电子琴（二） - 图文

摘 要

随着科技的发展，人们生活水平的不断提高。现在大多数电子产品都趋向于数字化，智能化了。电子琴是高科技在音乐领域的一个代表，它是古典文化与现代文明的一个浓缩体。它不但可以帮助我们的音乐老师进行传统文化的教育教学工作，而且由于它又具备现代音乐，特别是电子音乐，电脑音乐的基本结构，特征，因而使我们的教师在进行现代音乐，电子音乐，电脑音乐的教学时，更直接，更简便。

电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色。本文设计停电子琴的思路主要内容就是通过集成电路运放进行放大，根据RC振荡电路，通过改变电容的不同来控制电子琴发声的音阶，其次是利用功率放大器对输出信号进行检测，可以得出输出频率，根据最后输出频率的大小可以得到发出什么样的音色。

设计方案包括五个模块，分别是开关部分：采用的是七键氏开关控制电路。起振部分：采用的是RC振荡电路。放大部分：LM324M.。稳压部分，功率放大部分。

关键词 RC振荡电路，集成电路运算放大器，稳压器，滑动变阻器，功率放大器。

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目 录

课程设计任务书 ............................................................................................. 错误！未定义书签。 模拟电子技术 课程设计成绩评定表 ......................................................... 错误！未定义书签。 摘 要 ................................................................................................................................................ I 1 设计任务描述 ............................................................................................................................... 1

1.1 设计题目：简易电子琴 .................................................................................................... 1 1.2 设计要求： ........................................................................................................................ 1

1.2.1 设计目的 ................................................................................................................. 1 1.2.2 基本要求 ................................................................................................................. 1 1.2.3 发挥部分 ................................................................................................................. 1

2 设计思路....................................................................................................................................... 2 3 设计方框图 ................................................................................................................................... 3 4 各部分电路设计及参数计算 ....................................................................................................... 4

4.1各部分电路设计 ................................................................................................................. 4

4.1.1 开关控制部分 ......................................................................................................... 4 4.1.2集成运算放大器部分 .............................................................................................. 5 4.1.3控制功率放大器部分 .............................................................................................. 6 4.1.4功率放大器部分 ...................................................................................................... 6 4.2调节音阶的一些频率参数图 ............................................................................................. 7 4.2.1低音七音阶对应的基本频率 .......................................................................................... 7

4.2.2中音七音阶对应的基本频率 .................................................................................. 8 4.2.3高音七音阶对应的基本频率 .................................................................................. 8

5 对各音阶进行调节过程分析及图像 ........................................................................................... 8

5.1 电子琴总电路图 .............................................................................................................. 8 5.2一阶调节数据及波形图 .................................................................................................... 9 5.3二阶调节数据及波形图 .................................................................................................. 10 5.4三阶调节数据及波形图 .................................................................................................. 11 5.5四阶调节数据及波形图 .................................................................................................. 12 5.6五阶调节数据及波形图 .................................................................................................. 13 5.7六阶调节数据及波形图 .................................................................................................. 14 5.8七阶调节数据及波形图 .................................................................................................. 14 5.9低中高音的调节电路图 .................................................................................................. 14 6 元器件清单 ................................................................................................................................. 17 小 结 .............................................................................................................................................. 21 致 谢 .............................................................................................................................................. 22 参考文献......................................................................................................................................... 23 附 录 A1 电路图 ......................................................................................................................... 22

简易电子琴

1 设计任务描述

1.1 设计题目：简易电子琴

1.2 设计要求：

1.2.1 设计目的

（1）掌握正弦振荡器的构成，原理与设计方法； （2）熟悉模拟元件的选择，使用方法。

1.2.2 基本要求

（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）能有效抵制干扰，输出谐波分量<10%； （4）集成运放构成。

1.2.3 发挥部分

（1）输出音量可调； （2）调性可调节； （3）其他。

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2 设计思路

本文的设计思路：首先就是根据RC振荡电路发生起振，各个音阶对应着一个固定的频率，在此次设计中，通过改变电容的大小来调节出不同音阶的频率从而达到发出各个不同音色的目的。在设计当中选择了最基本的低中高三种基本音调的七种基本音色来进行调节，为此，为了方便调节，选择了改变滑动变阻器来适当改变定值电阻的大小，在定值电阻固定之后，便可以通过改变电容来调节在那种音调下的七种基本发音。

