1、 课程设计报告题 目 简易电子琴电路的设计 课 程 名 称 模拟电子技术课程设计 院 部 名 称 信息技术学院 专 业 通信工程 班 级 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 B305 课程设计学时 20 指 导 教 师 王雪 金陵科技学院教务处制成绩模拟电子技术课程设计报告-简易电子琴的制作第一部分：课前准备1.1 简易电子琴电路1.2 手工焊接技术1.3 元件制作工艺第二部分：设计方案及选定2.1 八个音阶的频率2.2 八个电阻的选择2.3 稳幅方式的选择2.4 功率放大电路的设计第三部分：简易电子琴电路的检测3.1 芯片测试3.2 振荡电路测试3.3 电子琴的测试第四部分：心得体会第一部
2、分：课前准备1、简易电子琴电路1简易电子琴电路是将振荡电路与功率放大电路结合的产物。RC振荡电路（如图1所示）是由RC选频网络和同相比例运算电路组成，对不同频率的输入信号产生不同的响应。当 时 和 同相，并且 。而同相比例运算电路的电压RCf20OUi 31oiUF放大倍数为 , 可见， 时 , 。 和1AFi12RFUA1FUO同相，也就是电路具有正反馈。起振时 1, 3.随着振荡幅度的增大, iUAU能自动减小，直到满足 或 时,振幅达到稳定，以后可以自动稳幅。3U1图 1R RF 2功率放大电路的任务是将输入的电压信号进行功率放大，保证输出尽可能大的不失真功率，从而控制某种执行机构，如使
3、扬声器发出声音、电机转动或仪表指示等等。 DG4100 系列低频集成功率放大电路是单片式集成电路（如图 2 所示） ，特别适合在低压下工作。DG4100 型集成功放输出功率是 1.0W。推荐电源电压为 6V, 负载电阻为 4；DG4101 型集成功放输出功率是 1.5W，推荐电源电压为 7.5V,负载电阻为 4；DG4102 型集成功放输出功率是 2.1W，推荐电源电压为 9V，负载电阻为 8。本实验采用 DG4102 型单片式集成功率放大电路，此集成电路是带散热片的 14脚双列直插式塑料封装结构，其结构外形图和管脚如图 2 所示：图 2 DG4102 型单片式集成功放电路结构外形图和管脚1输
4、出端 6反相输入端 9输入端4、5补偿电容 10、12旁路电容 13自举电容2、7、8、11空脚 3接地 14电源电压（VCC）2、 手工焊接技术焊接技术在电子工业中的应用非常广泛，在电子产品制造过程中，几乎各种焊接方法都要用到，但使用最普遍、最有代表性的是锡焊方法。锡焊是焊接的一种，它是将焊件和熔点比焊件低的焊料共同加热到锡焊温度，在焊件不熔化的情况下，焊料熔化并浸润焊接面，依靠二者原子的扩散形成焊件的连接。其主要特征有以下三点： 焊料熔点低于焊件； 焊接时将焊料与焊件共同加热到锡焊温度，焊料熔化而焊件不熔化； 焊接的形成依靠熔化状态的焊料浸润焊接面，由毛细作用使焊料进入焊件的间隙，形成一个
5、合金层，从而实现焊件的结合。除了含有大量铬、铝等元素的一些合金材料不宜采用锡焊焊接外，其它金属材料大都可以采用锡焊焊接。锡焊方法简便，只需要使用简单的工具（如电烙铁）即可完成焊接、焊点整修、元器件拆换、重新焊接等工艺过程。此外，锡焊还具有成本低、易实现自动化等优点，在电子工程技术里，它是使用最早、最广、占比重最大的焊接方法。3 锡焊必须具备的条件焊接的物理基础是“浸润” ，浸润也叫“润湿” 。要解释浸润，先从荷叶上的水珠说起：荷叶表面有一层不透水的腊质物质，水的表面张力使它保持珠状，在荷叶上滚动而不能摊开，这种状态叫做不能浸润；反之，假如液体在与固体的接触面上摊开，充分铺展接触，就叫做浸润。锡
6、焊的过程，就是通过加热，让铅锡焊料在焊接面上熔化、流动、浸润，使铅锡原子渗透到铜母材（导线、焊盘）的表面内，并在两者的接触面上形成 Cu6-Sn5 的脆性合金层。在焊接过程中，焊料和母材接触所形成的夹角叫做浸润角，如图 3 中的 。(a)图中，当 90时，焊料与母材没有浸润，不能形成良好的焊点；(b)图中，当 时，焊料与母材浸润，能够形成良好的焊点。仔细观察焊点的浸润角，就能判断焊点的质量。图 3进行锡焊，必须具备的条件有以下几点： 焊件必须具有良好的可焊性所谓可焊性是指在适当温度下，被焊金属材料与焊锡能形成良好结合的合金的性能。 焊件表面必须保持清洁为了使焊锡和焊件达到良好的结合，焊接表面一
7、定要保持清洁。 要使用合适的助焊剂助焊剂的作用是清除焊件表面的氧化膜。在焊接印制电路板等精密电子产品时，为使焊接可靠稳定，通常采用以松香为主的助焊剂。一般是用酒精将松香溶解成松香水使用。 焊件要加热到适当的温度焊接时，热能的作用是熔化焊锡和加热焊接对象，使锡、铅原子获得足够的能量渗透到被焊金属表面的晶格中而形成合金。 合适的焊接时间焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。一般，每个焊点焊接一次的时间最长不超过 5s。3、元件制作工艺为使元器件在印制板上的装配排列整齐并便于焊接，在安装前通常采用手工或专用机械把元器件引线弯曲成一定的形状整形，如图 4 所示。图 4 元器件引线
