电子琴

电子琴目名称:简易电子琴设计姓名:顾嘉辉班级:电气112学号:201133495207日期:2013年7月19日模拟电子电路课程设计任务书适用专业:电气工程及自动化专业设计周期: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、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1234567i(C调)/Hz(理论)264297330352396440495528f02、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，20052.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，20003.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，20024(郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.20025(6(一、方案论证与比较1.1方案提出方案一:采用LM324集成运放和若干电阻、电容、1N4007二极管组成振荡电路。采用TDA2030以及若干电容、电阻构成功率放大电路。最后经放大的信号驱动喇叭发声。方案二:采用LM2902M集成运放和若干电阻、电容、1N4007二极管组成振荡电路。采用TDA2030以及若干电容、电阻构成功率放大电路。最后经放大的信号驱动喇叭发声。方案三:采用LM2902M集成运放和若干电阻、电容、1N4007二极管组成振荡电路。采用AD642KH以及若干电容、电阻构成功率放大电路。最后经放大的信号驱动喇叭发声。方案四:采用集成运放并使振荡电路输出波形为方波，然后经过积分电路积分后再经由BJT组成的甲乙类功放电路放大信号，最后经放大的信号驱动喇叭发声。1.2设计方案的论证和选择由于基于555时钟电路或单片机的简易电子琴涉及到数电知识因而不选。而任务书上要求使用运放且方案四电路过于复杂因而不采用方案四。方案一至方案三中，集成芯片LM2900M和LM324的引脚相同，LM2900M可用LM324替换，但LM324电源电压时32V或正负16V,LM2902电源电压是26V或正负13V。且LM324比LM2900M价格更优。然而在调试过程中发现采用LM324时没有波形输出。同样问题在使用TDA2030时也发生了。因而，我采用的是方案三。二、系统的功能及设计框图2.1系统的全部功能、要求及技术指标。简易电子琴电路是振荡电路和功放电路构成，要求产生C调1~i这八个音阶的正弦波，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。集成音频功放的内置电压增益为20倍以上。以下为不同音阶对应频率:音阶唱名1234567i(C调)f0/Hz(理论)264297330352396440495528主要技术指标如下1、正弦波信号源:信号频率范围20Hz,20kHz连续可调;频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围内连续可调;2、各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调;3、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。2.2确定设计框图(系统包含的单元电路及结构)和总体设计方案简易电子琴电路功振放荡电电路路2.3单元电路的分析与设计1.振荡电路图2.3.1RC电路主振部分电路仿真图图2.3.1即为八音阶微型电子琴主振仿真电路图，8个开关对应着电子琴8个音阶琴键，使用时闭合不同的开关可以发出不同的声音。电路中的运算放大器芯片LM324工作电压要求是?5V，其中引脚4接+5V，引脚11接-5V。本试验中LM324芯片的正向输入端为引脚3，反向输入端为引脚2，1为输出端为引脚。振荡条件:1)自激振荡条件:振幅条件:|A•F|=1;相位条件:ψA+ψF=2nπ，n=0，1，2，„„，n?Z2)起振条件:自激振荡的初始信号一般较小，为了得到较大强度的稳定波形，起振条件需满足|AF|>1。在输出稳定频率的波形前，信号经过了选频和放大两个阶段。具体来说，是对于选定的频率进行不断放大，非选定频率的信号进行不断衰减，结果就是得到特定频率的稳定波形。参数推导:选定R1?R2，且R1?R2，推导可得:F=1/(2+R1/R2)?1/2,结合起振条件|A?F|>1，可得:所以RF1，RF2和Rf的选取应满足式推导结果，但实际取值时，应让RF1略小于Rf。RF2的取值也应适当，以满足式振幅条件，实现自激振荡。式中RF1，RF2和Rf依次对应于仿真图中的R11,R10和R12，且R11+R10,R12。我们选R10为8K，R11为2.2k，R12为10K。R9，R10，R11是负反馈网络两个二极管是稳幅电路。选频网络中R1~R8的推导如下:串联阻抗:Z1=R1+1/jωC1;并联阻抗:Z2=R2/(1+jωCR2)。所以反馈系数为:F=Z2/(Z1+Z2)=1/(2+R1/R2+j(ωR1C-1/R2Cω))。令ωR1C=1/R2Cω，有ω=1/(C?R1R2)，得到fo=1/(2π?R1R2)。计算得到有R1到R8阻值依次为:25.03K,18.03K,13.02K,10.43K,6.49K,3.67K,1.15K,8.34K。2功放电路功率放大器的作用是给音响放大器的负载提供所需要的输出功率。它的主要性能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。音频功率放大器供电电源的选取主要从效率和输出失真大小方面考虑。从提高效率的角度考虑，电源电压越接近输出电压越好，但这样输出信号的失真将增大;从减小失真的角度考虑，可适当的提高电源电压。另考虑到可能会有其它低频或高频信号的干扰而增加若干0.1μF和100μF的电容以滤去可能存在的高频、低频干扰信号。三、系统仿真调试分析3.1软件仿真原理图3.2模拟仿真过程四、结语这次课程设计在暑假，我被分配到了设计简易电子琴。对于这个课题我觉得还是挺感兴趣的。在模电课程的第九章我们学过了正弦波信号产生电路，所以我就从书本当中寻找相关的知识点，看到RC正弦波振荡电路是一个很好的选择。我又查阅了一些资料，归纳列写原理，并设计出了电路。不过在调试过程中，我发现当按下相应按键时，频率器显示的频率并不是实验要求的频率，于是我调节与按键相应的电阻值，选定一个大概范围调试，直到调出实验所要求的频率，在这个过程中我发现实践的重要性。在设计电路的过程当中，我发现很多平时不懂的地方渐渐地懂了。整个课设完成之后我明白了把理论运用于实际比单单学习理论知识更重要，因为在平时的学习过程当中我们只是把知识点一学，觉得懂了会做题了就一切无忧了，可是在这次设计的过程当中发现这是远远不够的。在设计的过程当中还是有很多不会的，而且就算会但是有很多地方还的注意到实际的应用性以及节省性。这次课设我学会了很多，也发现有很多地方要改善，我想这对于以后的学习很有帮助。五、参考文献【1】.彭介华(电子技术课程设计指导(北京:高等教育出版社，2005【2】.陈大钦主编(电子技术基础实验—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(电子技术基础实验与课程设计(北京:电子工业出版社，2002【4】.附录1:集成芯片:LM2902系列器件带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到13伏或者高到26伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。未找到AD642KH的芯片管脚图，但是所用和LM2902差不多。附录2:总电路:振荡电路:功放电路:附录3: