电子技术课程设计报告模板11.docx
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电子技术课程设计报告模板11
电子技术课程设计报告
学院:
计算机科学与技术
专业班级:
学生姓名:
指导教师:
完成时间:
2015.7.1
成绩:
评阅意见:
评阅教师日期
电子技术课程设计报告
简易电子琴的模拟电路设计
一.设计要求
简易电子琴的模拟电路设计
(1).掌握正弦振荡器的构成、原理以及设计方法。
(2).熟悉模拟原件的选择、使用方法。
(3).学会以及熟练掌握Multisim,达到仿真测试目的。
二.设计的作用、目的
本次课程设计主要是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。
三.设计的具体实现
1.系统概述
我设计的简易电子琴一共包括四个主要部分:
RC振荡电路部分、信号放大部分、电压控制部分、功率放大部分。
1).音乐产生原理
由于一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了。
如果能够通过某种电路结构产生特定频率的波形信号,再通过扬声器转换为声音信号,就能制作出简易的乐音发生器,再结合电子琴的一般结构,就可实现电子琴的制作了。
查阅资料找到C调音阶对应的基本频率,如下表1所示。
2).设计方框图
按键输入频率信息
RC桥式振荡器
电压控制器
功率放大器
扬声器
3).设计实现电子琴功能的电路图,将各个部分连接起来。
如下图所示,表示为实现电子琴功能的整体电路。
图1-1
2.单元电路设计(或仿真)与分析
设计原理
2.1振荡电路原理
由于RC振荡电路,一般用来产生1HZ~1MHZ范围内的低频信号;而LC振荡电路一般用来产生1MHZ以上的高频信号,由上表我们可以知道选择RC振荡电路。
其基本电路为RC文氏电桥振荡电路。
2.1.1RC桥式振荡电路图
2.1.2RC串并联选频网络
RC桥式振荡电路可以选出特定频率的信号。
具体实现过程的关键是RC串并联选频网络,其理论推导如下:
可得选频特性:
即当f0=1/(2πRC)时,输出电压的幅值最大,并且输出电压是输入电压的1/3,同时输出电压与输出电压同相。
通过该RC串并联选频网络,可以选出频率稳定的正弦波信号,也可通过改变R,C的取值,选出不同频率的信号。
2.1.3振荡条件
1)自激振荡条件
图2所示为含外加信号的正弦波振荡电路,其中A,F分别为放大器回路和反馈网络的放大系数。
图2中若去掉Xi,由于反馈信号的补偿作用,仍有信号输出,如图3所示Xf=Xi,可得自激振荡电路。
自激振荡必须满足以下条件:
2)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。
3.2.1.4器件选择
知道了电容值通过公式f=f0=1/2πRC结合表一,即可计算出八个音阶对应的电阻值,分别为R1=36.4KΩ,R2=28.7KΩ,R3=23.3KΩ,R4=20.4KΩ,R5=16.2KΩ,R6=13.1KΩ,R10=10.3KΩ,R17=9.1KΩ,通过值选择电阻器件(就近原则)。
3.电路的安装与调试
介绍电路安装调试过程中所遇到的主要技术问题,给出现象记录、原因分析、解决措施及效果,详细介绍电路的性能指标或功能的测试方法、步骤、仪器设备、记录的图表和数据。
仿真结果如下图2-1、3-1所示。
图2-1
图3-1
简易电子琴的电路连接实例图,实现电子琴的发声功能,如下图所示
图3-2
四.心得体会、存在问题和进一步的改进意见等
首先是利用Multisim软件连接实验电路时,由于对软件操作不太熟悉,经常找不到要用的元件,在找元件上花了不少时间。
尤其是最后的那个蜂鸣器不知道上哪找,最后在老师的指导下利用search搜索出了BUZZER元件,还有由于自己的粗心,没有发现少连接了一根导线就进行测试,正确结果没有出来,再次检查检查电路,找到问题并且进行了修正。
最后经过调试,输出了正确的三个波形。
仿真结果出来的时候,真的好开心!
在整个仿真过程中,不断的查找问题,解决问题,借助网络查找资料,增长了知识,同时我的操作能力也在不断的增强,解决问题的思维得到了提高。
简易电子琴的实际电路图连接过程中,跟在软件上仿真比起来,还是很有难度的,在实际操作中遇到不少问题。
首先就电路的连接方面,由于对电路的连接操作不熟悉,电路连接的很乱,并且电路连接错误,在信号上得不到结果,后来听从老师建议对电路进行逐项检查,发现问题所在:
电源电量不足,电容和电阻连接错误。
后来拆掉原电路重新连接,对电路进行简化,不懂得地方请教了老师。
通过这次实际电路的连接实验,我认识到自己学习方面的许多不足之处,基本知识掌握不够好,动手能力差,往后的实验里,我一定会不断提高自己的能力,不断进步。
同时感谢老师的耐心教导,谢谢老师!