8、弯曲成形在这几种元器件引线的弯曲形状中，图(a)比较简单，适合于手工装配；图(b)适合于机械整形和自动装焊，特别是可以避免元器件在机械焊接过程中从印制板上脱落；图(c)虽然对某些怕热的元器件在焊接时散热有利，但因为加工比较麻烦，现在已经很少采用。各种元器件的安装，应该尽量使它们的标记（用色码或字符标注的数值、精度等）朝上或朝着易于辨认的方向，并注意标记的读数方向一致（从左到右或从上到下） ，这样有利于检验人员直观检查；卧式安装的元器件，尽量使两端引线的长度相等对称，把元器件放在两孔中央，排列要整齐；立式安装的色环电阻应该高度一致，最好让起始色环向上以便检查安装错误，上端的引线不要留得太长以免与
9、其他元器件短路，如图 5 所示。有极性的元器件，插装时要保证方向正确。图 5第二部分：设计方案及选定1、八个音阶的频率设计一简易电子琴电路，按下不同琴键即改变 RC 值，能发出 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。已知八个基本音阶在 C 调时所对应的频率如下表所列C 调 1 2 3 4 5 6 7 if0 /HZ 264 297 330 352 396 440 495 5282、八个电阻的选择知道了电容值通过公式 f=f0=12RC 结合表一，即可计算出八个音阶对应的电阻值，分别为 R21=36.3K，R22=28.65 K，R23=23.23 K，R24=2
10、0.4 K， R25=16.13 K，R26= 13.06K，R27=10.32 K，R28=9.07 K，通过值选择电阻器件（就近原则） 。R288R27 7R26 6R25 5R24 4R23 3R22 2R21 1R11K R21KRF1K- + +C10.1uFC20.1uFR3Uo1 23 4 56 78 9 1011121314 220uF 100UF 220uF220uF470uF33uF4.7uF50pF 560pFUiRnF1000.15uFVcc图 6 图 73、稳幅方式的选择不光要使电路能够振荡，还要考虑稳幅。稳幅的方式有好几种，比如 Rf 用热敏电阻代替，或者利用 JF
11、ET 工作在可变电阻区，而本次试验我们选择的是采用两个二极管进行稳幅，如图 6，原理是当 Uo 幅值很小时，两个二极管相当于开路，则 Rf，两个二极管的电阻为 Rf 的大小，Av3，有利于起振，而当 Uo幅值较大时，两个二极管有一个导通，总的电阻变小，Av 变小，Uo 幅值达到稳定。4、功率放大电路的设计如图7，采用的是SL4100芯片。电路的接法如图。如果出现高频自激（输出波形上叠加有毛刺） ，可以在13脚与14脚之间加0.15uF的电容，或减小560PF的电容的大小。第三部分：简易电子琴电路的检测1、芯片测试首先进行741芯片的测试，将芯片插在模拟实验包里面的芯片座上，将缺口朝左，用导线连
12、接成反相比例电路，电路图如图8所示。图8接好之后将输入端接地，然后用万用表打在直流电压档，测试输出端是否为零，如果不是则调零，如果能进行调零则说明芯片是好的。同理DG4102也是如此。图 92、振荡电路测试将芯片插在事先焊接好的 741 底座上面，然后根据引脚的功能在模拟实验箱上面用导线连接，将六脚连接在示波器的输入端，7 脚接模拟实验箱上面的+12V，4 脚接-12V，打开开关，按住电路板上的开关，调节电位器，直到出现了稳定的波形，即可，最后在示波器上面算出各自的频率和幅值，计算误差，如下表：C 调 1 2 3 4 5 6 7 Fo（HZ）333 384 416 454 500 556 62
13、5 714误差 2.1 2.0 3.24 2.42 5.30 2.14 4.01 4.30幅值（V）5.5 5.2 4.5 4.0 3.65 3.2 3.0 2.75图 9 为试验中测试芯片时的状况，输出端近似为零。图 10图 10 即为实验时各个音的波形图。误差分析：出现的误差可能的原因是选择的电阻值没有很接近所计算的值，从而导致产生的频率不是所给的频率；还有一种可能就是示波器的问题，这就是仪器硬件问题了。3、电子琴的测试再接好功放电路，进行最后的测试。将模拟实验箱上面的+5V 接到 14 脚上的+VCC 上，741 芯片步骤二的接法，依次按住电路板上面的开关，看是否能通过扬声器发出八种声音
14、，如果能则说明成功了，否则要耐心地检查电路那边接错了或少接了，或者芯片在测试过程中由于接的不恰当被烧坏了，这些都是需要考虑的问题。图 11图 11 即为模板的正反面完成情况。第四部分：心得体会通过这次设计简易电子琴电路，我初步了解了模电课程设计的基本流程。此次我们接触了相关的计算、元器件的焊接以及调节所需的波形，这让我进一步理解了所学的基础知识，提高了自己的动手能力以及同学间的相互协作能力。这次的课程设计让我充分了解到书本上的知识只是书面化的，要锻炼动手能力还是要通过实践。在面对那些元器件时我们迷茫过，不知道要如何下手。但是经过一次次的尝试，我们终于在一次次失败中完成设计，让电子琴发音。这个过程是很美妙的。试验中我们遇到了很多困难，在进行振荡电路的测试时，我们怎么也调不出正弦波形，我们重新检查了电路，检查了焊接情况，最后在老师的帮助下调出了所需的波形。完成设计是很激动的，但是我们也学到了很多，动手能力很重要，同学间的合作也很重要。
