简易电子琴

第二章 简易电子琴的构成

简易电子琴主要有四部分组成，有电源控制部分，按键控制部分，多谐振荡部分以及功率放大部分。下面作具体介绍。

2.1 电源部分——蓄电池

简易电子琴的电源部分就是蓄电池这一部分，蓄电池是电池中的一种，它的工作原理就是把化学能转化为电能。它用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22～28％的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。汽车上用的是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。铅蓄电池在使用一段时间后要补充硫酸，使电解质保持含有22～28％的稀硫酸。

放电时,电极反应为:PbO2 + 4H+ + SO4 + 2e- = PbSO4+ 2H2O 负极反应: Pb + SO4 - 2e- = PbSO4

总反应: PbO2 + Pb + 2H2SO4== 2PbSO4 + 2H2O (向右反应是放电,向左是充电)。

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2.2 按键控制部分

在简易电子琴电路中，按键控制部分由晶振，电容器，晶体三极管，电阻，开关这几部分组成。下面各小节做了详细介绍。 2.2.1 晶振

晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做

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到很精密，因此，其谐振频率也很准确。

根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小，即Q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。

每个单片机系统里都有晶振，晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

晶振是一种能把电能和机械能相互转化的晶体，在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

下面我就具体的介绍一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图2-1。其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。

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图2-1晶振电路图

分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。因而能“压控”的频率范围也越小。实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。通过晶振的原理图你应该大致了解了晶振的作用以及工作过程了吧。采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。

微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。

用万用表测量晶体振荡器是否工作的方法：测量两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半，比如工作电压是51单片机的+5V则是否是2.5V左右。另外如果用镊子碰晶体另外一个脚，这个电压有明显变化，证明是起振了的。

晶振的类型有SMD和DIP型，即贴片和插脚型 。先说DIP：常用尺寸有HC-49U/T，HC-49S，UM-1，UM-5，这些都是MHZ单位的。再说SMD：有0705，0603，0503，0302，这里面又分四个焊点和二个焊点的，对我们公司来说默认的是四个焊点的，两个焊点的材料要求进口，周期长，一般说两个焊点的做不了。

晶振主要参数：石英谐振器可量测参数多达二十多种，但在实际电路中所经常见到的不外

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乎以下几种 ：

负载电容CL ； 调整频差ppm； 温度频差ppm； 谐振阻抗Rr； 静电容Co； 牵引量Ts等。 其中在电路中对设计影响较大的是负载电容的设置和Ts的选用。 谐振器测量常用参数注释

Fs串联谐振频率（固有频率）Fs=1÷(2π√L1*C1) Fr零相位时的串联谐振频率Fr≈Fs

FL负载为CL的负载谐振频率FL= Fr√1+C1÷(CL+C0) C0静电容(并联电容)C0=0.402A/t+0.5AT：t=1660÷f标 C1动态电容（等效电容）C1=KC*A÷(t*n2)BT：t=2560÷f标 RR谐振电阻

L1动态电感（等效电感）L1= KL* t3÷A CL负载电容

TS负载测量的微调灵敏度(负载谐振时的频率牵引量)

DLD2在特定的功率范围内所量测到的最大阻抗与最小阻抗的偏差量 FDLD在特定的功率范围内所量测到的最大与最小频率的偏差量

SPDBπ网络系统（12.5Ω等效阻抗）所量测到的寄生信号强度 调整频差 规定条件下，某温度范围内的工作频率相对标称频率的最大偏离值。 2.2.2 电容器

电容器是由两个相互利用PROTEL制作的电路图，将相关的模块、元件依次安插到面包板上。对于本单元的模块连接就是依照电路图将所用元件连接到电路板上，连接模块是要注意元器件要按照电路图所示逐个的进行连接，要分类进行。连接电阻时分清电阻的阻值和类别。集成块的安装要对应好了方可安装。三极管的安装要分清它的集电极、基极、发射极。电位器的安装要分清开关的位置。

靠近的金属电极板，中间夹一层绝缘介质构成的，在电容器的两个电极加上电压时电容器就能储存电能。

电容器具有通交流隔直流的特性，直流电的极性和电压大小是固定不变的。电容器广泛应用在各种高、低频电路和电源电路，起退耦、耦合、滤波、旁路、谐振、降压、定时的作用。电容器是一种能储存电荷的容器．它是由两片靠得较近的金属片，中间再隔以绝缘物质而组成的．按绝缘材料不同，可制成各种各样的电容器.如：云母．瓷介．纸介，

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