电路课程设计任务书
适用专业：
测控技术与仪器、电子信息工程、电气工程及其自动化
设计周期：
一周
一、设计题目：
简易电子琴的设计
（一）
二、设计目的
1、研究正弦波等振荡电路的振荡条件。
2、学习音频集成功率放大器的应用。
3、学习音频产生电路的应用及设计方法以及主要电路指标的测试方法。
三、设计要求及主要电路指标
设计要求：
通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，按下不同琴键改变RC值，发出C调的八个基本音阶，采用运算放大器构成振荡电路，用集成功放电路输出音调，从而达到电子琴固有的基本功能。
1、方案论证，确定总体电路原理方框图。
2、单元电路设计，元器件选择。
3、仿真调试及测量结果。
主要电路指标
1、产生C调八个基本音阶的频率
音阶唱名
（C调）
1
2
3
4
5
6
7
i
f0/Hz（理论）
264
297
330
352
396
440
495
528
2、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率，与基本音阶的频率进行比较。
3、要求集成音频功放的内置电压增益为20倍以上。
四、仿真需要的主要电子元器件
1、运算放大电路（如LM324）2、集成功放（如LM386）3、喇叭4、二极管、电阻器、电容器等
五、设计报告总结（要求自己独立完成，不允许抄袭）。
1、对所测结果（如：
音频频率值，出电压放大倍数等）进行全面分析，总结理论与实际间的误差。
2、分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。
3、给出完整的电路仿真图。
4、体会与收获。
六、参考文献
1.彭介华．电子电路课程设计指导．北京：
高等教育出版社，2005
2.陈大钦主编．电子电路基础实验—电子电路实验·设计·仿真．北京：
高等教育出版社，2000
3.高吉祥主编．电子电路基础实验与课程设计．北京：
电子工业出版社，2002
4．郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002
5．
6．
一、设计目的
1、研究正弦波等振荡电路的振荡条件构成、原理及设计方法。
2、学习音频集成功率放大器的应用。
3、学习音频产生电路的应用及设计方法以及主要电路指标的测试方法。
4、熟悉模拟元件的选择、使用方法。
二、方案论证，比较与设计
2．1、系统方案选择
题目所要求的简易电子琴核心在于产生不同音阶的频率，而产生频率的方式众多，列举如下几种：
方案1：
单片机电子琴
可以利用单片机内部的定时器能方便的产生不同的频率，来制作电子琴。
也可以利用8255芯片来作为外部定时器做分频器使用。
方案2:
555定时器电子琴
555定时器可以构成单稳态触发器，而单稳态触发器仅有一个稳态，故可以通过改变其暂态在一个周期内的时间长度以得到不同的频率，来构建电子琴系统。
方案3：
RC振荡电路构成的电子琴
RC振荡电路构成文氏电桥振荡电路，通过改变电阻或电容的值，可以得到不同的振荡频率，从而可以构建八音阶的电子琴系统。
以上方案设计起来均比较容易，由于构建一个这样的简易电子琴，可以利用很少的资源便能实现，在这里便选择了其中的RC振荡电路来进行设计。
2.2、课程设计思路
简易电子琴的设计思路主要是根据参考文献基于RC正弦振荡电路的电子琴和所学课本设计的。
在原电路的基础上，根据自己所学的知识，利用RC桥式振荡电路设计了电子琴电路的输入部分及电压放大部分，我设计的电子琴有七个基本的音阶，因此就有七个同电容不同电阻的选频网络，再经过简化就形成了最后的输入部分。
由于电压放大过大，为了使电路输出效果更好，中间又加了一个电压跟随器作为缓冲器。
而电路的功率放大部分是根据甲乙类双电源互补对称电路设计的，为了使输出功率可调节，又对甲乙类双电源互补对称电路进行改进，减小了负载的阻值，把两端的电阻换成了可调电阻。
输出部分连接的是示波器，看示波器是否输出失真度<10的正弦波，如果是，则电路仿真成功，否则需改进电路或重新选择电路中各参数的值。
三、设计方框图
图表1
四、各模块电路的设计
4.1、总电路图：
图表2
4.2、电路输入部分
设计思路:
我设计的电子琴有七个基本的音阶。
电路的输入部分就是根据RC正弦振荡电路的选频网络部分设计。