在控制调节电容的改变时，运用了七键开关同时进行调节，同时也可以调节滑动变阻器来改变选择低中高哪种声调的发音。

运用集成运放外加一个稳压器来放大输入信号，在稳压器的设计中是通过两个1N4001GP倒向并联组成，起到稳压的作用。

在对功率放大器的设计中，由于在仿真软件中无法找到适合的原件，所以我利用了了两个LM324J按照准确的连接方式并联在一起来代替功率放大器，同时为了便于调节功率放大器，在设计电路的前面放置了一个滑动变阻器。为此能够更好的调节发声的音量。

将各部分的结构都连成一个完整的电路图，在同时调节前边的两个七氏开关时，产生仿真的电路中，可以从后边的频率仪表上读出最后电路输出的频率多少，为了准确的得到设计中的音阶的频率，只能通过仿真对电容的大小进行调试，最后得到自己想要的频率。最后调试出来的频率便是音阶能够发出的频率声。

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3 设计方框图

按键输入 RC振荡电路起振 集成运算放大器 功放调节器 功率放大器

图3.1原理方框图

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4 各部分电路设计及参数计算

4.1各部分电路设计

4.1.1 开关控制部分

图4.1.1音调控制开关构造

音调控制开关结构的设计：

电路如图4.1所示：通过对两个七氏开关调节，上下两部分的电容大小必须一致，并且开关调节的位置也要一致，一个电容的大小对应着一种音调的频率。

在开关连接之后，此电路图边为RC桥式电路图，发生起振从而产生输入信号。

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4.1.2集成运算放大器部分

图4.1.2集成运算放大器构造

在电路中我们选择了LM324M,及两个1N4001GP，R电阻构成了一个稳压器起到保护稳压作用。

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4.1.3控制功率放大器部分

图4.1.3控制功放电路图构造

4.1.4功率放大器部分

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图4.1.4功率放大器构造

如图4.1.4所示，由于仿真软件中没能找到适合的功率放大器，为此在电路设计中运用了两个LM324J进行代替，按照如图进行准确的连接，起到了功率放大器的作用。

4.2调节音阶的一些频率参数图

4.2.1低音七音阶对应的基本频率如下表所示：

表 1 低音七音阶对应的基本频率

低音 频率/hz

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1 264 2 297 3 330 4 352 5 396 6 440 7 495 简易电子琴

4.2.2中音七音阶对应的基本频率如下表所示：

表 2 中音七音阶对应的基本频率

中音 频率/hz

1 523 2 578 3 659 4 698 5 784 6 880 7 988 4.2.3高音七音阶对应的基本频率如下表所示：

表

3 高音七音阶对应的基本频率

3 1318 4 1397 5 1568 6 1760 7 1976 高音 频率/hz

1 1046 2 1175

5 对各音阶进行调节过程分析及图像

为此以调节低音的七种基本音阶基本频率为例，其余类似： 5.1 电子琴总电路图所示

图5.1 电子琴电路图

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5.2一阶调节数据及波形图：

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5.3二阶调节数据及波形图：

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开关二的单独电路图

5.4三阶调节数据及波形图：

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5.5四阶调节数据及波形图：

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简易电子琴

5.6五阶调节数据及波形图：

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5.7六阶调节数据及波形图：

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简易电子琴

5.8七阶调节数据及波形图：

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5.9对低中高音的调节电路图所示:

操作说明:就滑动变阻器替换了定值电阻来达到设计效果,只要改变电容即可.

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6 元器件清单

序号 名称

1 电阻 2 电阻 3 电阻 4 电阻 5 滑动变阻器6 电容 7 电容 8 电容 9 电容 10 电容 11 电容 12 电容 13 集成运放 14 集成运放 15 二极管 16 开关 17 频率计 18 示波器 19

泰克示波器

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型号

1000 1900 500 5000 1000 601.5nf 534.6nf 481nf 451nf 400.8nf 360.6nf 320.45nf LM324M LM324J 1N4001GP 七氏 XFC XSC XSC

数量 3 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 1 1

简易电子琴

主要元器件介绍

1. 集成运放LM324J

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相位相反；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。LM324的引脚排列见图2。

图7.1 图7.2

LM324J集成块详细报告

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 2.二极管1N4001GP

1N4001GP详细数据清单

描述： Vrrm=50 ： Irrm=5.0

： Vfm@if=1.10@1000

： trr=2.0

： Package=DO-204AL 热敏电阻连接： 45.00 热敏电阻状况： 0.00 功耗： 0.00 降值拐点： 75.00 最低工作温度： -65.00 最高工作温度： 175.00

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静电放电： 0.00

3.三极管介绍

2N3393详细数据清单

描述： Vceo=25 : Vcbo=25 ： Ic[max]=0.5 ： HFE[min]=90

： HFE[max]=180 ： Ft=200

： Pd=0.625 ： Package=TO-92 热敏电阻连接： 200.00 热敏电阻状况： 83.30 功耗： 0.62 降值拐点： 25.00 最低工作温度： -55.00 最高工作温度： 150.00 静电放电： 0.00

图7.3三极管封装图 引脚信息:

逻辑 物理的 单元 类型 B 1 GRP:A C 2 GRP:A E 3 GRP:A A:I/O

2N4062详细数据清单

描述： Vceo=30 : Vcbo=30 ： Ic[max]=0.2 ： HFE[min]=180

ERC 状态 引脚交换组 A:I/O 包括 A:I/O 包括 包括 - 19 -

门交换组

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： HFE[max]=660 ： Ft=

： Pd=0.6 ： Package=TO-92 热敏电阻连接： 0.00 热敏电阻状况： 0.00 功耗： 0.60 降值拐点： 25.00 最低工作温度： -55.00 最高工作温度： 150.00

静电放电： 0.00 :

逻辑 物理的 单元 类型 1 GRP:A 2 GRP:A E 3 GRP:A A:I/O ERC 状态 A:I/O A:I/O

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引脚交换组包括 包括 包括

引脚信息 B C 门交换组

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小 结

转眼间一周的时间就过去了，回首这一周，有不少的收获，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟；通过查资料，请教老师，不懈的努力，培养了独立思考，动手操作的能力，在其它能力方面也得到了锻炼。更重要的是，学会了学习的方法。而这是日后最实用的。

在这周的模拟电子的实习过程中，我们小组主要的设计任务便是对电子琴电路进行设计，在这次实习中有以下几点收获：

（1）大体上知道了对电子琴电路的设计过程思路及工作原理初步有了一定的了解； （2）学会了怎么利用集成运算放大器来放大电路;

（3）对一些特殊电子元件有了更深一步的了解，并且能够将其运用到电路当中; （4）对二极管的倒向并联组成的稳压管来稳定电压的实用有了更深层次的了解; （5）学会了如何就两个集成运放连接构成的电路来代替功率放大器的作用; （6）熟悉了电子琴电子电路的连接过程及仿真的调节过程;

（7）知道了准确寻找确定的参数来进行电路的正常运行，否则很有可能导致失真的结果，导致仿真失败，也就意味着实验设计不到位。

通过这次对电子琴电路的设计，让我了解了电子器件的安装，同时也让我了解了它们的工作原理和一些设计理念，要做好一件东西出来花时间精力外，还要以认真的态度去分析，去思考。通过这次实际操作让我明白了实践的重要性。这次也弥补了我实践上的不足，也让我学习有了更大的动力。

这次实习让我明白了光想是没有用处的，还必须去学习，去思考，去实践，只有这样才有实质进步，有要和同学共同探讨，解决各种困难。在困难当中你能了解更多的非课本的知识，还能再找错误的同时锻炼你的观察力，所以我知道很多零件的作用，并了解到什么样的现象是哪块的电子区域出现了错误。

在整个实习中我学习了很多东西，使我眼界大开，感受颇深，课程虽然结束了，但学习还没有结束，我们应该更加不断的学习，去实践总结更多的东西，这样你才能学到更多。

总之，这次实习给我带来了很大的收获，同时也给我带来了很大的快乐，再一次感谢学校给我们提供了一个学习锻炼的机会，和老师的耐心教导，这对我们以后的工作和学校有很好的作用。

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致 谢

一周的实习就结束了，在这次实习过程中，我要感谢XX老师给我很好的建议，对电子电路的调节，在设计过程中遇到了不少的困难，每次请教老师都能很好的一一为我解答，并且在解说的同时还能给我提出更好的方法来如何改进电路，使得电路能够更好的仿真。

还有就是我的组员，她们都能给我提出很好的建议，我们在一起互相探讨，集思广益，将各自不同的想法都说出来，在进行深层次的仿真，实践，最后才能真正的就电路设计出来，并且能够顺利的完成仿真。

最后就是借助了一些参考书，上网查找了一些重要的资料，这些对我的课程设计都起到了重要的作用！

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参考文献

[5] 电子基础基础 模拟部分 康华光 陈大钦 张林 华中科技大学电子技术课程组 [1] 杨行主编，清华大学电子学教研组编，模拟电子技术简明教程第二版，北京，高等教育出版社

[2] 彭介华主编，电子技术课程设计指导，北京，高等教育出版社

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附 录 A1 电路图

整个电路图

开关二单独运行的电路图示

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lys.html