简易电子琴设计毕业设计

模电课程设计设计题目：简易电子琴

摘要

随着社会的发展，人们不仅仅要求物质生活，更需要精神上的满足。从古代的打击乐到现在的流行乐，音乐已成为人们生活中不了缺少的一部分。

本文设计的就是一个简易的电子琴，通过此电子琴可以调节其声调及输出音量。

此电子琴可以生成简单的七种声调并有一定的带负载能力，可以驱动喇叭发声。它由简单的集成运放构成，总共有五个模块，分别为电路输入部分、电压放大部分、电压缓冲部分（电压跟随器）、功率放大部分（甲乙类双电源互补对称电路）、电路输出部分（喇叭/示波器）。

关键词：电压放大器、示波器、功率放大、电压放大

课程设计要求

1.设计题目要求

1.1设计目的

（1）掌握RC振荡器的构成、原理及设计方法。

（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。

1.2设计要求

（1）能生成基本七种声调的正弦波形，幅度>1V。

（2）有一定的带负载能力，输出电阻较小，能驱动喇叭发声。

（3）集成运放构成。

1.3发挥部分

（1）输出音量可调。

（2）声调可调。

（3）其他。

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，我们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，在输出端采用前置级为运放的甲乙类双电源互补对称功率放大电路，为了使输出功率可调节，将运放的反馈电阻换成了可调电阻，并且阻值设定的比较小，这样的话输出电阻就比较小。输出部分连接的是示波器、频率计，可以很清楚的观察到输出频率是否满足要求，输出波形是否失真，方便调节。

设计方框图

图1 电路设计流程图

各模块电路的设计

1.电路输入部分

1.1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。七个选频电阻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，七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分。

1.2设计电路图

图2 电路图输入部分

这是一个选频网络，其中电阻R 21、R 22、R 32、R 42、R 25、R 62、R 72，由它们组成了电子琴的七个基本按键，当每闭合一个开关S 闭合的时候，电路就输入了一个频率。 1.3参数的选择

电子琴的频率如表1.3.1所示：

表1 七种音调的频率

通过电容进行频率粗调，确定频率输出范围，再利用电阻细调，确定电阻的阻值。在不断仿真调试后，得到的阻值如表2：

表2 选频电阻阻值

1.4遇到的问题

调试过程中发现，输出波形很容易发生失真，稳压网络对输出电压起不到很好的稳压效果，后来经过分析发现是放大倍数设计不太合适，有点偏大，将电阻

3R 的阻值适当减小，当满足输出电压最大时（频率最

小）波形不失真，且满足起振条件的

3R 才能符合要求。

2.电压缓冲部分

2.1电压跟随器

图3 电压跟随器

该电路就是一个电压跟随器，相当于同相放大电路中R1=∞,Rf=0的情况。

由于输出电压就是反馈电压，则根据虚短、虚断的概念知

v v v

v i

n p

o

===

因此它的增益A=1。

分析该电路可知，它的输入输出电阻O

R R o i

→∞→,，它在电路中常

作为阻抗变换器或缓冲器，而在该电路中作为缓冲器使用。

3.功率放大部分

3.1设计思路

该部分利用运算放大器与功率放大电路结合组成如图所示的功率放大电路，由于该RC 振荡电路的输出电压比较高，所以利用比例放大器对输出电压进行一定的减小，同时，利用运算放大器的电压并联负反馈使输出电阻比较小，提高电路的带负载能力。

3.2设计电路图

图4 电路电压放大部分

信号从4号端口进入，经过放大器减小电压，再经过两个三极管提高输出电流，变阻器

8R 可以调节输出电压和输出电流的大小，而且由于

8

R 给电路引入了电压并联负反馈，可以提高功率放大电路的稳定性。容

易知道，改电路的闭环电压增益68R R uf -≈A ⋅

。

4.电路输出部分

4.1设计电路图

图5 输出端电路图

4.2输出端波形、频率、电压大小分析

（1）当接通开关1时

输出频率为495.08Hz，输出电压为3.561V，对应为音阶“do”。（2）当接通开关2时

（3）当接通开关3时

（4）当接通开关4时

（5）当接通开关5时

（6）当接通开关6时

输出频率为296.912Hz，输出电压为10.775V，对应为音阶“la”。（7）当接通开关7时

输出频率为264.039Hz，输出电压为13.809V，对应为音阶“xi”。

由上述数据可以知道每个声调的频率误差都比较小，误差范围都在0.2%以内，且输出电压都在1V以上，满足课程设计要求。

附录

1.主要元器件

表3 元器件清单列表

2主要元器件介绍

2.1集成运算放大器介绍

符号(ANSI) 符号(DIN)

数据库名称: 主数据库 系列组: Analog 系列: OPAMP 名称: LM324D 作者: DK

日期: January 01, 2001

函数: Quad General-Purpose Operational Amplifier 区段: 4

描述: Input_Voffset= : Input_Ibias= : Gain_BW= : Slew_Rate= : Number= : Package= 热阻结: 88.00 热阻管壳: 0.00 功率耗散: 1.26 减额拐点: 0.00 最低工作温度: 0.00 最高工作温度: 70.00 ESD: 250.00