三、实验过程

1.实验目的

(1) 了解电子琴的工作原理，设计电子琴的工作电路，理解声音和频率的关系；

(2) 通过手工焊接电子元器件，调整电阻的数值，输出不同的音调；

(3) 同时通过团队协作，在实验中加强团队分析问题，解决问题及动手操作的

能力。

2 .实验材料

(1) 实验所需元器件： PCB板、 NE555、锡丝、电烙铁、电磁式蜂鸣器、 1K色环

电阻、琴键、磁片电容（103和104），芯片底座，电源线和电源插口。

(2) 实验仪器：电烙铁（焊台）、锡丝、吸锡海绵、手动吸锡器、镊子等。

3 .实验过程

(1) 电路设计

. 工作原理

电子琴分别由PCB板、瓷片电容103（10nF）、瓷片电容104（100nF）、电 解电容器（4700nF）、 1K色环电阻若干，微动开关（琴键） 若干、 NE555集成电

路芯片，芯片座，电磁式蜂鸣器，电源接口组成。其工作原理如图4所示：

图4. 电子琴原理图

. PCB板布局

图5 电子琴的PCB布局图

电子琴的整体布局设计电子琴的PCB布局时，需要注意以下几点：

n 元件排列：合理安排元件的位置，以便连接线路短而直，减少信号

传输的干扰。

n 信号传输路径：设计合适的信号传输路径，避免交叉干扰和信号损

失。

n 电源线：确保电源线的布局合理，减少噪音和干扰。

n 散热：考虑元件的散热需求，设计合适的散热路径和散热器。

n 连接口：添加便于连接的接口，方便外部设备的连接和控制。

图5展示了设计的简化的电子琴PCB布局示意图。

() 电路焊接

准备工作：

. 准备好所有需要的元件和工具，如图6-8所示。

. 将电烙铁接通电源，将焊接工具烙铁加热至适当温度，放在架子上 防止烫伤，准备施焊（一般左手持锡，右手持烙铁）。

图6.元器件

图7.焊接工具

图8.焊接工具

焊接元件：

. 根据电路图和PCB布局设计，将代焊元件引脚插入PCB板的插孔中。

. 用烙铁靠近引脚，加热焊件（烙铁温度保持在350度左右，太低无 法融化锡丝，太高会损坏PCB板，导致焊盘脱落）

. 送入焊丝。使用的焊丝长度根据焊点大小和焊丝粗细各有不同，只 要观察到焊锡完全覆盖焊盘和引脚即可。

. 先移开焊丝，再移开烙铁头（为了不使锡丝凝固粘在PCB板上），

去除多余的元件引脚。如焊接失败，可用手动吸锡器去除残余焊锡， 重新焊接.

. 如多次焊接后出现烙铁附着焊锡的情况，可用吸锡海绵擦除。焊接 结束后，将烙铁放置在烙铁架上，以免损坏桌面。

. 从低矮的元件开始焊接，比如电阻和电容器，然后再焊接较高的元 件，如NE555芯片。依次焊接1K色环电阻，琴键、磁片电容（103和 104），电磁式蜂鸣器、芯片底座。

焊接结果如图9-11所示。

图9. 焊接电阻

图10. 焊接电容

图11. 焊接电容和芯片底座

图12. 焊接过程

连接蜂鸣器

. 将蜂鸣器连接到PCB板上的对应位置。

. 确保蜂鸣器的正负极正确连接到PCB板上。

. 使用焊锡连接蜂鸣器蜂鸣器的引脚到PCB板上的焊盘，连接结果如 图13所示。

图13. 焊接电容和芯片底座

在焊接过程中，注意：

. 焊接过程中按顺序先焊接较低的原件（如电阻等），再焊接较高的 原件，  防止焊接过程中PCB板高低不平，导致原件焊接不齐。

. 琴键、芯片底座有前后之分，不要焊接反。

. 电容有正负极，注意方向。

⑶ 组装

. 把NE555组装到芯片底座。

. 把电源线插入插口进行充电，按动琴键即可发声，结果如图14所示。

图14. 电子琴成品

4 .实验结果与分析

（1 ） 电阻对于音调的影响

在实验调试中，发现音调不准确的现象，小组讨论认为电阻的大小可能 影响音调高低，分别取用10个1K电阻，依次累加电阻个数，发现弹奏出的 音调确实大不相同。初步得出结论 :电子琴的音调高低与电阻有关。由于本

次研究以制作电子琴为主要目标，实验仅仅得出初步判断。

（2） 成果

利用NE555发出的不同频率的方波，产生不同的音调的原理，通过电路设 计和电路焊接技术，设计并成功制作可以演奏的简易电子琴。团队按照预 订目标和计划完成了任务，成功焊接各部分零件；发现音调不准新问题， 通过基础单一变量实验得出初步结论。同时希望后期可以进一步完成更多 的功能和音调调节。本次研究实验圆满完成，达到预期目标；实验目标明

确，团队合作探究动手能力增强。

四、结论和未来展望

制作基于NE555的电子琴是一个有趣且具有教育意义的项目。通过焊接

和组装电子琴，我们不仅学会了电子电路的基本原理和焊接技术，还体验