五.附录
元器件明细表
元器件清单
序号
名称
型号
数量
1
集成运算放大器
LM324AD
1
2
电源
GROUND
1
3
电源
VCC=12V
2
4
电源
VEE=-12V
1
5
连动开关
DIPSW1
8
6
滑动变阻器
5K
1
7
滑动变阻器
100K
1
8
二极管
1N4148
2
9
定值电阻
36.4K
1
10
定值电阻
28.7K
1
11
定值电阻
23.3K
1
12
定值电阻
16.2K
1
13
定值电阻
13.1K
1
14
定值电阻
10.3K
1
15
定值电阻
1K
2
16
定值电阻
5K
1
17
定值电阻
2K
1
18
电容
100nf
2
19
电解质电容
10μf
2
20
电解质电容
100μf
1
21
蜂鸣器
200HZ
1
22
泰克示波器
XSC1
1
LM324引脚图
六.参考文献
[1]房国志.模拟电子技术基础[M].5版.北京:
高等教育出版社,2010.
[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].3版.北京:
高等教育出版社,2006.
[3]王立欣,杨春玲.电子技术实验与课程设计[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2005.
[4]谭会生,张昌凡.EDA技术及应用-VerilogHDL版[M].3版.西安:
西安电子科技大学出版社,2011.
[5]陈新华.EDA技术与应用[M].北京:
机械工业出版社,2008.
函数信号发生器的设计
1.设计要求
1.用集成运放组成正弦波、方波、三角波发生器
2.用幅值和频率可以自定义
3.正弦波、方波和三角波的幅值、频率可调。
4.频率范围 :
在1 Hz-10Hz,10 Hz -100 Hz,100 Hz -1000 Hz等三个波段。
5.输出电压:
方波UP-P≤24V,三角波UP-P=8V,正弦波UP-P>1V。
2.设计的作用、目的
1.掌握信号发生器原理
2.熟悉集成运放的使用
3.熟悉Multisim软件
3.设计的具体实现
1.系统概述
原理框图
图4-1波形发生器的原理图
函数发生器的总方案
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管),也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。
为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先产生三角波—方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。
本课题采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法,本课题中函数发生器电路组成框图如下所示:
由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。
特别是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
2.单元电路设计(或仿真)与分析
仿真电路如图所示
3.电路的安装与调试
仿真结果如图5-1、6-1所示
图5-1
图6-1
实际连接电路图如所示
图7-1
输出正弦波如图8-1所示
图8-1
输出方波如图9-1所示
图9-1
三角波如图
图10-1
4.心得体会、存在问题和进一步的改进意见等
通过这次实验,使我更加熟悉了Multisim软件的使用,同时对于信号发生器原理有了更加深刻的理解。
实验过程中,由于没有把接地线接在面包板的同一侧,始终没有测出正确的波形,可是自己检查不出来,最终在老师的指导下,发现问题所在,接地线更正到面包板同一侧后,调试后得到正确波形。
试验中对于色环电阻,通过万用表测量出其值后使用,经查阅参考资料知道了色环电阻的识别方法。
实验过程中要耐心细致,有时候因为自己的不细心,少连接一个原件,或者使用了坏了的原件,将导致实验的检查变得繁琐,因此,实验过程中一定要认真细心,实验前,对原件做好检查。
看到自己连接的电路可以正确运行,心里充满喜悦,同时感谢帮助我的同学和老师。
5.附录
1.元器件明细表
序号
名称
型号
数量
1
集成运算放大器
LM324AD
2
2
电源
GROUND
4
3
电源
VCC=6V
2
4
电源
VEE=-6V
1
5
定值电阻
10k
4
6
定值电阻
2k
1
7
滑动变阻器
2k
1
8
电容
10nf
2
9
电容
100nf
1
10
泰克示波器
XSC1
1
22
导线
若干
色环电阻识别
1.首先应记住口诀:
黑,棕,红,橙,黄,绿,蓝,紫,灰,白,金,银
2.参照图的顺序识别色环电阻上的颜色,第一位红色代表2、第二位绿色代表5、第三位棕色(为10的倍数,即10的1次方)、第四位是电阻的误差范围即银色10%的误差,即25*10=250Ω的电阻,误差范围是±10%
6.参考文献
[1]何召兰,张凯利.电子技术基础实验与课程设计[M].北京:
高等教育出版社,20120.
[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].3版.北京:
高等教育出版社,2006.
[3]王立欣,杨春玲.电子技术实验与课程设计[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2005.
[4]谭会生,张昌凡.EDA技术及应用-VerilogHDL版[M].3版.西安:
西安电子科技大学出版社,2011.
[5]陈新华.EDA技术与应用[M].北京:
机械工业出版社,2008.
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