張冉

（濱州學(xué)院電氣工程學(xué)院，山東濱州，256600）

0 引言

《電子電路設(shè)計(jì)》是高等學(xué)校工科弱電專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握電子技術(shù)職業(yè)崗位所需的專業(yè)基礎(chǔ)理論和電子裝接、電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理、PCB設(shè)計(jì)制作及微控制器應(yīng)用等專業(yè)技能，具有電子產(chǎn)品的生產(chǎn)裝配、調(diào)試檢驗(yàn)、安裝維修等較強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用能力，從事電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)、生產(chǎn)管理、技術(shù)開(kāi)發(fā)、營(yíng)銷服務(wù)等崗位工作。為了建設(shè)以航空為主要特色的高水平應(yīng)用型大學(xué)，我校開(kāi)設(shè)了《電子電路設(shè)計(jì)》課程，共32 學(xué)時(shí)。為了有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)《電子電路設(shè)計(jì)》的興趣和積極性，本文將Altium Designer 軟件引入課程的教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中，以電吉他中應(yīng)用的失真效果器為例進(jìn)行電子電路的設(shè)計(jì)，將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，提高了學(xué)生的電子電路設(shè)計(jì)水平。

1 失真效果器的基本原理

失真主要分為線性失真和非線性失真兩類，線性失真的原理是將小信號(hào)按比例放大后輸出波形，雖然聲波的形狀沒(méi)有改變，但它與原始波形的大小不同，相比也是一種失真。這種失真沒(méi)有使波形發(fā)生形變，我們是可以接受的，不然我們將無(wú)法將信號(hào)放大。非線性失真是將信號(hào)的波形進(jìn)行切割，非線性失真又分為飽和失真和截止失真，其中飽和失真和截止失真都是使輸出信號(hào)不完整。

失真效應(yīng)的原理是通過(guò)非線性失真來(lái)到達(dá)目的的，通過(guò)吉他信號(hào)進(jìn)入前級(jí)放大階段，通過(guò)前級(jí)放大器對(duì)音色進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)用均衡器整形得到，最后再由后級(jí)放大器放大后輸出。此外，失真是在不影響任何音頻信號(hào)的時(shí)域信息的情況下切斷音頻信號(hào)的幅度。所以只需增大吉他輸入信號(hào)讓他達(dá)到飽和狀態(tài)，就能產(chǎn)生失真音色。

2 單塊失真效果器電路的設(shè)計(jì)

失真效果器的電源電壓為9V 直流電源，通過(guò)變壓器將220V 交流電轉(zhuǎn)化成9V 直流電，輸入阻抗為200Ω，輸出阻抗10Ω，消耗電流1.5 ～50mA，噪聲電平小于50 ～1dB，最大輸入電平1V，最大輸出電平1V。本失真效果器通過(guò)兩個(gè)電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)，主板是一個(gè)非線性失真電路，底板是一個(gè)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電路，通過(guò)這兩個(gè)電路，即可完成吉他音色的失真功能。

2.1 失真電路的設(shè)計(jì)

圖1 音量的控制電路

圖2 失真度的控制電路

本效果器的主板是一個(gè)非線性失真電路，當(dāng)輸入交流信號(hào)較大時(shí)，由于靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過(guò)高，信號(hào)正半周使器件進(jìn)入飽和區(qū)而造成的波形失真，用兩個(gè)JRC 4580DD 運(yùn)算放大器和兩個(gè)電位器，來(lái)調(diào)節(jié)失真電路中輸入信號(hào)的音量VOL，如圖1 所示。圖2 為失真度控制電路，其原理是通過(guò)一個(gè)電位器來(lái)調(diào)節(jié)失真電路中輸入信號(hào)的音調(diào)TONE。本電路通過(guò)一個(gè)排針實(shí)現(xiàn)兩塊電路板供電問(wèn)題，通過(guò)排線，將觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電路上的9V 電源供給失真電路板。本電路還通過(guò)一個(gè)撥擋開(kāi)關(guān)K1 來(lái)控制電路，實(shí)現(xiàn)過(guò)載，失真與金屬音色的切換。

2.2 觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電路的設(shè)計(jì)

本電路底板為觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電路，目的是驅(qū)動(dòng)繼電器切換。本電路通過(guò)一個(gè)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電路和一個(gè)TIANBO HJR1-2C L-09V 信號(hào)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。信號(hào)的輸入與輸出通過(guò)一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，此電路板還接入一個(gè)踩釘，通過(guò)踩釘來(lái)控制效果器的開(kāi)啟與關(guān)閉。如圖3 所示。

圖3 輸入輸出端口與踩釘開(kāi)關(guān)電路

2.3 失真單塊效果器總電路設(shè)計(jì)