电阻R与电容C先并联，再串联一个电阻R，然后再串联一个电容C，如此就构成了一个选频网络，八个音阶就由这样的七个选频网络构成，如此一来，就组成了电路的输入部。
电子琴的频率如下所示
音阶唱名
（C调）
1
2
3
4
5
6
7
i
f0/Hz（理论）
264
297
330
352
396
440
495
528
表格1
电阻值可根据公式
计算
由于电子琴的频率是固定的，因此可以先假设一个电阻值，根据
则可计算出电容的值，再根据此电容分别计算电阻的值
电阻
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
阻值
182
162
147
137
121
110
97.6
91
表格2
4.3、选频网络部分
4.4、稳幅部分
当适当调整负反馈的强弱，使Av的值在起振时略大于3时，达到稳幅时Av=3，其输出波形为正弦波，失真很小。
如Av的值远大于3，则因振幅的增长，致使放大器件工作到非线性区域，波形将产生严重的非线性失真。
为了进一步改善输出电压幅度的稳定问题，可以在放大电路的负
反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定。
如，可用一温度系数为负的热敏电阻代替。
在这里是使用两个二极管进行稳幅，幅值较小时，两个二极管相当于开路，Rf=2.5Ω，Av>3，利于振荡电路起振，当幅值较大时，二极管两端的压降致使其导通，从而R2短路，Rf=1.5Ω,Av变小，使幅值达到稳定。
4.5、功率放大与输出部分
图表3
五、系统测试与分析
5.1振荡电路的起振及平衡
如下为接通电路后，未达到起振时的示波器的输出波形：
振荡电路的输出波形：
图表4
下图为集成功放端输出波形：
图表5
如下为刚达到达到起振和起振后的示波器的输出波形：
振荡电路的输出波形：
图表6
下图为集成功放端输出波形：
图表7
当R9继续增大时，输出波形会失真，如下图所示：
振荡电路的输出波形：
图表8
集成功放端输出波形：
图表9
5.2输出频率的测试
当按下第三个按键时，频率计显示如下：
图表10
依次测试，下为在各音阶，测得的其实际频率与理论的比较（C调）。
1
2
3
4
5
6
7
i
Fo
264
297
330
352
396
440
495
528
F（实际）
264.2
296.7
327
351
397
436
492
527
由表知，音阶基本满足理论值，误差不大。
误差的原因可能是电阻的选择问题，因为没有和理论值一模一样的电阻，选择的是最接近的电阻，导致存在一定的误差。
5.3输出功率的测试：
电压表的显示结果为：
图表11
满足集成音频功放的内置电压增益为20倍以上。
功率计的显示结果为：
图表12
六、总结
一周的课程设计终于结束了，从中我学到了很多。
通过这一周的课设，我学到了更多模拟电子技术方面的知识，所学的课本知识也更加扎实。
除此之外，我也体会到了自己所学课程的趣味性。
在做课程设计之前，我先查阅了与题目有关的一些资料，了解相关的知识。
然后以课本为主，根据所学的基本知识，再加上老师所讲的一些基本方法、步骤，对自己的题目有了一个大致的构思。
在课程设计期间，我会找老师问，或与同学交流，而在交流的同时我又会学到很多，正是因为这样，我才完成了电路的设计。
同时我也明白了在做事时，不能仅仅靠自己的力量，而是要与周围的同学互相帮助，共同完成。
一个人的力量是有限的，众人拾柴火焰高，对自己不会的问题要不耻下问，虚心请教，这样才能使自己的设计更完整、更全面。
总之，对我而言，这周虽然很累，但我过得很充实。
在这期间，我体会到了学习的快乐，明白了很多做人做事的道理。
这对我来说将会是我人生中很宝贵的经验。
同时我也会更加努力，争取在期末取得好成绩。
致谢
一周的课程设计已经结束。
能在短短一周的时间内设计出简易电子琴的电路图，让我学到了很多东西，我要感谢大家对我的帮助与支持。
首先要感谢海瑛老师对我的帮助与支持，在设计过程中遇到困难时，在仿真过程中不知道该如何使用软件时，每次找老师时，老师都会耐心地给我们解答，并帮助我们、引导我们更好的设计电路。
正是由于老师的帮助。
我才能很快的完成设计电路并仿真成功，同时也让我对课本的知识有了更深的理解，在此表示对老师诚挚的谢意，谢谢海老师对我的帮助。
另外，在此我对所有在设计期间帮助过我的人表示感谢！
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