本效果器通過(guò)兩塊電路板實(shí)現(xiàn)，兩電路板通過(guò)一個(gè)排針連接，失真電路從信號(hào)輸入后進(jìn)入放大電路，當(dāng)輸入交流信號(hào)較大時(shí)，因靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過(guò)高，信號(hào)正半周使器件進(jìn)入飽和區(qū)而造成的波形失真，失真度通過(guò)電位器控制。失真的波形通過(guò)干簧繼電器和音調(diào)電位器，進(jìn)入集成放大電路，通過(guò)音量電位器調(diào)節(jié)音量的大小，最后經(jīng)輸出端輸出，失真總電路圖如圖4 所示。

觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電路通過(guò)輸入端口輸入，進(jìn)入信號(hào)繼電器電路，通過(guò)信號(hào)繼電器與輸出端口相連。信號(hào)繼電器電路通過(guò)一個(gè)踩釘來(lái)控制效果器的開(kāi)關(guān)，運(yùn)用觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器的切換，從而實(shí)現(xiàn)效果器的開(kāi)關(guān)。

3 失真單塊效果器PCB 板的制作

3.1 PCB 板的設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)完成后，首先需要對(duì)電路板的工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用Altium Designer 17 軟件編寫電路原理圖。原理圖的設(shè)計(jì)以各部件的電氣性能為基礎(chǔ)，根據(jù)需要合理設(shè)置，通過(guò)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確反映PCB 的重要功能及各部件之間的關(guān)系。然后繪制系統(tǒng)中沒(méi)有自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的包庫(kù)，接著設(shè)置PCB 設(shè)計(jì)的環(huán)境，并繪制印刷電路的版框，調(diào)出將要使用的PCB 庫(kù)文件，轉(zhuǎn)入網(wǎng)格表文件，修改零件封裝。根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，然后鎖定所有設(shè)備。設(shè)置布線規(guī)則，自動(dòng)布線，然后調(diào)整不適當(dāng)?shù)奈恢?。在所有過(guò)孔和焊盤中填充眼淚，放置覆銅區(qū)域，制作最后一個(gè)DRC，然后保存文件。

3.2 PCB 板的刻錄

電路設(shè)計(jì)好后，導(dǎo)出PCB 銅鉑圖，使用激光打印機(jī)，用鋼鋸裁剪覆銅板到合適大小，用銼刀將裁剪好后覆銅板邊框的毛刺修整光滑，把PCB 銅鉑圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，然后將覆銅板有覆銅的一面用洗滌劑清洗干凈。把打印完成的熱轉(zhuǎn)印紙有圖的一面平鋪到PCB 板有覆銅的一面，用膠帶固定一個(gè)邊，選擇一個(gè)光滑平整的工作臺(tái)，將覆好熱轉(zhuǎn)印紙的PCB 板放置在工作臺(tái)上面，加熱電熨斗，用電熨斗熨燙電路板有紙的一面，先加熱30 秒左右，然后慢慢移動(dòng)電熨斗，讓覆銅板升溫均勻，電熨斗來(lái)回熨幾次，等電路板恢復(fù)至室溫時(shí)將紙慢慢撕下來(lái)，將三氯化鐵晶體和水按體積比3：5 的比例配成溶液，倒入事先準(zhǔn)備好的容器中，然后將電路板放到盆中進(jìn)行腐蝕。用鉆孔器對(duì)刻好的電路板進(jìn)行鉆孔，用細(xì)砂紙打磨，把銅線上的油墨除去，用酒精把打磨后殘留的油墨清洗去除。在打磨好的電路板有銅箔的一面刷上一層松香酒精液，此時(shí)PCB 電路板就已刻錄完成。

圖4 失真總電路圖

3.3 失真單塊效果器實(shí)物圖的組裝

PCB 電路板刻錄完成后，將各元器件焊接到電路板上，如圖5 焊接完成后，對(duì)焊接后的電路板進(jìn)行檢查，檢查無(wú)誤后將兩電路板通過(guò)排線連接起來(lái)。兩塊電路板連接完成后，裝入事先焊接好的鐵盒內(nèi)，將每個(gè)重要的元器件都固定好，在鐵盒外標(biāo)記好每一個(gè)旋鈕的功能。

圖5 單塊失真效果器實(shí)物圖

4 結(jié)論

本文將Altium Designer 軟件引入《電子電路設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，針對(duì)電吉他中應(yīng)用的單塊效果器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，繪制了原理圖，并制作了PCB 電路板。通過(guò)實(shí)際電子電路的制作可以使學(xué)生加深對(duì)電子電路設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，同時(shí)鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。